潘超;赵俭
【摘 要】随着航空技术的发展,需要建设超音速校准风洞,以满足特殊工况下的动态校准需求.基于TCP/IP协议,应用LabVIEW语言设计了一套超音速风洞测控系统,并详细介绍了系统的工作原理、硬件构成和软件设计思路.通过系统运行和性能测试,验证了该系统可以满足超音速条件下相关校准的使用要求.
【期刊名称】《计测技术》
【年(卷),期】2017(037)003
【总页数】4页(P59-61,65)
【关键词】测控系统;LabVIEW;超音速风洞;总静压系数
【作 者】潘超;赵俭
快门式3d【作者单位】航空工业北京长城计量测试技术研究所,北京100095;航空工业北京长城计量测试技术研究所,北京100095
车载式高空作业平台【正文语种】中 文
【中图分类】TB93
目前，在役或在研的超音速飞机飞行马赫数通常为2或更高[1]，为保证其超音速进气道、超音速喷管等总压、静压与马赫数流场参数数据测量准确可靠，对高速状态下总静压探针的设计和试验提出了更高的要求，因此必须建立起专用的动态校准试验系统。 与低马赫条件相比，高速条件下的工作条件更加苛刻，具有沿程测点多、气压高、噪声大等特点，因此专用测控系统在设计上需考虑高效性、集成性和实时性，以实现大量程、多测点、多控制点和远程控制的试验需求。本文紧密结合超音速风洞试验特点，围绕系统开发需求，设计了一套超音速风洞试验测控系统，对其硬件构成、软件研发过程做出详细阐述，并对该系统进行了验证。
本系统运行的平台为超音速校准专用风洞，可以满足亚音速高温工况或超音速常温工况校
准试验需求。系统可提供的跨声速工况马赫数介于0.6～1.2之间，超声速马赫数以固定式超音速喷管为准。不失一般性，本文选取马赫数为1.6的喷管进行测试。
系统硬件在设计上采用分布式结构，主要由数据采集系统、调压阀控制系统、坐标架控制系统、计算机及交换机等五个子系统构成，系统硬件框图如图1所示。 2.1 数据采集系统
野苹果园压力数据采集系统由PSI 9116型压力扫描阀和BQY数字无汞气压计两部分组成。
由于试验中需要采集的压力值较多且待测量值较大，因此数据采集系统选择PSI 9116为数采核心。相比于常规的压力变送器，PSI 9116扫描阀可实现带温度补偿的16路气压数据采集，最大量程可达200 psi[2]。其可依靠内部集成的压力传感器和气路校准阀，通过预置的EU转换和温度补偿系数获得高精度的气体压力数据，测量精度可达±0.05%。根据理论计算，PSI 9116扫描阀的量程和测量精度可达到风洞系统的测试需求。
此外，系统引入BQY-B1型数字无汞气压计对数采系统测量值做绝压修正，测量精度为±40 Pa。
2.2 调压阀控制系统
为增强系统的可扩展性和易开发性，系统选择NI cDAQ 9188机箱作为测控核心部件，搭配NI 9265和NI 9203板卡各2块，实现8通道标准电流控制和9通道标准电流采集。作为8槽的以太网机箱设计,NI CompactDAQ 9188可集成最多8块板卡，系统预留4个槽位为将来可能引入的扩展功能提供支持。
NI 9265 是一款4通道的模拟输出模块，为系统提供4～20 mA的标准控制电流输出。其最大采样率可达100 kHz，是高速情况下，连接并控制受电流驱动的工业激励器的理想之选，可满足对调压阀开度的精密控制。
NI-9203常被用于高性能控制和监控，可满足8通道4～20 mA模拟电流输入，用以监测调压阀开度反馈和沿程压力变送器数值。
2.3 坐标架系统
为实现总静压探针在高速气流中的位置和姿态调节，系统选择了 7SC303型三轴位移台和运动控制器组成坐标架系统装置。
由于超音速风洞试验段采取闭口设计，内部空间有限，因此试验系统传感器位移控制装置要求较高。为此，为位移子系统选择了配有行程极限开关和零位光电开关的7SC303型三轴位移台。该型位移台电控时可进行复位操作，并在位移超出行程时进行断电保护，可有效避免探针与风洞体撞击而造成的损失。高压阻尼线
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加香运动控制器是与7SC303位移台配套的专用位移控制装置，配有液晶显示屏、功能按键、控制接口及电源接口。运动控制器可直接与电动位移台相连接，实现本地控制和远程控制，增加了试验过程中操作的灵活性。
超音速风洞测控系统软件采用LabVIEW图形化编程语言开发，用图形化和“数据流”的思想实现计算机指令编译，避免了繁琐的编程代码编写。在结构上，软件基于模块化的思想，有效地将分布式硬件装置整合，实现了测、控功能的集成化和实时化。下面将围绕软件所实现的功能，阐述系统软件设计思路。
3.1 软件功能
软件主要包括四个功能：①试验配置。包括设置采样间隔、压力数据保存路径、记录标识
、总静压通道源等信息，并将调压阀开度调节到所需状态。系统将PSI 9116扫描阀的IP地址固化在代码中，可自动建立网络连接。②设备连接。主控计算机与PSI 9116扫描阀实现通讯，若网络连接错误，用户进行故障检查，重新运行软件。③数据采集。网络连接成功后，软件自动发送采样指令，进行参数测量。④数据显示和处理。试验过程中，操作者可查看16路采样通道数值、监测通道绘图、数据保存、更改路径和停止采样。软件流程图如图2所示。
3.2 软件设计
根据试验功能需求并基于事件触发，软件设计了试验设置模块、数据采集模块和数据处理模块三个部分。
1)试验设置模块
试验设置模块主要完成采样间隔、数据保存路径、记录标识、通道源选择等设置。由于系统采用固定的PSI 9116进行采集，因此将其IP地址和采样指令固化到代码内，无需实验前预先配置。其LabVIEW代码如图3所示。
2)数据采集模块
数据采集模块主要完成软件的数据采集、显示功能。以数据表格的方式实时显示全部的气压数据，并可根据试验需要，选择4路监测数据加以绘图显示。采集界面包含全通道数据显示区、监测绘图区、气流速度绘图区，以及气动特性参数监测区，其界面如图4所示。
气动参数监测区中，大气压数值由NI 9203采集大气压力计输出电流得到；气流马赫数通过总压和静压计算得到，并在气流速度绘图区显示其变化过程曲线；被校总静压探针周围的流体按势流处理，被校的总静压探针按细长旋成体扰流考虑。则超音速总静压探针校准系数(总压系数)Cpt1和静压探针校准系数(静压系数)Cps1为
