LabVIEW开发航空航天器风洞的数据采集系统

LabVIEW开发航空航天器风洞的数据采集系统

空气动力及其系数的评估是航空航天器设计中的一项基本任务，对于考虑制造高效飞行器非常重要。航空航天器的效率是根据其稳定性、最小阻力和更高的机动性来定义的。在风洞中使用航空航天飞行器模型进行测试，而不会给飞行员带来风险或建造新的全尺寸测试飞行器的费用。航空航天飞行器模型的风洞研究对其设计优化和性能改进起着重要作用。

为了在风洞中对航空航天飞行器模型进行准确和优化的空气动力学研究，需要集成模型姿态机构的数据采集系统。通过LabVIEW软件和PXI模块块化硬件提高生产力并降低风洞测试成本。基于LabVIEW的集成数据采集和运动控制系统为运动控制操作与测试和测量应用程序集成提供了多种功能。

3米x2.25米低速闭路风洞，用于评估航空航天器的空气动力学性能。测试部分使用80MW轴流风扇产生高达1m/s的低湍流水平的风速。为了从距离测试段20米的控制室对航空航天飞行器模型进行精确的风洞测试，开发了模型姿态控制机构的远程操作DAQ系统。

在开发场景中，典型的航空航天飞行器模型测试需要模型迎角，侧滑，侧倾的变化。为此，在测试部分中，将装有六分量应变片天平和倾斜传感器的航空航天飞行器模型安装在由机械臂操作的模型姿态控制机构上。模型仪器使用优化的屏蔽电缆连接到基于PXI的仪器系统，以提高测试数据质量。带有闭环控制液压马达的机械臂由维氏放大器驱动，通过PXI系统的PXI-7350运动控制模块的多轴伺服驱动驱动接收控制命令。

为了实现基于PXI的集成仪器进行数据采集和运动控制，将基于Windows的主机与工业级PXI系统配合使用。PXI系统具有八槽机箱，可安装所需的数据采集和控制模块，并提供了集成触发总线和参考时钟，用于多板同步。主机计算机使用主机到从光纤链路来控制PXI系统，该串程数据速率为1.5Gbit/s。串行链路充当普通PCI网桥，PXI机箱中的PXI模块在PC硬件设备管理器下显示为正常PCI设备。这种配置称为仪器仪表测量扩展，允许以相对便宜的价格完全访问PC环境。系统使用NI的MXI-4接口套件，该套件由一个安装在主机的PCI总线中的PCI-8336接口板和一个安装在PXI机箱的插槽8336中的PXI-1模块组成。

为了优化航天飞行器的风洞研究，我们开发了基于LabVIEW的应用软件，用于执行数据采集、运动控制和数据分析任务。

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开发的VI使测试工程师能够在模型俯仰和偏航步进/扫描模式下对航空航天器进行自动风洞研究。VI易于配置，可在预定义的航空航天飞行器模型测试角度阵列的单次测试运行中执行优化的风洞研究。主DAQ VI由各种子VI组成，用于执行所需的数据采集子任务，例如基于串口（RS-232）的测试部分风速和模型角度测量、使用机械臂运动控制的模型姿态控制，以及使用应变片平衡对模型进行力测量。DAQ子VI的简要说明如下：

基于RS232接口的测量

安装在PXI系统Slot-8422中的NIPXI-2系列模块提供了额外的RS232端口接口，可轻松连接多个基于RS232接口的仪器，以测量测试部分动态头和模型姿态角度。

试验段风速测量

为HM3压力计开发的基于LabVIEW的DAQ子VI通过NIPXI-3模块的串口将测量结果传送到PXI系统。

模型姿态角测量

在航空航天器风洞研究中，使用倾斜传感器测量模型姿态（俯仰/滚动）角度。为倾斜传感器开发了基于LabVIEW的DAQ子VI，用于通过NIPXI-4模块的串口将测量的模型姿态角度传送到PXI系统。在风洞研究期间，角度测量DAQ子VI的倾斜传感器读数使用LabVIEW的数据插座功能将与主DAQVI连接。

用于模型姿态控制的运动控制VI

为模型姿态控制机构的功能而开发的运动控制系统主要由多轴高性能NIPXI7358运动控制模块、一个4轴伺服驱动装置和带编码器的液压马达组成。四轴运动控制子VI，用于设置/控制模型俯仰/偏航/横滚，以及Z静态或动态应用的运动。这允许模拟各种现实生活中的情况，如起伏、俯仰、偏航和滚动振荡。运动控制子VI与主DAQVI集成在一起，用于在被测航空航天飞行器模型的风洞研究中执行模型姿态控制。

基于应变传感器的力测量

基于应变的力测量系统主要由安装在PXI机箱槽6289中的NI PXI-8DAQ采集模块和安装在航天飞行器模型内部的基于应变的六分件组成。使用应变片平衡的力测量系统的精度保持在±0.5%通过定期校准实现满量程。基于LabVIEW的DAQ子VI为应变平衡数据采集而开发，通过SCXI系统的通用应变片输入模块，使用NI PXI-1520DAQ模块的模拟输入线以差模线进行配置在差分模式，最高6MS/s多通道采样率。SCXI系统由一个屏蔽机箱组成，该机箱可容纳四个8通道SCXI-1520模块，以执行所需的信号调理功能。

LabVIEW的多用途数据分析VI，用于分析存储在主机中的测试数据。静态测试的数据缩减过程基于取数据的平均值以计算系数。数据分析VI能够绘制任何级别的轴系统的分析数据，例如平衡轴，模型轴和风轴载荷和归一化系数。

使用开发的系统的风洞研究用于航空航天飞行器的静态空气动力学研究，同时该系统也可用于研究车辆的动态衍生物，并在系统软件中进行所需的修改。系统成功用于各种航空航天器的优化空气动力学研究，如飞机，导弹等。

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