F-35​戦闘機​の​テスト​の​コスト​と​時間​を​削減、​Lockheed Martin​社​が​LabVIEW Real-​Time​を​採用

Dave Scheibenhoffer, G Systems

"Lockheed Martin Aeronautics​社​の​技術​者​は、​チャンネル​数​を​2​倍​に​増​や​した​の​にもかかわらず、​以前​の​VME​ベース​の​システム​を​使用​し​てい​た​とき​に​比べ​て​10​倍​の​速​さ​で​PXI​ベース​の​システム​を​構成​できる​よう​に​なり​ま​した。​また、​PDDAS​により、​VME​ベース​の​テスト​システム​の​一部​を​アップ​グレード​する​より​少ない​コスト​で、​テスト​時間​を​2 s​から​50 ms​に​短縮​する​ことに​成功​しま​した。" ​

- Dave Scheibenhoffer, G Systems

課題:

Lockheed Martin Aeronautics​社​が​独自​に​所有​し​てい​た​VME​ベース​の​DSP​システム​を、​次世代​ジェット​戦闘機​の​エンジン​の​動​圧​データ​を​集録、​解析、​保存​できる​システム​に​置き換える。 ​

ソリューション:

PXI、​MXI、​UDP、​RAID​など、​規格​化​さ​れ​た​業界​標準​の​技術​と​NI LabVIEW Real-​Time​モジュール​を​使用​し​て、​厳しい​技術​的​要件​を​満たす​統合​型​の​データ​集録・​制御​システム​を​構築​する。 ​

作成​者:

Dave Scheibenhoffer - G Systems
​Michael Fortenberry - G Systems

 

テスト​時間​を​大幅​に​削減

当社​(G Systems​社)​は、​4​カ月​も​かける​こと​なく、​VME​ベース​の​システム​を、​堅牢​かつ​小型​で​信頼​性​の​高い​データ​集録・​リアルタイム​制御​システム​に​アップ​グレード​する​ことに​成功​しま​した。​現在​では、​Lockheed Martin​社​の​技術​者​は、​チャンネル​数​を​2​倍​に​増​や​した​の​にもかかわらず、​以前​の​VME​ベース​の​システム​を​使用​し​てい​た​とき​に​比べ​て​10​倍​の​速​さ​で​PXI​ベース​の​システム​を​構成​(コン​フ​ィ​ギ​ュ​レ​ー​ション)​できる​よう​に​なり​ま​した。​また、​ポータブル​データ​集録​システム​(PDDAS:Portable Digital Data Acquisition System)​により、​VME​ベース​の​テスト​システム​の​一部​を​アップ​グレード​する​より​少ない​コスト​で、​テスト​時間​を​2 s​から​50 ms​に​短縮​する​ことに​成功​しま​した。

 

ジェット​エンジン​の​設計​を​より​良い​もの​に​する​に​は、​エンジン​の​動作​パラメータ​について​正確​な​特性​評価​を​行う​必要​が​あり​ます。​これ​を​実現​する​ため​に、​設計​技術​者​は、​ジェット​エンジン​の​吸気​口​の​空気圧​データ​を​詳細​に​調べ、​タービン​の​吸気​口​における​空気​流​の​歪み​を​観測​し​ます。​その​データ​を​集録​し、​実際​の​動作​条件​を​再現​する​シミュレーション​を​実行​する​に​は、​航空機​の​正確​な​縮尺​模型​と​遷​音速​風洞​が​必要​に​なり​ます。

 

Lockheed Martin​社​の​技術​者​は、​F-35​戦闘機​について、​システム​の​縮尺​模型​を​使用​し​て​テスト​を​実施​する​ことに​なり​ます。​しかし、​VME​ベース​の​既存​の​テスト​システム​では、​構成​や​アップブレード​が​非常​に​困難​な​作業​で​ある​こと​が​わか​って​いま​した。​そこで、​Lockheed Martin​社​は、​風洞​テスト​の​データ​を​収録・​制御​する​ため​の​新た​な​PDDAS​の​開発​を​当社​に​依頼​しま​した。

 

PDDAS​は、​128​チャンネル​の​同時​サンプリング​を​行う​動​圧​測定​器​を​搭載​し​ます。​2​台のPXIシャーシで構成され、​全部​で​16​台のダイナミック​信号​集録​モジュール​(NI PXI-4472)を​搭載​し​てい​ます。​一見、​2​台​の​シャー​シ​を​使用​する​こと​で​システム​が​複雑​に​な​って​いる​よう​に​思える​か​もれ​ま​せん。​しかし、​実際​に​は​光​ファイバ​拡張​オプション​の​NI MXI​を​使用​し​て​2​台​の​シャー​シ​を​接続​した​こと​により、​システム​が​複雑​に​なる​こと​は​ありま​せん​で​した。​MXI​バス​は、​基本​的​に​第​2​の​シャー​シ​に対する​PCI​ブリッジ​の​役割​を​果​た​し​ます。​第​2​の​PXI​シャー​シ​の​ボード​は、​ソフトウェア​から​は​第​1​の​シャー​シ​内​に​ある​よう​に​見え​ます。​加​えて、​PXI​を​使用​する​こと​により、​将来、​拡張​の​必要​が​生​じ​て​も、​十分​に​高速​な​データ​転送​速度​(132 MB/​秒)​を​安価​に​提供​する​こと​が​でき​ます。

 

また、​PDDAS​は、NI SCXI-1520を​搭載​し​てい​ます。​同​製品​は、​Kulite​社​の​歪み​ゲージ​信号​調整​用​の​フル​ブリッジ​型​圧力​トランスデューサ​に​接続​さ​れ​てい​ます。​さらに、​LabVIEW Real-​Time​モジュール​を​使用​する​こと​で、​空気圧​の​データ​の​集録​と、​動作​条件​を​変更​する​ため​の​風洞​へ​の​制御​信号​の​フィードバック​に​必要​と​なる​確定​的​な​応答​時間​を​実現​し​てい​ます。

 

リ​フ​レ​ク​テ​ィ​ブ​メモリ

PXI​の​アーキテクチャ​によって、​PDDAS​で​集録​した​大量​の​データセット​の​処理​が​可能​に​なり​ま​した。​また、LabVIEW Real-​Timeモジュール​により、​エンジン​の​吸気​口​における​共振​条件​を​探し出す​演算​も​行える​よう​に​なり​ま​した。​この​演算​は “バズ​演算” として​知​られる​もの​で、​50 ms​の​間​に​約​45​万​回​の​浮動​小数点​演算​を​実行​し​ます。​ある​動作​パラメータ​により、​吸気​口​に​流入​する​空気​の​位相​は​等​しく​なり​ます。​もし、​完全​共振​に​達する​こと​が​許容​さ​れ​た​と​したら、​その​結果​として​発生​した​力​により​エンジン​が​損傷​する​可能性​が​あり​ます。​これ​を​防ぐ​ため​に、​PDDAS​は​バズ​状態​に​近​づ​い​てい​ない​か​どうか​を​常に​監視​し、​風洞​の​制御​システム​に​フィードバック​を​かけ​て、​風洞​の​動作​パラメータ​を​要求​どおり​に​変更​し​ます。

 

大量​の​データ​と​集中​的​な​コンピュータ​演算​を​扱う​ので、​Pentium​組​込​コントローラのPXI-8176に​は、​集録​した​すべて​の​データ​を​ディスク​に​保存​する​ため​に​必要​な​帯域​幅​は​残​って​いま​せん。​この​問題​を​解決​する​ため​に、​われわれ​は​PXI​シャー​シ​に​VMIC​社​の​リ​フ​レ​ク​テ​ィ​ブ​メモリ​カード​を​搭載​しま​した。​NI​は、​リ​フ​レ​ク​テ​ィ​ブ​メモリ​ボード​の​セットアップ​と​構成​を​サポート​する​ため​に、​LabVIEW Real-​Time​モジュール​に​対応​した​ドライバ​を​提供​し​てく​れ​ま​した。​この​ソリューション​によって、​Windows 2000​と​Pentium​を​ベース​と​する​ホスト​の​ワークステーション​に​収録​した​データ​を​リフレクト​(反映)​する​こと​が​でき​ま​した。​この​ワークステーション​は、​市販​の​Fibre Channel​ボード​と​ドライバ​を​使用​し、​2​次​タスク​として​RAID(Redundant Array of Independent Disks)​システム​に​データ​を​書き込み​ます。​リ​フ​レ​ク​テ​ィ​ブ​メモリ​は、​システム​の​潜在​的​な​ボトルネック​を​解決​し​て​くれる、​単純​で​あり​ながら​も​優​れ​た​ソリューション​だ​と​言​え​ます。

 

システム​の​通信​機能

PDDAS​は、​米国​の​多く​の​風洞​施設​で​使用​さ​れ​ます。​そのため、​Lockheed Martin​社​の​技術​者​は、​個々​の​風洞​制御​システム​に​リアルタイム​で​フィードバック​信号​を​送る​こと​が​可能​な​ユビキタス​な​メカニズム​を​必要​として​いま​した。​この​よう​な​理由​から、​この​アプリケーション​では​UDP(User Datagram Protocol)​を​採用​しま​した。​UDP​は​確定​的​な​プロトコル​では​ありま​せん​が、​個々​の​風洞​施設​で​容易​に​利用​できる​インターフェース​です。​LabVIEW​における​タスク​の​優先​度​を​慎重​に​選択​する​こと​で、​PDDAS​は​50 ms​という​確定​した​レート​で​UDP​パケット​を​送信​でき​ます。

 

著者​情報:

Dave Scheibenhoffer
G Systems
​860 Avenue F, Suite 100
​Plano, TX 75074
​United States
​Tel: 972-424-2286
​Fax: 972-424-2286
info@gsystems.com