洛克​希​德​马丁​利用​LabVIEW​实​时​模​块​缩减​F-35​联合​攻击​战斗​机​的​测试​成本​与​时间

Dave Scheibenhoffer, G Systems

"通过​LabVIEW​实​时​模​块,​可以​在​各种​操作​情况​下​获得​采集​空气​压力​数据​及​向​风洞​提供​反馈​控制​信号​所需​的​确定​性​响应​时间。" ​

- Dave Scheibenhoffer, G Systems

挑战:

用​一个​可​采集、​分析​和​存储​来自​下一代​喷​气​式​战斗​机​引擎​设计​的​动态​压力​数据​的​系统,​来​替换​洛克​希​德​马丁​航空公司​的​一个​专用​的​基于​VME​的​DSP 系统。 ​

解决​方案:

利用​业界​标准​的、​现成​可用​的​技术,​其中​包括​PXI、​MXI、​UDP 和​RAID,​以及​LabVIEW​实​时​模​块,​创建​一个​满足​严格​技术​要求​的、​紧密​集成​的​数据​采集​与​控制​系统。 ​

作者:

Dave Scheibenhoffer - G Systems
​Michael Fortenberry - G Systems

 

显著​缩短​测试​周期

在​G 系统​有限公司,​我们​利用​不到​四​个​月​的​时间,​完成​了​从​基于​VME 的​设备​到​一个​更​为​健壮、​紧凑​和​可靠​的​数据​采集​与​实​时​控制​系统​的​升级。​现在,​洛克​希​德​马丁​公司​的​工程​师​们​可以​在​实现​其​通道​数​翻​番​的​同时,​以​比​其​先前​的​VME​设备​提高​10 倍​的​速度​配置​其​基于​PXI 的​系统。​而且,​便​携​式​数字​数据​采集​系统​(PDDAS)​使​测试​周期​从​2 秒​降至​50 毫秒,​所有​这些​费用​都比​仅仅​升级​基于​VME​的​测试​系统​的​一部分​所需​的​成本​要​低。

 

对​喷​气​式​引擎​的​设计​改进​需要​引擎​工作​参数​的​精确​表征。​为​完成​此​项​工作,​设计​工程​师​们​检​视​了​喷​气​式​引擎​的​空气​压力​分布,​以​观测​在​引擎​涡轮​入口​处的​气流​模式​扭曲。​为​采集​这​一​数据,​需要​一个​关于​飞行​器​的​精确​扩展​模型​和​一个​接近​音速​的​风洞​来​模拟​实际​工作​条件。

 

洛克​希​德​马丁​德​公司​的​工程​师​们​采用​F-35 联合​攻击​战斗​机​测试​中的​设备​扩展​模型。​由于​已经​确认​其​先前​基于​VME 的​测试​系统​难以​配置​和​升级,​洛克​希​德​马丁​德​公司​的​工程​师​们​委托​我们​开发​新型​PDDAS 系统,​以​控制​和​采集​来自​其​风洞​测试​的​数据。

 

PDDAS​包含​基于​两​个​PXI 机​箱​的​128​个​通道​同时​进行​动态​压力​测量​的​采样,​共​配有​16​个​NI PXI-4472​动态​信号​采集​模​块。​初​看​之下,​两​个​机​箱​似乎​让​系统​太​复杂,​显得​多余;​然而,​通过​利用​NI MXI 光纤​拓展​连接​这​两​个​机​箱,​并​没有​引入​额外​的​复杂​度。​MXI 总​线​基本​作为​一个​PCI​桥​连接​第二个​机​箱。​从​软件​的​观点​来看,​第二个​机​箱​内的​板​卡​看似​位于​第​一个​机​箱。​PXI​的​采用​还​提供​了​以​颇​有​竞争​力​的​成本​获得​足够​高​的​数据​传输​速率​(132MB/​s),​以供​后​续​扩展。

 

PDDAS​还​包含​有​NI SCXI-1520,​它​连接​至​一个​面向​张力​测量​信号​调理​的​全​桥​库​利​特​压力​传感器。​利用​LabVIEW 实​时​模​块,​我们​可以​实现​确定​性的​响应​时间,​这​对于​采集​空气​压力​数据​和​提供​回馈​至​风洞​的​控制​信号​以​改变​工作​条件​都是​必要​的。

 

反射​内存

利用​PXI 架构,​我们​可以​处理​PDDAS 系统​中​采集​的​大量​数据,​而​LabVIEW​实​时​模​块​处理​所谓的“嗡嗡”计算​(每​50​毫秒​近​450000​次​浮点​计算),​它​搜寻引擎​入​气​口内​的​一个​谐振​条件。​在​某些​操作​参数​下,​进入​入​气​口​的​气流​可能​会同​相。​如果​允许​达到​完全​谐振,​所​产生​的​作用​力​可能​会​损害​引擎。​为​杜绝​这​一​现象,​PDDAS 系统​持续​监测​接近​嗡嗡​的​条件,​并​反馈​至​风洞​控制​系统​以​根据​需要​改变​风洞​的​操作​参数。

 

考虑​到​大​数据​量​及​高​计算​强度,​嵌入式​PXI-8176 Pentium 控制器​没有​足够​的​剩余​带​宽​将​采集​到​的​数据​保存​到​磁盘。​为了​解决​这个​问题,​我们​在​PXI 机​箱​中​安装​了​VMIC​映射​内存​卡。​NI 提供​LabVIEW​实​时​驱动​来​支持​映射​内存​卡​的​安装​与​配置。​在​该​方案​中,​我们​将​采集​数据​映射​到​运行​Windows 2000​系统​的​Pentium​主​工作站​上。​工作站​采用​成熟​的​商用​光纤​通道​卡​及​驱动,​作为​辅助​任务​将​数据​写​入​独立​磁盘​冗​余​阵​列​(RAID)。​映射​存储​提供​简单​优越​的​解决​方案,​消除​了​系统​潜在​的​瓶颈。

 

系统​通信

因为​PDDAS​系统​被​应用​于​全国​多个​风洞​中,​所以​Lockheed Martin​的​工程​师​需要​找到​一个​普​适​的​可向​每​个​风洞​控制​系统​提供​实​时​反馈​的​机械​装置。​因此​我们​在​应用​中​采用​用户​数据​报​协议​(UDP)。​尽管​UDP​协议​并不​是​一个​确定​性​协议,​但​它​适用​于​每​个​风洞​设备。​通过​谨慎​选取​LabVIEW 任务​属性,​PDDAS 能够​以​50 ms 的​固定​传输​率​发送​UDP 包。

 

如果​您​有​任何​问题,​请​留言​给​NI​工程​师,​我们​会​尽快​给​您​回​电!

 

作者​信息:

Dave Scheibenhoffer
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