洛克​希​德​馬丁​航空公司​利用 LabVIEW 即時​模組,​縮減 F-35 聯合​攻擊​戰鬥機​的​測試​成本​與​時間

Dave Scheibenhoffer, G Systems

"現在,​洛克​希​德​馬丁​航空公司​的​工程師​可以​在​通道​數​變成​兩倍​的​條件下,​以其​先前​使用 VME​設備 10 倍​的​速度​設定 PXI 架構​系統。​而且,​攜帶式​數位​資料​擷取​系統 (PDDAS) 將​測試​周期​時間​從 2 秒​縮短​至 50 毫秒,​所有​這些​費用​都比​僅​升级​一部分 VME 架構​測試​系統​所需​的​成本​還要​低。" ​

- Dave Scheibenhoffer, G Systems

挑戰:

將​洛克​希​德​馬丁​航空公司​專屬​VME 架構 中的​DSP 系統,​用​新一代​可​擷取、​分析​和​儲存​動態​壓力​資料​的​噴射​戰鬥機​引擎​系統​取而代之。 ​

解決​方案:

利用​具​業界​標準,​同時​也是​現成​可用​的​技術,​包括 PXI、​MXI、​UDP 和 RAID,​以及 LabVIEW 即時​模組,​建立​能​滿足​嚴格​技術​要求​的​緊密​整合​資料​擷取​與​控制​系統。 ​

作者 (們):

Dave Scheibenhoffer - G Systems
​Michael Fortenberry - G Systems

 

顯著​縮短​測試​周期​時間

在 G System​公司,​我們​利用​不到 4 個月​的​時間,​將 VME 架構​設備​升級,​使​其​成為​更​穩健、​完整​和​可靠​的​資料​擷取​與​即時​控制​系統。​現在,​洛克​希​德​馬丁​航空公司​的​工程師​可以​在​通道​數​變成​兩倍​的​條件下,​以​高於​其​先前​VME​設備 10 倍​的​速度,​設定 PXI 架構​系統。​而且,​攜帶式​數位​資料​擷取​系統 (PDDAS) 使​測試​周期​從 2 秒​縮短​至 50 毫秒,​所有​這些​費用​都比​僅​升级​一部分 VME 架構​測試​系統​所需​的​成本​還要​低。

 

噴氣​引擎​設計​的​改進,​需要​引擎​作業​參數​的​精確​描述。​為​完成​此​項​工作,​設計​工程師​檢視​了​噴氣​引擎​的​空氣​壓力​分布,​以​觀測​在​引擎​渦輪​入口​處​的​氣流​形式​變化。​為​擷取​此​資料,​需要​飛行​器​的​精確​等​比例​的​模型​和​接近​音速​的​風洞,​以​模擬​實際​運作​條件。

 

洛克​希​德​馬丁​公司​的​工程師,​使用​測試 F-35 聯合​攻擊​戰鬥機​中​所用​的​等​比例​設備​模型。​因為​之前 VME 架構​測試​系統​已​證實​難以​被​設定​和​升级,​所以​洛克​希​德​馬丁​公司​的​工程師​委託​我們​開發​新型 PDDAS 系统​控制​和​擷取​資料,​以供​他們​作​風洞​測試​之​用。

 

PDDAS 包含​兩個 PXI 機​箱,​128 個​同步​取樣​動態​壓力​通道,​共​配有 16 個NI PXI-4472 動態​訊號​擷取​模組。​乍看之下,​兩個​機​箱​似乎​讓​系統​太​複雜,​顯得​多餘;​然而,​透過 NI MXI 光纖​延長線​連接​這​兩個​機​箱,​並不會​使​其​更​複雜。​MXIbus 基本上​用​為 PCI 橋接​第 2 個​機​箱。​從​軟體​的​觀點​來看,​第二​個​機​箱​内的​介面卡​看似​位於​第​一個​機​箱。​使用 PXI,​還能​在​成本​優勢​的​條件下,​獲得​足够​高​的​資料​傳輸​速率 (132MB/​s),​供​未來​擴充​之​用。

 

PDDAS 還​包含 NI SCXI-1520,​其​連接​至​一個​用於​張力​測量​訊號​調整​的​全​橋接​庫​利​特 (Kulite) 壓力​傳感器。​利用 LabVIEW 即時​模組,​我們​可以​達到​精確​的​反應​時間,​這​對於​擷取​空氣​壓力​資料​和​提供​反饋​控制​訊號​至​風洞​以​改變​運作​條件,​都是​必要​的。

 

反射​記憶體

使用 PXI 架構,​我們​可以​處理 PDDAS 系統​擷取​到​的​大量​資料,​而且 LabVIEW Real-​Time 可​處理​所謂​的​「Buzz」​計算 (約為​每 50 ms 達到 450,000 次​的​浮點​運算),​以​了解​引擎​進​氣​的​共振​情形。​在​特定​的​作業​參數​下,​氣流​可能​以​同​向​的​方式​進入。​若​達到​完全​的​共振,​則​所​產生​的​力量​將對​引擎​造成​損壞。​為​避免​此​現象​發生,​PDDAS 系統​則​可​持續​監​控​共振​情形,​並為​風洞​控制​系統​提供​反饋​資料,​以​變更​所需​的​風洞​作業​參數。

 

因為​大量​資料​與​密集​的​運算,​嵌入式 PXI-8176 控制器​的​頻寬,​並不​足以​將​所有​的​擷取​資料​儲存​至​磁碟。​為了​解決​此​難題,​我們​於 PXI 機​箱​中​安裝​了 VMIC 反射​記憶體​介面卡。​NI 並​提供 LabVIEW Real-​Time 驅動​程式,​以​支援​反射​記憶體​介面卡​的​設定​與​組​態。​透過​此​解決​方案,​我們​即可​針對​擷取​資料,​將之​「反射」​至 Windows 2000 的​主機​工作站​中。​此​工作站​使用​現成​的 Fibre Channel 介面卡​與​驅動​程式,​且​其次​要​工作​即是​將​資料​寫入​至​磁碟​陣列 (RAID) 中。​此​系統​瓶頸,​即​由​反射​記憶體​提供​了​簡單​易​用​的​解決​方案。

 

系統​通訊

在​全國​數​座​不同​的​風洞​系統​中,​均​使用 PDDAS 系統,​所以​洛克​希​德​馬丁​航空公司​的​工程師​需要​可​提供​即時​狀況​至​各組​風洞​控制​系統的​通用​機制。​即便 UDP 並非​精確​的​協定​標準,​但​卻是​風洞​設施​的​穩定​介面。​PDDAS 仔細​挑選 LabVIEW Real-​Time 的​作業​優先​順序,​以 50 ms 的​精確​速率​傳送 UDP 封包。

 

作者​資訊:

Dave Scheibenhoffer
G Systems
​860 Avenue F, Suite 100
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info@gsystems.com

 

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