侯強(qiáng)，馬艷萍，郭輝，袁小兵

（中航飛機(jī)起落架有限責(zé)任公司，陜西漢中 723000）

0 引言

國內(nèi)飛機(jī)起落架落震試驗(yàn)是將起落架在立柱式試驗(yàn)臺從一定高度沿導(dǎo)軌垂直投放，模擬飛機(jī)著陸撞擊地面的一種動力特性試驗(yàn)[1]。試驗(yàn)一般過程為：首先將落體系統(tǒng)用液壓作動筒提升到由飛機(jī)著陸下沉速度決定的投放高度后鎖定；然后通過設(shè)備驅(qū)動機(jī)輪沿逆航向旋轉(zhuǎn)，使輪緣切線速度達(dá)到要求的飛機(jī)著陸水平速度；最后脫開落體系統(tǒng)上部的電磁鎖，使其沿立柱導(dǎo)軌自由下落，撞擊在地面測力平臺上，同時(shí)觸發(fā)采集系統(tǒng)，獲取各通道測試數(shù)據(jù)。落震試驗(yàn)中需測量起落架機(jī)輪承受的各向載荷、瞬間轉(zhuǎn)速、起落架投放高度、活動部位的相對位移、加速度及各個(gè)關(guān)鍵部位的應(yīng)力等試驗(yàn)信號。顯然，想要測量出如此多的模擬試驗(yàn)參數(shù)，必須有一套高性能、多通道的測試設(shè)備[2]。公司現(xiàn)有落震試驗(yàn)臺建造于20世紀(jì)60年代，設(shè)備陳舊落后，測試系統(tǒng)通道少，信號精度低、誤差大，已無法滿足起落架設(shè)計(jì)的要求。為提升新型飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)能力和重點(diǎn)型號飛機(jī)起落架的研發(fā)能力，在起落架設(shè)計(jì)過程中，需要通過落震試驗(yàn)，優(yōu)化緩沖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，調(diào)整緩沖裝置內(nèi)部充填參數(shù)，使緩沖器性能達(dá)到最佳狀態(tài)，為此搭建多通道落震數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，對公司起落架專業(yè)化發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。

1 落震系統(tǒng)的功能

起落架落震試驗(yàn)的研究方法主要有3種：數(shù)值計(jì)算解析法、仿真分析法和地面試驗(yàn)法。受飛機(jī)起落架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及著陸時(shí)的運(yùn)動狀態(tài)和受力狀況影響，通過計(jì)算解析法和仿真分析方法很難對起落架真實(shí)著陸情況考慮周全。因此，采用地面落震試驗(yàn)獲取真實(shí)可靠落震數(shù)據(jù)是起落架落震試驗(yàn)的首選方案，還可以進(jìn)一步通過落震試驗(yàn)確定飛機(jī)前起落架緩沖器內(nèi)部氣體、油液充填參數(shù)及油孔面積；考核飛機(jī)起落架緩沖可靠性，以及起落架結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度和制造工藝是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。

1.1 落震數(shù)據(jù)處理方法

落震試驗(yàn)采用減縮質(zhì)量自由落震試驗(yàn)方法，機(jī)翼升力用減縮質(zhì)量法模擬，取飛機(jī)升力等于飛機(jī)的重力，其部分?jǐn)?shù)據(jù)處理方法如下。

1）投放重力。

有效投放重力G是指吊籃、工裝夾具、起落架、配重及其它附加重力集合的總落體重力，通常是按著陸功量不變的原則確定，在無仿升落震時(shí)，按下面公式計(jì)算：

式中：G為有效投放重力，N；md為起落架當(dāng)量質(zhì)量,kg；H為由下沉速度決定的投放高度，m；Yc為起落架觸臺后吊籃重心最大下沉位移，m；L為升力系數(shù)，試驗(yàn)一般取L=1；g為重力加速度，取g=9.8 m/s2。

由于落震試驗(yàn)前Yc值未知，通常通過先估算Yc值確定一個(gè)G值，再通過試投實(shí)測Yc值，調(diào)整投放重力G，直到投放功量At=G×（H+Yc）接近并稍大于理論功量。

2）系統(tǒng)功量。

式中：A為緩沖系統(tǒng)吸收功量，kJ；Py為地面垂直載荷，kN；Ycmax為重心位移的最大值，m。

3）緩沖系統(tǒng)效率系數(shù)。

式中：Pycmax為地面垂直載荷的最大值，kN；Ymax為重心位移的最大值，m。

1.2 落震參數(shù)測量方法

起落架落震試驗(yàn)中的試驗(yàn)參數(shù)測量方法：吊籃重心位移用安裝在吊籃與地面之間的位移傳感器進(jìn)行測量；緩沖器活塞桿行程用安裝在起落架活塞桿與外筒中間的位移傳感器進(jìn)行測量；輪軸處的三向載荷用測力平臺測量；緩沖器壓力用安裝在充氣嘴處的壓力傳感器測量；上部質(zhì)量加速度用安裝在吊籃底部的加速度傳感器測量；平臺垂直加速度用安裝在平臺底部的加速度傳感器測量；輪胎壓縮量、機(jī)輪實(shí)際轉(zhuǎn)速用激光位移傳感器測量。

2 起落架小落震檢測系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)開發(fā)平臺

系統(tǒng)軟件選擇基于Windows XP系統(tǒng)下的LabVIEW軟件進(jìn)行開發(fā)。LabVIEW提供了一個(gè)開放式的開發(fā)環(huán)境，可與測量硬件密切結(jié)合，迅速開發(fā)出數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示的應(yīng)用系統(tǒng)。同時(shí)，LabVIEW提供了DLL庫、CIN、ActiveX、NET.DDE、MATLAB、Python等一系列接口，用戶能方便調(diào)用其它編程語言編寫的程序，迅速構(gòu)建功能更為強(qiáng)大的應(yīng)用系統(tǒng)。本測試系統(tǒng)以圖形化軟件LabVIEW編程語言為測試系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，采用LabVIEW的ActiveX功能，通過調(diào)用MicrosoftADO對象，利用SQL語言訪問Access數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和讀取[2-4]。

2.2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

小落震臺測試系統(tǒng)通過電腦USB口控制采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、命令傳輸。上位機(jī)通過測試軟件對采集模塊進(jìn)行相應(yīng)配置，主要完成力、位移、加速度等多通道數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)通道數(shù)據(jù)顯示、曲線繪制、通道靜態(tài)工程量值標(biāo)定、試驗(yàn)數(shù)據(jù)積分求導(dǎo)、數(shù)據(jù)存儲回放，報(bào)表輸出等，采集模塊為傳感器進(jìn)行供電并采集傳感器測量值（如圖1）。小落震臺測試系統(tǒng)以采集模塊為中心、傳感器作為測量單元，實(shí)現(xiàn)對力、位移、加速度的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)分析。軟件系統(tǒng)按架構(gòu)結(jié)構(gòu)分為測試應(yīng)用層、測試執(zhí)行層、測試資源層、測試設(shè)備層（如圖2）。測試應(yīng)用層為用戶提供靈活的操作界面，并與測試執(zhí)行層定義了便捷的數(shù)據(jù)接口，數(shù)據(jù)通過總線進(jìn)行交換；測試執(zhí)行層完成具體測試任務(wù)，該層封裝了測試中各類電壓、電流、頻率等基本的測試單元，在設(shè)備測試中通過總線調(diào)用相關(guān)模塊完成測試任務(wù)；測試資源層完成具體測試的硬件設(shè)備配置映射和驅(qū)動，通過ActiveX調(diào)用DEWEX.OCX組件實(shí)現(xiàn)軟硬件指令、數(shù)據(jù)交互功能。

圖1 測試系統(tǒng)原理圖

圖2 軟件結(jié)構(gòu)層次圖

2.3 小落震臺測試系統(tǒng)組成

小落震臺測試系統(tǒng)（如圖3、圖4）按功能分為系統(tǒng)管理模塊和測試模塊，其中核心為測試模塊，主要完成飛機(jī)起落架在下落過程中力、位移、加速度等參數(shù)測量任務(wù)。測試系統(tǒng)基于狀態(tài)機(jī)的程序框架架構(gòu)，程序運(yùn)行時(shí)可以在“初始、測試、退出”狀態(tài)之間進(jìn)行任意切換，“測試”狀態(tài)下有4種測試模式（硬件配置、系統(tǒng)配置、通道校驗(yàn)）供選擇，可通過事件結(jié)構(gòu)觸發(fā)執(zhí)行。事件結(jié)構(gòu)用來響應(yīng)如點(diǎn)擊鼠標(biāo)、按下鍵盤、退出程序等用戶界面操作指令，在事件沒有觸發(fā)之前程序一直處于等待狀態(tài)，如果某一事件觸發(fā)就會響應(yīng)執(zhí)行相應(yīng)的代碼。

圖3 測試系統(tǒng)組成模塊圖

圖4 測試系統(tǒng)流程圖

2.4 測試系統(tǒng)平臺

2.4.1 用戶登錄

用戶登錄功能，實(shí)現(xiàn)原理比較簡單，通過對輸入用戶信息與數(shù)據(jù)庫中的用戶名和密碼進(jìn)行比對，相同則登錄成功，否則就彈出錯(cuò)誤信息窗口，提示用戶輸入的姓名或密碼錯(cuò)誤。若系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存貯的密碼需進(jìn)行加密存貯，可進(jìn)一步采用如MD5的加密算法進(jìn)行加密，登錄界面如圖5所示。

圖5 登錄界面

2.4.2 用戶管理

登錄測試系統(tǒng)后，管理員可打開“用戶管理”界面（如圖6）進(jìn)行用戶添加、修改、刪除等操作，以及對通道校驗(yàn)設(shè)置權(quán)限，對其他用戶僅開放了“硬件配置、系統(tǒng)配置、通道校驗(yàn)、測試界面”4項(xiàng)權(quán)限。系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲主要采用基于Microsoft Access的Access數(shù)據(jù)庫，對“用戶管理、信號配置表、信號名稱”等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一配置管理。當(dāng)需多人共享測試數(shù)據(jù)時(shí)，可通過DSN連接、訪問數(shù)據(jù)庫[5-6]。

圖6 用戶管理界面

2.4.3 功能界面

功能界面為軟件各個(gè)功能模塊的切換中樞，在測試模式選擇界面下，可根據(jù)選擇不同布爾標(biāo)簽名切入到“硬件配置、系統(tǒng)配置、通道校驗(yàn)、測試界面、用戶管理”5個(gè)功能界面，并且可以點(diǎn)擊“退出”鍵，退出整個(gè)測試系統(tǒng)（如圖7）。測試模式選擇界面中各功能界面切換的機(jī)理是：通過LabVIEW軟件“引用節(jié)點(diǎn)調(diào)用”函數(shù)動態(tài)調(diào)用5個(gè)VI，獲取VI引用→打開VI前面板→運(yùn)行VI→關(guān)閉VI，實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能板塊的有效執(zhí)行。

圖7 功能界面及動態(tài)加載程序框圖

1）系統(tǒng)自檢。

系統(tǒng)自檢功能是在運(yùn)行測試程序之前，對關(guān)鍵的采集部件進(jìn)行檢測，確保在測試時(shí)硬件各項(xiàng)功能正常運(yùn)行。測試系統(tǒng)的程序部分借助LabVIEW事件結(jié)構(gòu)，通過While循環(huán)不斷查詢用戶界面中“設(shè)置”、“退出調(diào)用”布爾控件的觸發(fā)情況，當(dāng)觸發(fā)“設(shè)置”布爾控件時(shí)，可對測試程序進(jìn)行性能調(diào)試。

2）系統(tǒng)校驗(yàn)。

選擇需要校驗(yàn)的信號名稱，依次添加采集值和工程量值，輸入完成后根據(jù)需要選擇校準(zhǔn)公式，然后點(diǎn)擊線性擬合按鈕，得到多項(xiàng)式中的系數(shù)，保存系數(shù)/保存計(jì)量值；至此通道AI 01校驗(yàn)完成（如圖9）。

圖9 系統(tǒng)校驗(yàn)

通過實(shí)時(shí)監(jiān)控界面查看當(dāng)前通道值，若需要對此通道進(jìn)行精確調(diào)零，用通道校驗(yàn)界面中多項(xiàng)式系數(shù)中常量a0減去實(shí)時(shí)監(jiān)控界面當(dāng)前值，把得到的差值填入多項(xiàng)式系數(shù)中常量a0中，點(diǎn)擊保存系數(shù)后，在實(shí)時(shí)監(jiān)控界面可查看當(dāng)前通道值是否滿足要求。若一次精確調(diào)零未達(dá)到校驗(yàn)?zāi)康模砂匆陨喜襟E重復(fù)設(shè)置。

3）測試界面。

用戶在小落震臺測試系統(tǒng)輸入項(xiàng)目編號、文件名稱、當(dāng)量質(zhì)量、投放重力、停機(jī)載荷等參數(shù)，同一產(chǎn)品型號數(shù)據(jù)存儲在同一個(gè)文件夾下，文件夾以項(xiàng)目編號命名，存儲數(shù)據(jù)的名稱以時(shí)間加文件名稱進(jìn)行命名，便于對數(shù)據(jù)快捷查找[7]。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，測試界面將實(shí)時(shí)顯示飛機(jī)起落架在下降過程中的吊欄高度、理論投放高度、下沉速度、重力加速度、垂向載荷、液壓站壓力、著陸速度、機(jī)輪半徑、機(jī)輪轉(zhuǎn)速等狀態(tài)信息。測試系統(tǒng)在LabVIEW開發(fā)環(huán)境中，通過ActiveX自動化服務(wù)器程序，對DEWESoft軟件進(jìn)行操作，完成多通道數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和存儲。

4）歷史校驗(yàn)。

在小落震臺測試系統(tǒng)中，可按通道名、起始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間對歷史校驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，在查詢結(jié)果中選取某一條校驗(yàn)記錄，可在波形圖表、列表框中顯示采樣數(shù)據(jù)、擬合后公式系數(shù)等信息。用戶完成項(xiàng)目編號、文件名稱及背景色為綠色量值輸入、確認(rèn)。

5）數(shù)據(jù)回放。

在小落震臺測試系統(tǒng)中，通過讀取歷史數(shù)據(jù)（即對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取），在圖形中顯示相應(yīng)通道采集值，還可根據(jù)需要選擇相應(yīng)信號進(jìn)行顯示[8-9]，也可對任一通道采集值進(jìn)行橫向移動；支持多個(gè)歷史數(shù)據(jù)同時(shí)顯示（如圖10）；通過積分求導(dǎo)完成功量圖（如圖11），功量圖有兩種：吊欄重心位移與地面垂向載荷積分求導(dǎo)、緩沖器位移與地面垂向載荷積分求導(dǎo)。

圖10 數(shù)據(jù)回放

圖11 功量圖

3 測試系統(tǒng)驗(yàn)證

根據(jù)某型號主起落架試驗(yàn)任務(wù)書，表1為其儲備能力落震試驗(yàn)所需參數(shù)，表2為小落震臺測試系統(tǒng)對部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果[10]，各項(xiàng)指標(biāo)符合試驗(yàn)任務(wù)書要求。小落震臺測試系統(tǒng)人機(jī)界面良好，具有基本的數(shù)據(jù)管理功能，測試電纜插拔方便，且經(jīng)中國航空計(jì)量技術(shù)研究所計(jì)量與校準(zhǔn)，滿足起落架落震試驗(yàn)中航向力、側(cè)向力、垂向力、吊籃重心位移、起落架重心位移、吊籃重心加速度、輪胎壓縮量、高低壓腔壓力、應(yīng)力應(yīng)變等常規(guī)檢測要求，已在某些小型起落架落震試驗(yàn)中成功應(yīng)用。

表1 投放參數(shù)

表2 落震試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語

根據(jù)落震試驗(yàn)的特點(diǎn)，開發(fā)了一套基于LabVIEW的起落架小落震臺檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了落震試驗(yàn)過程中通道識別、數(shù)據(jù)采集、信號監(jiān)測、數(shù)據(jù)對比、曲線繪制等功能，落震臺測試系統(tǒng)具有136個(gè)測試通道和一套高精度傳感器，其中有128個(gè)測量應(yīng)變的通道，可以測量高度、位移、轉(zhuǎn)速、加速度、應(yīng)變和力，配合系統(tǒng)高精算法，能滿足軍民常規(guī)大、中、小型起落架研制工作的所有要求。測試系統(tǒng)經(jīng)計(jì)量與校準(zhǔn)合格，已在民、軍機(jī)的前、主起落架落震試驗(yàn)中得到推廣與應(yīng)用。落震臺測試系統(tǒng)模塊化程度高，交互性強(qiáng)，具有良好的可靠性、擴(kuò)展性、可維護(hù)性，適當(dāng)修改系統(tǒng)通道和相關(guān)配置參數(shù)，可廣泛適用于起落架類型試驗(yàn)測試。