CN115326347A - 一种直升机旋翼风洞试验数据采集系统及其采集处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直升机旋翼风洞试验数据采集系统及其采集处理方法，包括数据采集主机、数据采集板卡、无线路由器、无线采集设备、旋翼试验模型、信号传感器、滑环、前置放大器、放大器供电电源、旋翼天平、机身天平、天平供电电源、方位角编码器，信号传感器设置在旋翼试验模型上，旋翼天平设置在试验模型下方，旋翼天平通过前置放大器、滑环与数据采集板卡连接。机身天平设置在试验模型后方，机身天平通过前置放大器与数据采集板卡连接。天平供电电源为旋翼天平及机身天平供电。放大器供电电源为前置放大器供电。本发明实现了直升机旋翼风洞试验对气动力数据采集及处理的需求，功能完善完备；具有高测量精度、动态响应性能良好等优点。

Description

一种直升机旋翼风洞试验数据采集系统及其采集处理方法

技术领域

本发明涉及航空气动力旋翼风洞试验技术领域，具体涉及一种直升机旋翼风洞试验数据采集系统及其采集处理方法。

背景技术

旋翼试验台是直升机旋翼研制的重要试验研究和验证专用设备。在风洞中进行的悬停飞行状态和小周期变距操纵状态的各种旋翼性能试验、旋转动特性试验、减振技术试验、流场试验、噪声试验等统称为旋翼风洞试验。旋翼试验在直升机旋翼的研制过程中起着重要作用，为旋翼系统的研制提供了重要的设计、研究、验证手段，可以缩短型号研制周期，降低技术风险和减少研制成本。按照现代测试系统的要求，结合先进的网络技术、数据库技术及虚拟仪器技术，设计了一种新型的旋翼风洞试验数据采集与处理系统。克服了原有数据采集与处理系统不能远程网络监控、通用性和可移植性差以及数据处理功能少等缺点。利用虚拟仪器所具有的强大网络通信功能实现了数据的动态传输，通过网络实时获取数据并处理数据采集。

发明内容

本发明的目的提出一种直升机旋翼风洞试验数据采集系统，实现旋翼风洞试验气动载荷等数据采集功能。

本发明的采用的技术方案如下：一种直升机旋翼风洞试验数据采集系统，包括数据采集主机、数据采集板卡、无线路由器、无线采集设备、旋翼试验模型、信号传感器、滑环、前置放大器、放大器供电电源、旋翼天平、机身天平、天平供电电源和方位角编码器，所述的信号传感器设置在旋翼试验模型上，无线采集设备通过无线路由器与数据采集主机连接，旋翼天平设置在试验模型下方，旋翼天平通过前置放大器、滑环与数据采集板卡连接，机身天平设置在试验模型后方用于测量试验模型所受到的载荷，机身天平通过前置放大器与数据采集板卡连接，天平供电电源为旋翼天平及机身天平供电，放大器供电电源为前置放大器供电，方位角编码器与数据板卡连接，数据采集板卡设置在数据采集主机上；所述的试验模型所受到的载荷包括法向力、轴向力、横向力以及俯仰力矩、偏航力矩、俯仰力矩、挥舞力矩和摆振力矩。

进一步的，所述的方位角编码器采集的模型方位角角度范围为0°～360°，输出给数据采集板卡的数字模拟信号为A/B脉冲信号及零位Z脉冲信号。

本发明的另一目的是提供一种通过如上所述的数据采集系统得出的一种直升机旋翼风洞试验数据采集处理方法，实现试验数据采集处理功能，步骤如下：

步骤1：将信号传感器安装于旋翼试验模型上，通过信号电缆与无线采集设备相连；将无线路由器与数据采集主机连接；

步骤2：通过天平供电电源为旋翼天平及机身天平供电；通过放大器供电电源为前置放大器供电；旋翼天平通过前置放大器及滑环连接至数据采集板卡；机身天平通过前置放大器连接至数据采集板卡；方位角编码器连接至数据采集板卡；数据采集板卡设置在数据采集主机上

步骤3：设置试验类型、天平参数、模型参数、触发模式、采集频率、采集点数、放大倍数、文件保存路径、文件名称的参数信息，数据采集主机读取上述参数信息并自动生成数据采集计划；

步骤4：数据采集主机将运行启动指令发送至旋翼试验模型运行控制系统，旋翼试验模型运行控制系统驱动模型支撑机构带动试验模型转动；同时数据采集主机通过数据采集板卡按照设置的触发模式及采集频率进行数据采集；

步骤5：当触发模式设置为内时钟模式时，数据采集主机以数据采集系统为每个插槽采集模块提供的系统参考时钟为基准，依据参数信息中的采集频率产生触发信号，触发相应的数据采集板卡进行数据采集；

当触发模式设置为外触发模式时，方位角编码器产生的零位Z脉冲信号触发数据采集主机启动数据采集任务；方位角编码器产生的A/B脉冲信号作为时钟信号触发相应的数据采集板卡进行数据采集；

步骤6：在数据采集过程中，数据采集主机实时对旋翼天平、机身天平产生的数据依据递推平均滤波法进行处理，同时通过公式迭代将试验数据计算结果进行实时显示；

步骤7：数据采集主机将把连续采集后的风洞压力值、旋翼天平数据、机身天平数据及空气载荷按照指定格式存储为试验数据文件，以便后续计算。

本发明的有益效果：本发明实现了旋翼风洞试验数据采集功能，为旋翼所产生的载荷等提供了准确、有效的测量方法。本系统具有工作性能稳定，可靠性高，测量精度高等优点，目前已在风洞试验系统中得到应用，应用效果良好。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明的方法流程图；

图3是本发明无线采集设备原理图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解：

如图1所示，一种直升机旋翼风洞试验数据采集系统，包括数据采集主机、数据采集板卡、无线路由器、无线采集设备、旋翼试验模型、信号传感器、滑环、前置放大器、放大器供电电源、旋翼天平、机身天平、天平供电电源、方位角编码器等。

所述的信号传感器设置在旋翼试验模型上，无线采集设备通过无线路由器与数据采集主机连接。

所述的旋翼天平设置在试验模型下方，旋翼天平通过前置放大器、滑环与数据采集板卡连接。机身天平设置在试验模型后方，机身天平通过前置放大器与数据采集板卡连接。

所述的天平供电电源为旋翼天平及机身天平供电。放大器供电电源为前置放大器供电。方位角编码器与数据板卡连接，数据采集板卡设置在数据采集主机上。

所述的信号传感器设置在旋翼试验模型上，旋翼天平设置在试验模型下方，机身天平设置在试验模型后方用于测量试验模型所受到的载荷。

所述的试验模型所受到的载荷包括法向力、轴向力、横向力以及俯仰力矩、偏航力矩、俯仰力矩、挥舞力矩、摆振力矩。

所述的可编程放大器将模拟信号进行放大输出至滤波电路，滤波电路将上述模拟信号进行滤波处理，数模转换模块与滤波电路连接，将滤波后的模拟信号转换为数字信号输出至微控制单元，WIFI发射模块将数字信号向外发出。

进一步的，所述的无线路由器与数据采集主机连接，用于接收无线采集设备发出的数字信号。

进一步的，所述的滑环与数据采集板卡连接。

进一步的，所述的天平供电电源与旋翼天平及机身天平连接，为二者供电。所述的放大器供电电源与前置放大器连接，为其供电。

进一步的，所述的方位角编码器为中空圆环式编码器，由一个定子和一个转子组成。定子由电源供电，用来采集被动转子的角度位置和转速。

进一步的，所述的方位角编码器采集的模型方位角角度范围为0°～360°，输出给数据采集板卡的数字模拟信号为A/B脉冲信号及零位Z脉冲信号。

如图3所示，所述的无线采集设备包括桥电源、可编程放大器、滤波电路、模数转换模块、微控制单元、WIFI发射模块，所述的桥电源为无线采集设备提供5V直流电源供电。

所述的可编程放大器具有信号放大功能。所述的模数转换模块由高精度16位工业级A/D转换芯片等组成。所述的微控制单元由32位ARM处理器构成，功耗超低，休眠电流＜5uA，可以提供开始触发输入信号接口(Z)、外触发信号输入接口(A/B)，提供内外触发切换程控设置。WIFI发射模块由工业级无线通信芯片组成，无线传输距离可达到50米以上。

如图2所示，直升机旋翼风洞试验数据采集处理方法，包括以下步骤：

步骤1：将信号传感器安装于旋翼试验模型上，通过信号电缆与无线采集设备相连；将无线路由器与数据采集主机连接；

步骤2：通过天平供电电源为旋翼天平及机身天平供电；通过放大器供电电源为前置放大器供电；旋翼天平通过前置放大器及滑环连接至数据采集板卡；机身天平通过前置放大器连接至数据采集板卡；方位角编码器连接至数据采集板卡；数据采集板卡设置在数据采集主机上

步骤3：设置试验类型、天平参数、模型参数、触发模式、采集频率、采集点数、放大倍数、文件保存路径、文件名称等参数信息，数据采集主机读取上述参数信息并自动生成数据采集计划；

步骤4：数据采集主机将运行启动指令发送至旋翼试验模型运行控制系统，旋翼试验模型运行控制系统驱动模型支撑机构带动试验模型转动；同时数据采集主机通过数据采集板卡按照设置的触发模式及采集频率进行数据采集。

步骤5：当触发模式设置为内时钟模式时，数据采集主机以数据采集系统为每个插槽采集模块提供的系统参考时钟为基准，依据参数信息中的采集频率产生触发信号，触发相应的数据采集板卡进行数据采集。

当触发模式设置为外触发模式时，方位角编码器产生的零位Z脉冲信号触发数据采集主机启动数据采集任务；方位角编码器产生的A/B脉冲信号作为时钟信号触发相应的数据采集板卡进行数据采集。

步骤6：在数据采集过程中，数据采集主机实时对旋翼天平、机身天平等产生的数据依据递推平均滤波法等进行处理，同时通过公式迭代等将试验数据计算结果进行实时显示。

步骤7：数据采集主机将把连续采集后的风洞压力值、旋翼天平数据、机身天平数据及空气载荷等按照指定格式存储为试验数据文件，以便后续计算。

Claims (3)

1.一种直升机旋翼风洞试验数据采集系统，包括数据采集主机、数据采集板卡、无线路由器、无线采集设备、旋翼试验模型、信号传感器、滑环、前置放大器、放大器供电电源、旋翼天平、机身天平、天平供电电源和方位角编码器，其特征在于，所述的信号传感器设置在旋翼试验模型上，无线采集设备通过无线路由器与数据采集主机连接，旋翼天平设置在试验模型下方，旋翼天平通过前置放大器、滑环与数据采集板卡连接，机身天平设置在试验模型后方用于测量试验模型所受到的载荷，机身天平通过前置放大器与数据采集板卡连接，天平供电电源为旋翼天平及机身天平供电，放大器供电电源为前置放大器供电，方位角编码器与数据板卡连接，数据采集板卡设置在数据采集主机上；所述的试验模型所受到的载荷包括法向力、轴向力、横向力以及俯仰力矩、偏航力矩、俯仰力矩、挥舞力矩和摆振力矩。

2.根据权利要求1所述的一种直升机旋翼风洞试验数据采集系统，其特征在于：所述的方位角编码器采集的模型方位角角度范围为0°～360°，输出给数据采集板卡的数字模拟信号为A/B脉冲信号及零位Z脉冲信号。

3.一种采用权利要求1或2所述的数据采集系统得出的一种直升机旋翼风洞试验数据采集处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将信号传感器安装于旋翼试验模型上，通过信号电缆与无线采集设备相连；将无线路由器与数据采集主机连接；

步骤2：通过天平供电电源为旋翼天平及机身天平供电；通过放大器供电电源为前置放大器供电；旋翼天平通过前置放大器及滑环连接至数据采集板卡；机身天平通过前置放大器连接至数据采集板卡；方位角编码器连接至数据采集板卡；数据采集板卡设置在数据采集主机上

步骤3：设置试验类型、天平参数、模型参数、触发模式、采集频率、采集点数、放大倍数、文件保存路径、文件名称的参数信息，数据采集主机读取上述参数信息并自动生成数据采集计划；

步骤4：数据采集主机将运行启动指令发送至旋翼试验模型运行控制系统，旋翼试验模型运行控制系统驱动模型支撑机构带动试验模型转动；同时数据采集主机通过数据采集板卡按照设置的触发模式及采集频率进行数据采集；

步骤5：当触发模式设置为内时钟模式时，数据采集主机以数据采集系统为每个插槽采集模块提供的系统参考时钟为基准，依据参数信息中的采集频率产生触发信号，触发相应的数据采集板卡进行数据采集；

当触发模式设置为外触发模式时，方位角编码器产生的零位Z脉冲信号触发数据采集主机启动数据采集任务；方位角编码器产生的A/B脉冲信号作为时钟信号触发相应的数据采集板卡进行数据采集；

步骤6：在数据采集过程中，数据采集主机实时对旋翼天平、机身天平产生的数据依据递推平均滤波法进行处理，同时通过公式迭代将试验数据计算结果进行实时显示；

步骤7：数据采集主机将把连续采集后的风洞压力值、旋翼天平数据、机身天平数据及空气载荷按照指定格式存储为试验数据文件。

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