基于LabVIEW的戰(zhàn)斗機的應(yīng)用

便攜式數(shù)字數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（PDDAS）使用了LabVIEW實時模塊和PXI，以控制風洞測試和采集記錄來自128個不同通道的空氣壓力數(shù)據(jù)

通過LabVIEW實時模塊，可以在各種操作情況下獲得采集空氣壓力數(shù)據(jù)及向風洞提供反饋控制信號所需的確定性響應(yīng)時間。

– Dave Scheibenhoffer, G Systems

挑戰(zhàn):

用一個可采集、分析和存儲來自下一代噴氣式戰(zhàn)斗機引擎設(shè)計的動態(tài)壓力數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，來替換洛克希德馬丁航空公司的一個專用的基于VME的DSP 系統(tǒng)。

解決方案:

利用業(yè)界標準的、現(xiàn)成可用的技術(shù)，其中包括PXI、MXI、UDP 和RAID，以及LabVIEW實時模塊，創(chuàng)建一個滿足嚴格技術(shù)要求的、緊密集成的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。

在G 系統(tǒng)有限公司，我們利用不到四個月的時間，完成了從基于VME 的設(shè)備到一個更為健壯、緊湊和可靠的數(shù)據(jù)采集與實時控制系統(tǒng)的升級?，F(xiàn)在，洛克希德馬丁公司的工程師們可以在實現(xiàn)其通道數(shù)翻番的同時，以比其先前的VME設(shè)備提高10 倍的速度配置其基于PXI 的系統(tǒng)。而且，便攜式數(shù)字數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（PDDAS）使測試周期從2 秒降至50 毫秒，所有這些費用都比僅僅升級基于VME的測試系統(tǒng)的一部分所需的成本要低。

對噴氣式引擎的設(shè)計改進需要引擎工作參數(shù)的精確表征。為完成此項工作，設(shè)計工程師們檢視了噴氣式引擎的空氣壓力分布，以觀測在引擎渦輪入口處的氣流模式扭曲。為采集這一數(shù)據(jù)，需要一個關(guān)于飛行器的精確擴展模型和一個接近音速的風洞來模擬實際工作條件。

洛克希德馬丁德公司的工程師們采用F-35 聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機測試中的設(shè)備擴展模型。由于已經(jīng)確認其先前基于VME 的測試系統(tǒng)難以配置和升級，洛克希德馬丁德公司的工程師們委托我們開發(fā)新型PDDAS 系統(tǒng)，以控制和采集來自其風洞測試的數(shù)據(jù)。

PDDAS包含基于兩個PXI 機箱的128個通道同時進行動態(tài)壓力測量的采樣，共配有16個NI PXI-4472動態(tài)信號采集模塊。初看之下，兩個機箱似乎讓系統(tǒng)太復(fù)雜，顯得多余；然而，通過利用NI MXI 光纖拓展連接這兩個機箱，并沒有引入額外的復(fù)雜度。MXI 總線基本作為一個PCI橋連接第二個機箱。從軟件的觀點來看，第二個機箱內(nèi)的板卡看似位于第一個機箱。PXI的采用還提供了以頗有競爭力的成本獲得足夠高的數(shù)據(jù)傳輸速率（132MB/s），以供后續(xù)擴展。

PDDAS還包含有NI SCXI-1520，它連接至一個面向張力測量信號調(diào)理的全橋庫利特壓力傳感器。利用LabVIEW 實時模塊，我們可以實現(xiàn)確定性的響應(yīng)時間，這對于采集空氣壓力數(shù)據(jù)和提供回饋至風洞的控制信號以改變工作條件都是必要的。

反射內(nèi)存

利用PXI 架構(gòu)，我們可以處理PDDAS 系統(tǒng)中采集的大量數(shù)據(jù)，而LabVIEW實時模塊處理所謂的“嗡嗡”計算（每50毫秒近450000次浮點計算），它搜尋引擎入氣口內(nèi)的一個諧振條件。在某些操作參數(shù)下，進入入氣口的氣流可能會同相。如果允許達到完全諧振，所產(chǎn)生的作用力可能會損害引擎。為杜絕這一現(xiàn)象，PDDAS 系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測接近嗡嗡的條件，并反饋至風洞控制系統(tǒng)以根據(jù)需要改變風洞的操作參數(shù)。

考慮到大數(shù)據(jù)量及高計算強度，嵌入式PXI-8176 Pentium 控制器沒有足夠的剩余帶寬將采集到的數(shù)據(jù)保存到磁盤。為了解決這個問題，我們在PXI 機箱中安裝了VMIC映射內(nèi)存卡。NI 提供LabVIEW實時驅(qū)動來支持映射內(nèi)存卡的安裝與配置。在該方案中，我們將采集數(shù)據(jù)映射到運行Windows 2000系統(tǒng)的Pentium主工作站上。工作站采用成熟的商用光纖通道卡及驅(qū)動，作為輔助任務(wù)將數(shù)據(jù)寫入獨立磁盤冗余陣列（RAID）。映射存儲提供簡單優(yōu)越的解決方案，消除了系統(tǒng)潛在的瓶頸。

系統(tǒng)通信

因為PDDAS系統(tǒng)被應(yīng)用于全國多個風洞中，所以Lockheed Martin的工程師需要找到一個普適的可向每個風洞控制系統(tǒng)提供實時反饋的機械裝置。因此我們在應(yīng)用中采用用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）。盡管UDP協(xié)議并不是一個確定性協(xié)議，但它適用于每個風洞設(shè)備。通過謹慎選取LabVIEW 任務(wù)屬性，PDDAS 能夠以50 ms 的固定傳輸率發(fā)送UDP 包。