跨音速動態(tài)風洞

1、嘉兆科技 CORAD解決方案-跨音速動態(tài)風洞位于美國弗吉尼亞州漢普頓市美國宇航局（NASA）蘭利研究中心的跨音速動態(tài)風洞是一座用于研究固定翼和旋轉翼飛機的氣動彈性力學的連續(xù)式跨音速風洞?？缫羲賱討B(tài)風洞的測試區(qū)域截面積約為1.5平方米，長約2.5米。 跨音速動態(tài)風洞被廣泛運用于各種試驗，包括推進系統(tǒng)測試、自由飛試驗、顫振試驗、抖振試驗、空氣聲學試驗，以及需要振顫抑制等實時主動控制的試驗。自1960年以來，幾乎所有美國建造的運載工具、高性能軍用飛機和商業(yè)運輸飛機都在跨音速動態(tài)風洞進行了測試。 跨音速動態(tài)風洞的測試需要進行256個通道靜態(tài)和動態(tài)信號的實時采集和顯示，要求同步進行數(shù)據(jù)的采集、顯示、存儲

2、、分析，并傳輸數(shù)據(jù)給實時控制系統(tǒng)進行模型控制。該系統(tǒng)采用應變計、硅膜壓力傳感器、壓阻式加速度計、熱膜風速計等多種傳感器來測量模型響應，并在需要時采用執(zhí)行機構對模型進行控制。 傳感器數(shù)據(jù)的時間相關性往往對研究模型動態(tài)響應至關重要，特別是在需要計算兩個傳感器數(shù)據(jù)相干特性的情況下。即使在不同的程控增益下，測量系統(tǒng)也必須有出色的通道匹配性能，以避免在相干分析中引入誤差。在跨音速動態(tài)風洞進行的測試種類眾多，涵蓋從穩(wěn)態(tài)流體測量到高速瞬態(tài)的顫振、抖振、空氣聲學測量模式。測量系統(tǒng)的傳遞函數(shù)必須同時滿足瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)測試要求。 對于一套具有256個傳感器的測試系統(tǒng)，在每次測試前，必須要能夠自動驗證測量系統(tǒng)的性能，最

3、好還能檢查傳感器和電纜的健康狀態(tài)。長時間測試時，最好能連續(xù)監(jiān)視傳感器的激勵電壓或電流、傳感器電阻來驗證傳感器的健康狀態(tài)。此外，全自動、可溯源的年度校準系統(tǒng)也是必不可少的。解決方案： 為了比較各個信號調(diào)理系統(tǒng)供應商，美國宇航局購買了多套小型系統(tǒng)進行試用評估，并對硬件進行一系列嚴格的認證測試。測試包括直流和交流增益精度、直流激勵精度、直流穩(wěn)定性、寬帶和頻譜噪聲、全帶寬/濾波頻響、瞬態(tài)響應、通帶平坦度、幅度、相位匹配。 美國宇航局最終選取了PFI28000信號調(diào)理系統(tǒng)對安裝在測試模型上的256個傳感器進行模擬信號調(diào)理。此系統(tǒng)采用PFI28124四通道傳感器調(diào)理插卡，共有256通道，安裝在42英寸高的

4、機柜中，28124插卡的輸出連接到NI的PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接布線通過28000的背板完成。在不斷開輸出電纜的情況下，28124插卡可在28000機箱中靈活插拔。28124插卡為美國宇航局使用的多種傳感器的信號調(diào)理提供了高性能、高密度、完全程控的通用解決方案。28124插卡為橋路式傳感器提供恒壓激勵，為各種可變電阻傳感器（如動應變計或RTD電阻溫度計）提供PFI獨創(chuàng)的2線/4線制（開爾文電橋）恒流激勵。每通道提供了三路獨立帶緩沖的輸出：一路輸出連接到PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，另一路輸出被工程師用來進行實時分析和模型控制，第三路輸出連接到測試客戶提供的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，來記錄重要的

5、風洞參數(shù)和通道信息。在驅動接地單端負載時，插卡支持以地為參考的輸出，避免引入地回路現(xiàn)象。輸出可以獨立程控加以濾波，也可旁路濾波器使用全帶寬。 PFI平坦/脈沖 (FLAT/PULSE) 濾波技術允許用戶程控設置濾波器的頻響特性。在做瞬態(tài)測試或時域波形比較重要的測試，采用脈沖模式濾波。脈沖模式具有出色線性相位響應特性，這是時域波形再現(xiàn)以及低過沖、低抖動的瞬態(tài)響應所必需的。對于頻域分析，采用平坦模式濾波將獲得出色的傳遞函數(shù)平坦特性。 28124信號調(diào)理插卡的產(chǎn)品特色之一是：即使在各通道程控設置成不同增益的情況下也能擁有出色的幅度和相位匹配度。濾波器在整個通帶內(nèi)具有0.1dB幅度和1°相位

6、的匹配度，截止頻率從1Hz到100kHz可編程。 由于風洞測試成本昂貴，而且有些實驗不能重復，采集數(shù)據(jù)的機會往往只有一次，美國宇航局需要高性能、高可靠性設備確保有效地采集數(shù)據(jù)。便捷的電纜、傳感器健康狀態(tài)監(jiān)測功能使用戶能夠在第一時間發(fā)現(xiàn)問題，及時采取措施保全重要數(shù)據(jù)。 28000信號調(diào)理系統(tǒng)內(nèi)置的測試硬件和軟件允許用戶輕松地進行一系列全自動的傳感器和電纜健康狀態(tài)檢查。系統(tǒng)采用PFI獨創(chuàng)的動態(tài)分路校準技術來驗證傳感器電阻以及電纜電容產(chǎn)生的頻響衰減。 所有的測試和測量系統(tǒng)都需要定期校準。通常情況下，這意味著測試系統(tǒng)被拆解，插卡被拔出，并運到內(nèi)部校準實驗室或運回原廠。這個過程需要30天的停機時間。美國

7、宇航局嚴格的測試進度不能允許每年1個月的停機時間，因此需要自動現(xiàn)場校準。PFI系統(tǒng)內(nèi)置的測試硬件和軟件允許用戶在現(xiàn)場執(zhí)行NIST可溯源的校準測試，無需從機柜中移出系統(tǒng)。為了滿足更嚴格的校準要求，PFI的ACLASS認可的校準實驗室可應客戶需求為設備提供ANSI/NCSL Z540-1-1994、ISO 17025:2005和ANSI/NCSL Z540.3-2006認證校準。方案特點： 針對風洞試驗的256通道通用信號調(diào)理系統(tǒng) 同一個放大器模塊支持多種傳感器信號 提供對稱恒壓激勵（零共模）或對稱恒流激勵 全程控傳感器橋路配置：1、2、4橋臂，120、350、1000歐姆橋電阻： 全程控恒流配置：2線/4線制（開爾文連接） 無論增益如何設定，放大器都具有出色的幅度和相位匹配度 程控低通濾波器，可選擇平坦/脈沖（FLAT/PULSE）模式，適用于頻域或時域分析 程控低通濾波器截止頻率范圍：1Hz-100kHz 程控交流/直流耦合 每個通道具有三路緩沖輸出，可獨立程控設置濾波器；具有Ground Sense功能，驅動單端負載時，不會形成地回路 高密度：256通道僅占用42英寸高的機柜空間 傳感器、電纜、信號調(diào)理器和數(shù)據(jù)采集器的自動驗證 獨創(chuàng)AC Shunt Cal技術，用以評估