C919飞机纵向重心自动调控系统设计与实现

发布时间：2020-04-15 12:13

【摘要】：飞机重心位置严重影响飞机飞行的稳定性。在定型试飞过程中,对飞机重心进行飞行测试试验是至关重要的一个环节。通过人为对飞机重心的测试、调节与控制,从而获得飞机的重量、重心测试实验数据,进而验证飞机的飞行重心范围。为了顺利完成该项试飞任务,本课题研制了一套高可靠性与实用性的飞机纵向重心自动调控系统。结合系统的技术指标要求与具体的功能需求,首先给出了硬件平台的总体设计方案,完成了包括用于存储与运输纯净水的水箱管路系统和实现对系统的状态监测与控制的中央控制系统的硬件平台研制,重点讨论集成了Compact RIO嵌入式控制器、驱动控制板板卡、电源模块与操控模块的控制机箱设计,然后论述了飞机的重心计算相关原理,给出了完善的飞机纵向重心计算方法。重心计算的主要数据来源于液位传感器与ARINC 429模块获取的燃油数据,本文详细论述了数据滤波与多传感器容错设计的液位数据校正方法,提高重心计算精度且能够规避单支传感器失效风险,然后给出了基于两次插值的不规则油箱燃油重心计算方法。系统采用软硬件协同的原则,完成包括运行在处理器中的实时监控软件和运行在FPGA的数据采集与控制软件,保证了重心测试与控制的实时性与准确性,提高了系统适航性与安全性。最后,结合项目进度,地面搭建完成重心自动调控系统,确定了关键功能模块与系统整体调试方案。完成了电源模块、核心板卡与ARINC 429等关键功能模块的测试。系统调试之前,完成改进的PID闭环控制算法参数整定,应用整定完成的控制参数,对重心调节速率进行测试,在正常与应急模式下均满足技术协议要求。最后完成了重心调节能力与重心调节精度的计算与分析。验证了重心自动调控系统能够满足设计要求的所有功能与技术指标要求。
【图文】：

示意图,管路系统,示意图,水箱

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文2.3.1 系统管路布局设计如图 2-1 所示，为重心调控系统水箱及管路布局设计图[18]。系统中共设计有 16 个水箱，其中水箱 1~4 与 9~12 位于航向右侧，而水箱 5~8 与 13~16 位于航向左侧。航向左右两侧的两个水箱之间连通，每个水箱上部安装有排气阀门，出水口安装有电磁阀。该系统管路中还设计有 4 台动力水泵分别为 B1、B2、B3、B4 为重心调控系统中各水箱水量的重新分配提供动力与 4 个电动球阀，通过控制水箱出水口的电磁阀门、增压水泵与电动球阀的开关来指定前后调水，进而实现飞机重心的调节。表 2-2 为系统在不同工作模式时的调水方案设计，即不同调节模式下系统中增压水泵与阀门等执行机构的工作状态。

数模图,控制机

RS-422 接口传输遥测数据 1VGA 接口显示器输出 1以太网口时间同步、电负载系统交互 2USB 接口存储设备、键盘与鼠标 32.4 控制机箱设计如图 2-3 是研制完成的控制机箱数模图。机箱内部集成了主控制器模块、驱动控制板卡、电源模块以及操控模块。为了提高开发效率，主控模块选择满足技术需求的成熟上架产品；驱动控制板卡的设计解决执行机构不具备控制信号端的问题，实现数字 I/O 到执行机构的基本控制；电源模块设计需要实现变压整流器与蓄电池双路供电自动切换；机箱的操控模块即面板开关，可以实现手动模式调节飞机重心，，是系统安全性的备份设计，手动调节物理开关的形式实现重心前移或者重心后移，将重心调回至安全重心位置。控制机箱后面板的以太网口、DVI 与 USB 等接口均是将主控模块的相应功能接口连接至机箱后面板，这些功能接口分别用于连接存储设备、键盘鼠标与显示器，同时也用于编程与调试。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V217

【参考文献】