【内容摘要】：分析了主飞控系统铁鸟试验对试验设备的需求，并根据需求设计了一种“上位机—下位机”模式的主飞控系统试验器，叙述了试验器的系统组成、硬件配置和相应的软件设计。该系统采用模块化设计，在不影响被试系统功能、性能的前提下满足试验需求，具有集成度高，操作方便，易于进行试验构型改变和试验流程管控等优势。
关键词：铁鸟试验 飞控系统 试验器
隔离桩1.
引言
在飞机型号研发阶段，研发单位需完成从分系统到系统的综合，并开展分系统验证试验和系统间交联验证试验，确认被试系统满足设计要求。其中，为开展液压能源系统、飞控系统、起落架系统验证试验和系统间交联验证试验所构建的试验环境通常被称作铁鸟试验环境。随着飞机设计技术和电子技术的发展，飞控系统呈现组成复杂、机载设备众多、与其他系统交联关系多、交联信号类型多样的特点，对飞控系统验证试验的充分、准确开展带来压力。本 文以某型飞机主飞控系统铁鸟验证试验为背景，阐述了主飞控系统试验器的设计和应用。
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需求分析
主飞控系统铁鸟试验的主要试验目的是验证系统各项主要功能和性能等指标是否符合相关需求，具体包括主飞控系统控制逻辑及功能验证、故障监控与处理验证、余度管理功能验证、系统动态/静态性能试验等试验项目。为进行上述试验项目，需要通过给主飞控系统注入激励、设置故障等建立试验构型，又需要配置若干检测点并加装各类传感器获取主飞控系统相关变量、特征参数和技术状态，还需要获取主飞控系统内、主飞控系统与其他机载系统间流转的各类信号。由上述需求可知，主飞控系统试验器需实现主飞控系统各机载设备之间的互联通信，完成信号的传输和数据信息的交换，以及实现主飞控系统与地面试验设备之间的信号隔离与互联通信，完成机载设备与地面试验设备之间的信号传输和数据信息的交换。其具体功能包括：①在机载设备不完全具备的试验条件下，由主飞控系统试验器为主飞控计算机提供其内、外部信号环境；②实时获取主飞控系统运行时内、外部交联信号，具备主飞控系统内、外部输入、输出信号的隔离与旁路采集功能；③实现主飞控计
算机交联真实信号与仿真信号的切换；④实现主飞控系统内、外部输入、输出信号的通断和对相关交联信号的故障注入功能。多功能电源插座
1.
系统设计
主飞控系统试验器系统设计示意见图1。其中实线框所示为主飞控系统试验器，由上位机、数据仿真模块、数据采集模块、信号适配模块、故障注入模块等组成，各组成模块间通过试验以太网和硬线连接。
图1 主飞控系统试验器设计示意图
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系统配置
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上位机
上位机采用通用的计算机工作站，运行试验器综合管理软件、信号仿真软件、配线控制软件、故障注入软件。试验器综合管理软件完成构型切换、数据采集与显示、设备状态监控、数据回放与存储等功能，并作为信号仿真软件、配线控制软件、故障注入软件的顶层应用软件；信号仿真软件实现对飞行仿真信号、试验网络信号的控制，为信号仿真设备提供数据激励。通过信号仿真软件可以自由选择静态、周期波形、试验网络采集信号及飞行信号作为信号仿真的数据源，从而完成不同试验场景的测试需求；配线控制软件用于控制信号切换设备进行仿真信号与机载信号的切换，实现试验构型的变换；故障注入软件控制各类故障注入设备，为主飞行控制器的外围接口进行物理层、电气层以及协议层的故障注
入。
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数据仿真模块
按照试验需求，主飞控系统试验器需在主飞控计算机外围机载设备不完全具备的条件下进行外围环境的补全，因此主飞控系统试验器需配置数据仿真模块。数据仿真模块由信号仿真软件、信号仿真硬件和信号调理模块组成，信号仿真软件对仿真信号参数进行配置，信号仿真硬件受数据源激励后产生相应电气信号，再经过信号调理转换为与真实机载信号一致的电气信号进行输出。
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数据采集模块
数据采集模块将机载信号进行信号隔离后，通过旁路引出的方式接入信号适配模块，在不影响机载设备正常回路电气特性的前提下完成主飞控计算机交联信号的采集。隔离桩
1.
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信号适配模块
信号适配模块是主飞控系统试验器的信号分离面，将机载信号和仿真信号进行汇总、分配和切换，由信号切换设备、信号断联设备和隔离旁路输出接口组成。
信号切换设备采用自动配线工作模式，通过配线控制软件进行控制，实现单路信号、多路
信号在机载设备信号与仿真信号之间的同时切换，以实现试验构型的调整。信号断联设备通过断路测试箱实现，安装在主飞控计算机信号输入/输出通路上，所有机载信号在连接到主飞控计算机之前，需先经过断线测试箱，因此断路测试箱为各类型信号提供断路测试点，对主飞控系统试验器输入/输出信号进行断线测试，同时为故障注入设备提供故障注入接口。
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故障注入模块
故障注入模块将总线信号、模拟量信号和离散量信号的有效故障模式样本注入到被试系统中，通过多种信号的故障特性来测试被试系统的可靠性，评价被试系统的设计水平。故障注入模块采用FPGA和以太网端口组合的方式，FPGA完成对数据的采集控制、故障信号输出控制和故障信号算法的实现，以太网端口则完成与试验器上位机之间的通信，接收上位
机发出的故障指令同时上传故障注入设备当前的工作状态。通过故障注入模块，可实现ARINC429、1553B等总线故障在物理层、电气层和协议层的注入，实现模拟量、离散量等类型故障信号在主飞控计算机外围接口物理层、电气层的注入。以ARINC429总线信号故障注入功能为例，支持注入的故障类型见表1。
表1 ARINC429故障注入类型
物理层 | 电气层电缆转接箱 | 协议层 |
断路故障 | 信号幅值调节 | 同步头反向 |
周期性通断 | 内部噪声信号叠加 | 女儿墙泛水字长修改 |
短路故障 | 信号占空比调节 | 数据替换 |
串联阻抗控制 | 信号斜率调节 | 指定位编码极性反转 |
并联阻抗控制 | 信号速率调节 | 延时错误 |
| | Bit位毛刺 |
| | |
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软件设计
主飞控系统试验器软件在上位机上运行，负责实现试验器功能、工程管理和用户操作界面开发，主要包括综合管理软件、信号仿真软件、配线控制软件、故障注入软件。
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综合管理软件
试验器综合管理软件完成构型切换、数据采集与显示、设备状态监控、数据回放与存储等功能，并作为信号仿真软件、配线控制软件、故障注入软件的顶层应用软件。综合管理软
件具备设备配置功能，可以通过软件界面完成对试验器数据采集和还原设备的通道使能、传感器标定、采集设备零位补偿、采样率设置、线性变换，被试系统中采集的物理信号在软件界面通过树状结构完成汇总，并通过曲线控件和LED控件完成信号监控。
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芯棒1.
信号仿真软件
信号仿真软件完成对仿真信号的类型选择、参数配置，控制信号仿真硬件、调理模块输出目标仿真信号。按照试验需求的不同，信号仿真软件可在信号仿真硬件输入静态激励数据或动态激励数据。静态激励数据通过手动设置静态数值或波形周期、类型、幅值等相关参数，生成固定数值的静态数据或正弦波、矩形波、三角波等周期波形。动态激励数据可采集试验网络中任意通道作为数据源，如采集飞行仿真系统的相关输出作为数据源。
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