專利名稱：一種液體火箭發(fā)動機(jī)虛擬試驗(yàn)平臺及其試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液體火箭發(fā)動機(jī)虛擬試驗(yàn)平臺及其試驗(yàn)方法，屬于發(fā)動機(jī)虛擬試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，在我國航空航天和軍事領(lǐng)域的許多系統(tǒng)開發(fā)研制中，動力系統(tǒng)的研制主要靠地面 試驗(yàn)來完成,地面試驗(yàn)相對于飛行試驗(yàn)付出較小的物質(zhì)消耗，它可以避免發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)上的缺陷， 優(yōu)化發(fā)動機(jī)性能等。但是，地面試驗(yàn)系統(tǒng)通用性差、誤差累積較多、研制過程漫長而且花費(fèi) 巨大。因此，開展新形式的試驗(yàn)研究對縮短新型號發(fā)動機(jī)的研制周期，降低研制、試驗(yàn)費(fèi)用
具有重要意義。
隨著航天技術(shù)的發(fā)展，對發(fā)動機(jī)復(fù)雜的性能特性的認(rèn)知需求越來越高，相應(yīng)的對其試驗(yàn) 技術(shù)的要求也越來越苛刻。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為發(fā)展試驗(yàn)平臺的建t莫仿真設(shè)備提供了 有利的工具。應(yīng)用仿真設(shè)備對真實(shí)發(fā)動機(jī)熱試車進(jìn)行模擬，可以得到熱試車過程中無法測量
的數(shù)據(jù)，可以減少發(fā)動機(jī)的測量誤差，也可以減少發(fā)動機(jī)研發(fā)周期和費(fèi)用。
但是，應(yīng)用仿真設(shè)備對試驗(yàn)過程進(jìn)行模擬，模擬者需要對熱試車方案、試驗(yàn)流程和試驗(yàn)
結(jié)果進(jìn)行數(shù)值管理，或者對多個(gè)商業(yè)軟件進(jìn)行操作管理，兼容性差，不方便，也很不直觀，
所以，亟需一個(gè)綜合管理平臺，實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)和軟件的集成，可以實(shí)現(xiàn)直觀表達(dá)、交互進(jìn)行
發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的熱試車過程。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)以及人機(jī)交互理論的發(fā)展，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立虛擬
環(huán)境下的綜合試驗(yàn)平臺有了可以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)，它將在新型號動力系統(tǒng)的概念研究、研制
等方面顯示出明顯的優(yōu)勢和巨大的效益。
發(fā) 明 內(nèi) 容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有發(fā)動機(jī)試驗(yàn)與仿真技術(shù)的不足和缺陷，提出一種虛擬試驗(yàn)平 臺，從根本上改變了發(fā)動機(jī)研制的熱試車方式，增加了熱試車的靈活性，使發(fā)動機(jī)試驗(yàn)虛擬 設(shè)備具有更大的適應(yīng)性。
本發(fā)明提供的液體火箭發(fā)動機(jī)虛擬試驗(yàn)平臺主要包括試驗(yàn)管理器纟莫塊、試驗(yàn)對象仿真凈莫 塊、運(yùn)行控制模塊、虛擬環(huán)境模塊、驗(yàn)?zāi)Ｔu估模塊和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。各個(gè)模塊之間采用ADO 等接口集成技術(shù)，使數(shù)據(jù)信息在各模塊之間實(shí)現(xiàn)無障礙傳輸。
其中，試驗(yàn)管理器模塊是試驗(yàn)者即試驗(yàn)操作人員進(jìn)行試驗(yàn)操作的引擎，被用來確定試驗(yàn)方案和試驗(yàn)對象(發(fā)動機(jī)系統(tǒng)或其部件)，設(shè)置試驗(yàn)對象的參數(shù)，包括控制參數(shù)、設(shè)計(jì)參數(shù)、 環(huán)境參數(shù)、試驗(yàn)者信息等。同時(shí)，這些數(shù)據(jù)信息和試驗(yàn)方案都儲存到平臺虛擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫管 理系統(tǒng)中。
試驗(yàn)對象仿真模塊包括纟莫型和算法兩個(gè)部分，共同構(gòu)成試驗(yàn)對象，是整個(gè)平臺的核心部 分。在確定了試驗(yàn)方案之后，試驗(yàn)對象仿真模塊被用來模擬試驗(yàn)對象(即實(shí)際發(fā)動機(jī)系統(tǒng) 或其部件)的工作過程。它從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中讀取試驗(yàn)設(shè)置信息和發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)/狀態(tài)參數(shù)信 息，加載算法，進(jìn)行仿真計(jì)算，得到其工作特性參數(shù)。得到的試驗(yàn)結(jié)果被同步保存到數(shù)據(jù)庫 管理系統(tǒng)中。
運(yùn)行控制模塊用于操作控制試驗(yàn)對象仿真模塊，包括啟動、運(yùn)行、繼續(xù)、調(diào)速等發(fā)動機(jī) 虛擬試驗(yàn)流程的操作控制，直至得到試驗(yàn)結(jié)果。
虛擬環(huán)境模塊功能是將試驗(yàn)的結(jié)果信息(如溫度、壓力、流量等)映射到三維實(shí)體模型 上。其中，實(shí)體模型指的是試驗(yàn)對象(發(fā)動機(jī)系統(tǒng)或其部件)的試驗(yàn)系統(tǒng)，以及相關(guān)的控制 系統(tǒng)、顯示儀表等。試驗(yàn)結(jié)果信息包括真實(shí)試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)對象仿真模塊的計(jì)算結(jié)果兩種信 息，它們都被儲存在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中。在試驗(yàn)過程中，顯示模塊就會從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中 讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示到虛擬儀器表盤或者表現(xiàn)其對應(yīng)的動畫效果(液體流動、火焰噴射等)。 試驗(yàn)者可以根據(jù)需求對試驗(yàn)場景中的三維實(shí)體模型進(jìn)行交互操作，例如暫停、緊急停止、重 新啟動等，真實(shí)反映發(fā)動機(jī)及其部件的工作特性；并且可以反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，顯示了虛擬試驗(yàn) 平臺的無限可重復(fù)操作性功能。
驗(yàn)?zāi)Ｔu估模塊的功能是從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中分別讀取真實(shí)試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)對象仿真模塊 的計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果，利用各種模型驗(yàn)證算法(如誤差分析法，自回歸法等)，對虛擬試驗(yàn)結(jié)果的 精度和置信度進(jìn)行評估。
數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)管理系統(tǒng)，用于虛擬試驗(yàn)的信息管理，所有的虛 擬試驗(yàn)和真實(shí)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)信息都存儲到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，包括試驗(yàn)的控制信息、試驗(yàn)對 象的結(jié)構(gòu)參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)、試驗(yàn)結(jié)果、驗(yàn)證結(jié)果等等。應(yīng)用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 的查找、插入、刪除和儲存，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)和參數(shù)的管理、傳遞和共享，是支撐虛擬試驗(yàn)的 重要基礎(chǔ)。
本發(fā)明將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)動機(jī)試驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合，虛擬試驗(yàn)平臺采用試驗(yàn)管理系統(tǒng)和
數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的熱試車文檔管理和數(shù)值管理；釆用接口集成技術(shù)和平臺框架結(jié)構(gòu) 取代傳統(tǒng)的多種仿真軟件獨(dú)立技術(shù)的現(xiàn)狀；利用三維造型技術(shù)營造虛擬試驗(yàn)環(huán)境，顯示試驗(yàn) 結(jié)果取代傳統(tǒng)的真實(shí)點(diǎn)火和儀表顯示；釆用實(shí)時(shí)交互技術(shù)，對虛擬環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)過程的運(yùn)行控制。
本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述的試驗(yàn)平臺進(jìn)行虛擬試驗(yàn)的試驗(yàn)方法具體實(shí)施步驟如下步驟一、試驗(yàn)管理器模塊確定試驗(yàn)方案和試驗(yàn)對象。
如果數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中存在這種試驗(yàn)方案，則直接根據(jù)確定試驗(yàn)方案設(shè)置試驗(yàn)路徑，試 驗(yàn)環(huán)境、試驗(yàn)流程、試驗(yàn)對象參數(shù)等信息，并儲存到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。如果數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 中沒有需求試驗(yàn)方案，則設(shè)置新的試驗(yàn)方案，并為新的試驗(yàn)方案設(shè)置試驗(yàn)路徑，試驗(yàn)環(huán)境、 試驗(yàn)流程、試驗(yàn)對象參數(shù)等信息，并儲存至數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，便于對試驗(yàn)方案的管理。
步驟二、試驗(yàn)對象仿真才莫塊進(jìn)行虛擬試驗(yàn)。本平臺針對液體火箭發(fā)動機(jī)試驗(yàn)特點(diǎn)，把試 驗(yàn)對象分為三類(1)虛擬部件試驗(yàn)，(2)虛擬發(fā)動機(jī)單機(jī)或子系統(tǒng)試驗(yàn)，(3)動力系統(tǒng)試 驗(yàn)。三類對象層層包含，所以，采用面向?qū)ο蟮姆椒ň帉懲ㄓ没?、模塊化的部件模塊程序， 就可以構(gòu)建任意的不同層次的試驗(yàn)對象。每種部件為一個(gè)類模塊，主要由典型種類的部件如 貯箱、管路、閩門、噴注器、燃燒室、噴管等所組成。進(jìn)行試驗(yàn)對象虛擬試驗(yàn)時(shí)，首先，判 斷試驗(yàn)對象仿真模塊中是否存在試驗(yàn)對象系統(tǒng)矩陣，如果不存在，則通過各組件類，連接搭 建試驗(yàn)對象系統(tǒng)，生成底層系統(tǒng)矩陣，然后讀取/調(diào)用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)參數(shù)、狀態(tài)參 數(shù)、控制參數(shù)等，加載算法進(jìn)行仿真計(jì)算；如果試驗(yàn)對象仿真模塊中存在試驗(yàn)對象系統(tǒng)矩陣， 則直接加載算法進(jìn)行仿真。
步驟三、試驗(yàn)過程運(yùn)行控制模塊在虛擬實(shí)時(shí)運(yùn)行過程當(dāng)中，通過對試驗(yàn)對象仿真模塊的 控制，達(dá)到對試驗(yàn)效果控制的目的，即實(shí)現(xiàn)啟動、運(yùn)行、繼續(xù)、調(diào)速等功能，直至試驗(yàn)結(jié)束。
步驟四、虛擬環(huán)境模塊，在三維交互環(huán)境中執(zhí)行虛擬試驗(yàn)流程。在進(jìn)行虛擬試驗(yàn)時(shí)，首 先將環(huán)境參數(shù)(如大氣溫度、大氣壓力等)、試驗(yàn)對象參數(shù)等導(dǎo)入到三維虛擬環(huán)境中，即建立 仿真模型與實(shí)體環(huán)境之間的映射關(guān)系，然后將仿真結(jié)果實(shí)時(shí)傳至虛擬環(huán)境中的三維顯示，就 可以模擬真實(shí)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)的場景。本平臺采用3ds Max對液體火箭發(fā)動機(jī)各主要部件 (貯箱、管路、閥門、噴注器、燃燒室、噴管等)及控制臺等進(jìn)行三維幾何建模，并采用.nmo 文件接口技術(shù)，在virtools中將部件組合，采用biulding block技術(shù)讀取數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)， 將虛擬環(huán)境中的三維實(shí)體與仿真結(jié)果或真實(shí)試驗(yàn)結(jié)果建立關(guān)聯(lián)，將試驗(yàn)結(jié)果映射其上，直觀 顯示發(fā)動機(jī)的熱試車場景(點(diǎn)火、液體流動、儀表顯示)，并且可以通過虛擬操作控制面板對 這些虛擬試驗(yàn)場景進(jìn)行交互操作，真實(shí)反映發(fā)動機(jī)及其部件的工作特性；并且可以反復(fù)進(jìn)行 試驗(yàn)，顯示了虛擬試驗(yàn)平臺的無限可重復(fù)操作性功能。
步驟五、驗(yàn)?zāi)Ｔu估模塊虛擬試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評估。
驗(yàn)?zāi)Ｔu估模塊讀取數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中的仿真計(jì)算結(jié)果和歷史真實(shí)點(diǎn)火結(jié)果記錄，將數(shù)據(jù) 庫管理系統(tǒng)中兩種結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行對比計(jì)算，釆用誤差分析法等模型驗(yàn)證算法，對虛擬試驗(yàn)精 度和置信度進(jìn)行評估，并將評估結(jié)果儲存到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，最后將結(jié)果即誤差等以曲線 的形式顯示。
通過上述評估結(jié)果，判斷發(fā)動機(jī)的性能是否滿足要求，如果是，則結(jié)束本次試驗(yàn)；如果否，則重新設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，從步驟一開始重新進(jìn)行試驗(yàn)流程操作。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 可以方便虛擬表達(dá)多種物理環(huán)境，補(bǔ)充真實(shí)熱試車方案；
(2) 模塊化仿真，提高試驗(yàn)對象的通用性；
(3) 多計(jì)算機(jī)技術(shù)及功能集成，搭建無縫計(jì)算機(jī)環(huán)境可以實(shí)現(xiàn)本平臺的通用性和應(yīng)用靈
活性；
(4) 通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對試驗(yàn)信息進(jìn)行綜合管理；
(5) 可以提高對物理過程的理解，預(yù)測系統(tǒng)在各種復(fù)雜條件下的性能；
(6) 可以減少試驗(yàn)誤差累積，增加試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本，增加試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑u估可靠性；
(7) 也可以減少試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，縮短試驗(yàn)周期，并對新型號發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)起到預(yù)示和指導(dǎo)作用；
(8) 可以通過軟件升級，不斷改進(jìn)和增強(qiáng)設(shè)備能力；
(9) 可以通過網(wǎng)絡(luò)控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程試驗(yàn)。


圖1虛擬試驗(yàn)平臺結(jié)構(gòu)示意圖2應(yīng)用本發(fā)明虛擬試驗(yàn)平臺進(jìn)行虛擬試驗(yàn)的流程圖。
圖中
1.試驗(yàn)管理器模塊2.試驗(yàn)對象仿真模塊3.運(yùn)行控制模塊4.虛擬環(huán)境模塊 5.驗(yàn)?zāi)Ｔu估模塊 6.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明是一種液體發(fā)動機(jī)虛擬試驗(yàn)平臺裝置，如圖1所示，所述的裝置包括試驗(yàn)管理器 模塊l、試驗(yàn)對象仿真模塊2、運(yùn)行控制模塊3、虛擬環(huán)境模塊4、驗(yàn)證評估模塊5和數(shù)據(jù)庫 管理系統(tǒng)6。其中試驗(yàn)管理器模塊1進(jìn)行試驗(yàn)方案的選擇，確定試驗(yàn)對象，設(shè)置試驗(yàn)對象的 參數(shù)，所述的試驗(yàn)對象的參數(shù)包括發(fā)動機(jī)的控制參數(shù)、設(shè)計(jì)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、試驗(yàn)者信息等。
所述的試驗(yàn)對象仿真模塊2包括發(fā)動機(jī)部件或者系統(tǒng)的^莫型和算法兩個(gè)獨(dú)立部分，用于 實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)部件或者系統(tǒng)的虛擬試驗(yàn)。在確定了試驗(yàn)方案之后，試驗(yàn)對象仿真模塊被用來 模擬試驗(yàn)對象(即實(shí)際發(fā)動機(jī)系統(tǒng)或其部件)的工作過程，它從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)6中讀取 試驗(yàn)設(shè)置信息和發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)/狀態(tài)參數(shù)信息，得到其工作特性參數(shù)，啟動仿真程序，得到的試 驗(yàn)結(jié)果被同步保存到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)6中。
所述的運(yùn)行控制f莫塊3用于對試驗(yàn)對象仿真模塊2的仿真過程進(jìn)行控制，如虛擬試驗(yàn)的 啟動、運(yùn)行、繼續(xù)和調(diào)速等，直至得到試驗(yàn)最終結(jié)果。
所述的虛擬環(huán)境模塊4在進(jìn)行虛擬試驗(yàn)時(shí)，首先將數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)6中的環(huán)境參數(shù)(如大氣溫度、大氣壓力等)、試驗(yàn)對象參數(shù)等導(dǎo)入到三維虛擬環(huán)境4中，即建立仿真模型與實(shí)體 環(huán)境之間的映射關(guān)系，然后將試驗(yàn)對象仿真模塊中得到的仿真結(jié)果實(shí)時(shí)傳至三維顯示，就可 以模擬真實(shí)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)的場景。本平臺采用3ds Max對液體火箭發(fā)動機(jī)各主要部件(jjfc 箱、管路、閥門、噴注器、燃燒室、噴管等)及控制臺等進(jìn)行三維幾何建模，并釆用.nmo 文件接口技術(shù)，在virtools中將部件組合，釆用biulding block技術(shù)讀取數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)6， 將虛擬環(huán)境4中的三維實(shí)體與仿真結(jié)果或真實(shí)試驗(yàn)結(jié)果建立關(guān)聯(lián)，將試驗(yàn)結(jié)果映射其上，直
觀顯示發(fā)動機(jī)的熱試車場景(如點(diǎn)火、液體流動、儀表顯示)，方便實(shí)驗(yàn)者觀察虛擬試驗(yàn)結(jié)果， 并且可以通過虛擬操作控制面板對這些虛擬環(huán)境模塊4中的試驗(yàn)場景進(jìn)行交互操作，真實(shí)反
映發(fā)動機(jī)及其部件的工作特性；并且可以反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，顯示了虛擬試驗(yàn)平臺的無限可重復(fù) 操作性功能。
所述的驗(yàn)證評估模塊5將根據(jù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)6中的真實(shí)試驗(yàn)結(jié)果和虛擬試驗(yàn)結(jié)果，利 用各種模型驗(yàn)證方法(如誤差分析法，自回歸法等)，對虛擬試驗(yàn)結(jié)果的精度和置信度進(jìn)行評 估，并將不同的驗(yàn)?zāi)７椒ǖ玫降姆抡娼Y(jié)果進(jìn)行評估，找到與真實(shí)試驗(yàn)結(jié)果最接近的一個(gè)仿真 結(jié)果作為試驗(yàn)的最終結(jié)果。
數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)管理系統(tǒng)，用于虛擬試驗(yàn)的信息管理，所有的虛 擬試驗(yàn)和真實(shí)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)信息都存儲到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，包括試驗(yàn)的控制信息、試驗(yàn)對 象的結(jié)構(gòu)參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)、試驗(yàn)結(jié)果、驗(yàn)證結(jié)果等等。應(yīng)用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 的査找、插入、刪除和儲存，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)和參數(shù)的管理、傳遞和共享，是支撐虛擬試驗(yàn)的 重要基礎(chǔ)。
應(yīng)用上述的虛擬試驗(yàn)平臺，本發(fā)明還提供一種發(fā)動機(jī)虛擬試驗(yàn)方法，流程如圖2所示， 具體通過如下步驟實(shí)現(xiàn)
步驟一、試驗(yàn)管理器模塊確定試驗(yàn)方案和試驗(yàn)對象。
根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康模囼?yàn)者通過試驗(yàn)管理器模塊1進(jìn)行試驗(yàn)方案的選擇和試驗(yàn)對象(發(fā)動機(jī) 或其部件)的確定。如果數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)6中存在所需虛擬試驗(yàn)對象的既定試驗(yàn)方案，則直 接調(diào)用該方案，如果不存在，則需要設(shè)定新的試驗(yàn)方案，并將其保存到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)6中。 為了便于管理，為確定了的試驗(yàn)方案設(shè)置試驗(yàn)的工作的路徑，設(shè)置試驗(yàn)對象的參數(shù)，包括 控制參數(shù)、設(shè)計(jì)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、試驗(yàn)者信息等，設(shè)置環(huán)境參數(shù)，并儲存到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 6中，為進(jìn)一步的試驗(yàn)打下基礎(chǔ)。
步驟二、試驗(yàn)對象仿真模塊2進(jìn)行虛擬試驗(yàn)。
試驗(yàn)對象仿真+莫塊2調(diào)用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)6中的仿真參數(shù)，對發(fā)動機(jī)進(jìn)行仿真，并由運(yùn) 行控制模塊3對發(fā)動機(jī)仿真過程進(jìn)行控制。進(jìn)行試驗(yàn)對象虛擬試驗(yàn)時(shí)，首先，判斷試驗(yàn)對象 仿真模塊2中是否存在試驗(yàn)對象系統(tǒng)矩陣，如果存在，則直接加載算法進(jìn)行虛擬試驗(yàn)；如果不存在，則通過各組件類，連接搭建試驗(yàn)對象，生成底層系統(tǒng)矩陣；然后讀取/調(diào)用數(shù)據(jù)庫管 理系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)、控制參數(shù)等，根據(jù)選擇的試驗(yàn)對象調(diào)用發(fā)動機(jī)部件或者系 統(tǒng)相應(yīng)的模型和算法，進(jìn)行仿真計(jì)算。
步驟三、運(yùn)行過程控制模塊3對試驗(yàn)對象仿真模塊2進(jìn)行控制，包括啟動、運(yùn)行、繼 續(xù)、調(diào)速等操作控制，直至試驗(yàn)結(jié)束。
步驟四、虛擬環(huán)境模塊，在三維交互環(huán)境中執(zhí)行虛擬試驗(yàn)流程。
虛擬環(huán)境模塊首先將環(huán)境參數(shù)、試驗(yàn)對象參數(shù)等導(dǎo)入到三維虛擬環(huán)境中，即建立仿真模 型與實(shí)體環(huán)境之間的映射關(guān)系，然后將仿真結(jié)果實(shí)時(shí)傳至三維顯示，就可以模擬真實(shí)發(fā)動機(jī) 點(diǎn)火試驗(yàn)的場景。所述的三維顯示包括物理現(xiàn)象的變化，流量計(jì)等測量儀表的實(shí)時(shí)更新。虛 擬環(huán)境模塊將虛擬環(huán)境中的三維實(shí)體與仿真結(jié)果或真實(shí)試驗(yàn)結(jié)果建立關(guān)聯(lián)，將試驗(yàn)結(jié)果映射 到三維實(shí)體上，直觀顯示發(fā)動機(jī)的熱試車場景(點(diǎn)火、液體流動、儀表顯示)，并且可以通過 虛擬操作控制面板對這些虛擬試驗(yàn)場景進(jìn)行交互操作，真實(shí)反映發(fā)動機(jī)及其部件的工作特性; 并且可以反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，顯示了虛擬試驗(yàn)平臺的無限可重復(fù)操作性功能。
步驟五、驗(yàn)證評估模塊5對仿真結(jié)果進(jìn)行評估。
驗(yàn)證評估模塊5將保存至數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)6中的擬定測點(diǎn)的被測值結(jié)果，與對應(yīng)的真實(shí) 試驗(yàn)的測點(diǎn)值進(jìn)行對比校驗(yàn)，用真實(shí)點(diǎn)火的歷史數(shù)據(jù)修正仿真模型，把評估結(jié)果保存至數(shù)據(jù) 庫管理系統(tǒng)6中，便于查看多種形式的結(jié)果。通過上述評估結(jié)果，判斷發(fā)動機(jī)的性能是否滿 足要求，如果是，則結(jié)束本次試驗(yàn)；如果否，則重新設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，從步驟一開始重新進(jìn)行 試驗(yàn)流程操作，直至滿足要求。
至此，針對某一對象的一次虛擬試驗(yàn)完成。
權(quán)利要求
1、一種液體火箭發(fā)動機(jī)虛擬試驗(yàn)平臺，其特征在于包括試驗(yàn)管理器模塊、試驗(yàn)對象仿真模塊、運(yùn)行控制模塊、虛擬環(huán)境模塊、驗(yàn)?zāi)Ｔu估模塊、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，各個(gè)模塊之間采用ADO技術(shù)、biulding block接口集成技術(shù)，使數(shù)據(jù)信息在各模塊之間實(shí)現(xiàn)無障礙傳輸；所述的試驗(yàn)管理器模塊用來確定試驗(yàn)方案和試驗(yàn)對象，設(shè)置試驗(yàn)對象的參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)信息和試驗(yàn)方案都儲存到平臺虛擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中；所述的試驗(yàn)對象仿真模塊被用來模擬試驗(yàn)對象的工作過程，并將仿真過程得到的試驗(yàn)結(jié)果同步保存到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中；所述的運(yùn)行控制模塊用于操作控制試驗(yàn)對象仿真模塊，直至得到試驗(yàn)結(jié)果；所述的虛擬環(huán)境模塊功能是將虛擬試驗(yàn)的結(jié)果信息映射到三維實(shí)體模型上，試驗(yàn)者對三維實(shí)體模型形成的試驗(yàn)場景進(jìn)行交互操作，真實(shí)反映發(fā)動機(jī)及其部件的工作特性；所述的驗(yàn)?zāi)Ｔu估模塊從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中分別讀取真實(shí)試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)對象仿真模塊的計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果，利用各種模型驗(yàn)證算法對虛擬試驗(yàn)結(jié)果的精度和置信度進(jìn)行評估；所述的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)用于虛擬試驗(yàn)的信息管理，所有的虛擬試驗(yàn)和真實(shí)數(shù)據(jù)信息都存儲到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，包括試驗(yàn)的控制信息、試驗(yàn)對象的結(jié)構(gòu)參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)、試驗(yàn)結(jié)果、驗(yàn)證結(jié)果等等，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的查找、插入、刪除和儲存，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)和參數(shù)的管理、傳遞和共享。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液體火箭發(fā)動機(jī)虛擬試驗(yàn)平臺，其特征在于所述的模型驗(yàn) 證算法是指誤差分析法或者自回歸法。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液體火箭發(fā)動機(jī)虛擬試驗(yàn)平臺，其特征在于所述的試驗(yàn)對 象的參數(shù)包括控制參數(shù)、設(shè)計(jì)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、試驗(yàn)者信息。
4、 應(yīng)用權(quán)利要求1所述的一種液體火箭發(fā)動機(jī)虛擬試驗(yàn)平臺的試驗(yàn)方法，其特征在于如下 步驟步驟一、試驗(yàn)管理器t莫塊確定試驗(yàn)方案和試驗(yàn)對象；如果數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中存在所需要設(shè)定的試驗(yàn)方案，則直接根據(jù)確定試驗(yàn)方案設(shè)置試驗(yàn)路徑，試驗(yàn)環(huán)境、試驗(yàn)流程、試驗(yàn)對象參數(shù)等信息，并儲存到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；如果數(shù)據(jù)庫 管理系統(tǒng)中沒有需求試驗(yàn)方案，則設(shè)置新的試驗(yàn)方案，并為新的試驗(yàn)方案設(shè)置試驗(yàn)路徑，試 驗(yàn)環(huán)境、試驗(yàn)流程、試驗(yàn)對象參數(shù)等信息，并儲存至數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，便于對試驗(yàn)方案的管 理；步驟二、試驗(yàn)對象仿真模塊進(jìn)行虛擬試驗(yàn)；進(jìn)行試驗(yàn)對象虛擬試驗(yàn)時(shí)，首先，判斷試驗(yàn)對象仿真模塊中是否存在試驗(yàn)對象系統(tǒng)矩陣，如果不存在，則連接搭建試驗(yàn)對象系統(tǒng)矩陣，然后根據(jù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)、控制參數(shù)等，加載算法進(jìn)行仿真計(jì)算；如果試驗(yàn)對象仿真模塊中存在試驗(yàn)對象系統(tǒng)矩 陣，則直接加載算法進(jìn)行仿真；步驟三、試驗(yàn)過程運(yùn)行控制模塊在虛擬實(shí)時(shí)運(yùn)行過程當(dāng)中，通過對試驗(yàn)對象仿真模塊的 控制，達(dá)到對試驗(yàn)效果控制的目的，即實(shí)現(xiàn)啟動、運(yùn)行、繼續(xù)、調(diào)速等功能，直至試驗(yàn)結(jié)束;步驟四、虛擬環(huán)境纟莫塊在三維交互環(huán)境中執(zhí)行虛擬試驗(yàn)流程；虛擬環(huán)境模塊首先將環(huán)境參數(shù)、試驗(yàn)對象參數(shù)等導(dǎo)入到三維虛擬環(huán)境中，即建立仿真模 型與實(shí)體環(huán)境之間的映射關(guān)系，然后將仿真結(jié)果實(shí)時(shí)傳至三維顯示，模擬真實(shí)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)的場景；步驟五、驗(yàn)證評估t莫塊對仿真結(jié)果進(jìn)行評估；驗(yàn)?zāi)Ｔu估模塊讀取數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中的仿真計(jì)算結(jié)果和歷史真實(shí)點(diǎn)火結(jié)果記錄，將數(shù)據(jù) 庫管理系統(tǒng)中兩種結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行對比計(jì)算，釆用模型驗(yàn)證算法對虛擬試驗(yàn)精度和置信度進(jìn)行 評估，并將評估結(jié)果儲存到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中；通過上述評估結(jié)果，判斷發(fā)動機(jī)的性能是否滿足要求，如果是，則結(jié)束本次試驗(yàn)；如果 否，則重新設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，返回步驟一開始重新進(jìn)行試驗(yàn)流程操作，直至滿足要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液體火箭發(fā)動機(jī)虛擬試驗(yàn)平臺及其試驗(yàn)方法，包括試驗(yàn)管理器模塊、試驗(yàn)對象仿真模塊、運(yùn)行控制模塊、虛擬環(huán)境模塊、驗(yàn)證評估模塊和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，通過試驗(yàn)對象和試驗(yàn)方案的確定，運(yùn)行控制模塊對試驗(yàn)對象仿真模塊的仿真過程進(jìn)行控制，虛擬環(huán)境模塊進(jìn)行三維顯示和實(shí)體映射，驗(yàn)證評估模塊對虛擬試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評估以及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息儲存和管理，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動機(jī)試驗(yàn)技術(shù)和計(jì)算機(jī)手段的結(jié)合，達(dá)到了虛擬試驗(yàn)平臺成為工程無縫一體化體系效果，使得它與真實(shí)試驗(yàn)操作規(guī)程類似，能在一定程度上具有與真實(shí)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)相似的功能和性能。
文檔編號G01M15/00GK101576440SQ20091008704
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
發(fā)明者張黎輝, 徐姍姍, 偉 李, 晨 李, 娜 段, 輝 潘 申請人:北京航空航天大學(xué)