一種實時工況數據處理軟件設計

中圖分類號：TP311 文獻標志碼：A 文章編號：1671-0797（2025）13-0059-04

D0I：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.13.015

0 引言

軌/姿控衛星發動機試驗目的之一，是獲取發動機各種工況下的各類參數，因為這些數據是驗證發動機設計理論、研究發動機工作狀態和考核發動機工作性能的重要依據。液體火箭發動機每次點火試驗都會產生大量不同類型的試驗參數數據，主要有發動機推力、流量、壓力、溫度、振動、位移、熱流、混合比等[]。

目前使用已開發的數據處理軟件在每次點火結束后對試驗數據進行處理分析，處理效率低，同時數據采集保存的原始數據大多為二進制格式，每次點火結束后需要對大量的二進制數據進行處理分析，計算穩態點火程序的平均值，并根據室壓、流量、儲箱壓力等關鍵參數來計算下次點火的試驗工況，某些特定程序下，根據試驗設計單位需求，還要讀取某些關鍵參數的最大值及其對應時刻，其過程比較煩瑣，處理數據量較大。

針對上述問題，開發了一套實時數據處理、功能明確、運行效率較高的實時工況數據處理軟件，縮減了點火間隔時間，提高了試驗效率。

1數據采集系統及發動機工況概述

1.1Pacific6000數據采集系統簡介

1.1.1 Pacific6000數據采集系統

Pacific6000系列是集傳感器信號調理、AD轉換和控制于一體的高性能數據采集系統，采用模擬、數字和軟件技術對傳感器信號進行調理、采集、顯示和分析，提供模擬和數字信號輸出對外部系統進行控制。6000系統獨特的體系結構使得其可以高效地記錄靜態和動態測量數據，且數據具有優良的時間相關性；與計算機的接口可以是IEEE-488（GPIB）或USB2.0，接口類型決定了系統通信能力，USB2.0系統具有更高的數據傳輸能力（可達 4MS/s） 和最小的傳輸延遲，典型情況下小于 5ms ，GPIB系統的最大傳輸速率可達 800kS/s 。

PI660是一個為數據采集和顯示特別編寫的軟件，它功能豐富，操作簡單，可以對DAS硬件進行編程、數據采集和顯示。該軟件主要具有以下功能：實時數據采集和記錄、多通道信號處理、數據分析與可視化、報警和事件記錄、數據導出。該軟件常用于工業過程監測、設備設施性能測試和液體火箭發動機試驗，用戶通過通用編程語言[2]，如C、 C++ 、VisualBasic等，調用PI660的DLL功能，用以進行軟件的編寫和嵌入。

6000系統是模塊化結構，傳感器信號調理、AD轉換、數字IO、模擬輸出控制、IRIG時間及其他測量和輸出功能分別使用不同的插卡式模塊板，整個系統通過一個主機箱與計算機連接。對于IEEE-488系統，前面的IO模塊板位于主機箱，其他模塊板安裝在從機箱。在USB接口系統中，所有IO模塊板均安裝在多個主機箱內。

1.1.2 客戶端工作站

PI660的客戶端工作站可通過網絡支持數據顯示和記錄，客戶端從服務器或操作站端獲得數據并顯示和記錄。必要條件：Server和Client必須在同一個網絡上，并且都要具有管理員權限；測試配置文件必須定義并保存在服務器上。當服務器端軟件處于預覽或記錄狀態時，客戶端軟件將顯示已經收到數據，點擊客戶端的“預覽\"按鈕可以顯示數據，點擊客戶端的“記錄”按鈕可以記錄數據到本地.RAW格式的文件中[3]。

1.2 液體火箭發動機試驗工況

液體火箭發動機試驗工況計算涉及復雜的流體力學、熱力學、燃燒學和結構力學問題，通常需要專業軟件進行多學科耦合仿真[4]。以下是核心計算內容：

1）推進劑流量與混合比 （k） ：燃料/氧化劑流量分配、噴射壓降。②）燃燒室性能 （P_c） ：燃燒效率、室壓、溫度分布、特征速度 （C^*） 。3）噴管性能參數：膨脹比、推力系數 （C_f） 、比沖（I_sp） 。4關鍵參數的平均值處理及計算：入口壓力、發動機推力、儲箱壓力、推進劑流量等。

關鍵參數計算示例：

混合比 （k） ：

式中： q_mo 為氧化劑流量； q_mf 為燃料流量。

意義：直接影響發動機的性能、燃燒穩定性、冷卻效率和整體設計。

比沖 （I_sp） ：

式中： F 為推力； q_mo 為氧化劑流量; q_mf 為燃料流量; g 為重力加速度。

意義：單位推進劑產生的沖量（單位為s），衡量衛星發動機效率的核心參數。

特征速度 （C^*） ：

式中： P_c 為室壓； A 為喉部面積; q_mo 為氧化劑流量； q_mf為燃料流量。

意義：反映推進劑能量和燃燒效率，用于評估燃燒性能。

2 實時數據處理軟件設計思路

軟件實現的功能應包含數據讀取及存儲、數據處理、數據動態顯示等，具體步驟如圖1所示。

數據處理（均值 數據動態顯示（包含實數據讀取及計算、濾波、去 時參數、實時工況、目存儲奇點、去零位） 標工況、工況參數）

2.1 數據讀取及存儲

數據讀取通過內置函數實現，一般為二進制數據，讀取時本機作為客戶端讀取來自服務端的數據。根據采樣間隔及參數設置讀取服務端對應試驗數據，讀取命令為success=PI660DLLGetComputedBSTR-Name（k，ChannelName）。數據存儲將讀入數據寫入臨時數組中，在停止記錄時將數組中保存的所有數據寫入指向的txt文件中。操作界面如圖2所示。

2.2 數據處理

數據處理包括按照預設區間計算零位，按照預設工況計算間隔計算平均值，根據核心計算內容、流阻及工況配置計算工況。代碼流程圖如圖3所示。

流阻部分代碼示例[5]：

0|1|2|3|4|5|6|7|8|9| 'T|V0|FacO|Pc0|qmo0|qmf0|pioO|pifO|ptoOlptf0l IfMSFlexGrid1.TextMatrix（i，2） \"Fac\"Then Facl=CDbl （MSFlexGrid1.TextMatrix （i，4）） *

CDbl（MSFlexGrid1.TextMatrix（i， 5）） Pc1=Fac1/GK_Sum（2）*GK_Sum（3） qmol Fac1/GK_Sum（2）*（GK_Sum（4）+GK_

Sum（5））*rm0/（rm0+1） qmfl=Fac1/GK_Sum（2）*（GK_Sum（4）+GK_

Sum（5））/（rm0+1） piol °leddash Pc1+（GK_Sum（6）-GK_Sum（3））*（qmo1/

GK_Sum（4））^2 pifl=Pc1+（GK_Sum（7）-GK_Sum（3）*（qmfl/

GK_Sum（5））^2 pto1=Pc1+（GK_Sum（9）-GK_Sum（3）*（qmo1/

GK_Sum（4）） ^2 ptf1=Pc1+（GK_Sum（9）-GK_Sum（3））*（qmfl/

GK_Sum（5））^2 ElseIfMSFlexGrid1.TextMatrix（i，2）= \"Pc\"Then Pc1=CDbl （MSFlexGrid1.TextMatrix （i， 4））

*CDbl（MSFlexGrid1.TextMatrix（i， 5）） Fac1=Pc1/GK_Sum（3）*GK_Sum（2） qmo1=Pc1/GK_Sum（3）*（GK_Sum（4）+GK_

Sum（5））*rm0/（rm0+1） qmfl=Pc1/GK_Sum（3）*（GK_Sum（4）+GK_

Sum（5））/（rm0+1） pio1=Pc1+（GK_Sum（6）-GK_Sum（3））*（qmo1/

GK_Sum（4））^2 pifl=Pc1+（GK_Sum（7）-GK_Sum（3））*（qmfl/

GK_Sum（5））^2 pto1=Pc1+（GK_Sum（8）-GK_Sum（3））*（qmo1/

GK_Sum（4））^2 ptfl=Pc1+（GK_Sum（9）-GK_Sum（3））*（qmfl/

GK_Sum（5））^2

End If

2.3 數據顯示

數據顯示包括實時參數數據、實時工況、目標工況、選定的點火次數的平均值，默認每秒刷新一次。為用戶提供的操作包括：

1）選中：根據選中的工況參數實時調節目標工況；2）鎖定：鎖定實時工況參數；3）增加行：根據任務工況增加空行以添加工況參數；4）存儲/加載配置：可保存配置好的工況參數并在之后重新加載。

顯示界面如圖4所示。

3 試驗使用情況

該軟件經評審論證后，在軌/姿控發動機高空模擬試驗中進行測試及試用，經多次試驗實踐，運行效果良好，在試驗期間省去了人員后處理時間，提高了操作人員數據處理的效率。該軟件目前已正式應用于軌/姿控發動機高空模擬試驗的數據處理、分析過程，縮短了試車時間，為將來新型測量系統的研發提供了有效的技術借鑒。

4結論

該實時數據處理軟件實現了多參數類型、大規模數據的實時處理、數據輸出及顯示。經過實際試驗使用，軟件運行良好，能夠對不同數據類型的數據按照預設參數進行處理并顯示，使液體火箭發動機試驗過程的質量和效率得到提升，為液體火箭發動機試車數據報告提供了可靠的軟件支持。

[參考文獻]

[1]史超.液體火箭發動機高空模擬試驗系統設計[M].北京：中國宇航出版社，2021.

[2]明日科技.VisualBasic從入門到精通[M].北京：清華大學出版社，2019.

[3]美國太平洋公司.Pacific Instrument[Z]，2000.

[4]韓明.液體火箭發動機試驗測控技術[M].北京：中國宇航出版社，2024.

[5]王彥麗.VisualBasic程序設計教程[M].北京：電子工業出版社，2007.

收稿日期：2025-04-01

作者簡介：劉鑫 （1988-） ，男，河北廊坊人，技師，研究方向：液體火箭發動機試驗測量技術。