中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1671-0797（2025）13-0059-04

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

0 引言

軌/姿控衛(wèi)星發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)?zāi)康闹?，是獲取發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況下的各類參數(shù)，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)是驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)理論、研究發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)和考核發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能的重要依據(jù)。液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)每次點(diǎn)火試驗(yàn)都會(huì)產(chǎn)生大量不同類型的試驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)，主要有發(fā)動(dòng)機(jī)推力、流量、壓力、溫度、振動(dòng)、位移、熱流、混合比等[]。

目前使用已開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件在每次點(diǎn)火結(jié)束后對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，處理效率低，同時(shí)數(shù)據(jù)采集保存的原始數(shù)據(jù)大多為二進(jìn)制格式，每次點(diǎn)火結(jié)束后需要對(duì)大量的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，計(jì)算穩(wěn)態(tài)點(diǎn)火程序的平均值，并根據(jù)室壓、流量、儲(chǔ)箱壓力等關(guān)鍵參數(shù)來(lái)計(jì)算下次點(diǎn)火的試驗(yàn)工況，某些特定程序下，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)單位需求，還要讀取某些關(guān)鍵參數(shù)的最大值及其對(duì)應(yīng)時(shí)刻，其過(guò)程比較煩瑣，處理數(shù)據(jù)量較大。

針對(duì)上述問(wèn)題，開發(fā)了一套實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、功能明確、運(yùn)行效率較高的實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)處理軟件，縮減了點(diǎn)火間隔時(shí)間，提高了試驗(yàn)效率。

1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及發(fā)動(dòng)機(jī)工況概述

1.1Pacific6000數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1.1 Pacific6000數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

Pacific6000系列是集傳感器信號(hào)調(diào)理、AD轉(zhuǎn)換和控制于一體的高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、采集、顯示和分析，提供模擬和數(shù)字信號(hào)輸出對(duì)外部系統(tǒng)進(jìn)行控制。6000系統(tǒng)獨(dú)特的體系結(jié)構(gòu)使得其可以高效地記錄靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)具有優(yōu)良的時(shí)間相關(guān)性；與計(jì)算機(jī)的接口可以是IEEE-488（GPIB）或USB2.0，接口類型決定了系統(tǒng)通信能力，USB2.0系統(tǒng)具有更高的數(shù)據(jù)傳輸能力（可達(dá) 4MS/s） 和最小的傳輸延遲，典型情況下小于 5ms ，GPIB系統(tǒng)的最大傳輸速率可達(dá) 800kS/s 。

PI660是一個(gè)為數(shù)據(jù)采集和顯示特別編寫的軟件，它功能豐富，操作簡(jiǎn)單，可以對(duì)DAS硬件進(jìn)行編程、數(shù)據(jù)采集和顯示。該軟件主要具有以下功能：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和記錄、多通道信號(hào)處理、數(shù)據(jù)分析與可視化、報(bào)警和事件記錄、數(shù)據(jù)導(dǎo)出。該軟件常用于工業(yè)過(guò)程監(jiān)測(cè)、設(shè)備設(shè)施性能測(cè)試和液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，用戶通過(guò)通用編程語(yǔ)言[2]，如C、 C++ 、VisualBasic等，調(diào)用PI660的DLL功能，用以進(jìn)行軟件的編寫和嵌入。

6000系統(tǒng)是模塊化結(jié)構(gòu)，傳感器信號(hào)調(diào)理、AD轉(zhuǎn)換、數(shù)字IO、模擬輸出控制、IRIG時(shí)間及其他測(cè)量和輸出功能分別使用不同的插卡式模塊板，整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)主機(jī)箱與計(jì)算機(jī)連接。對(duì)于IEEE-488系統(tǒng)，前面的IO模塊板位于主機(jī)箱，其他模塊板安裝在從機(jī)箱。在USB接口系統(tǒng)中，所有IO模塊板均安裝在多個(gè)主機(jī)箱內(nèi)。

1.1.2 客戶端工作站

PI660的客戶端工作站可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)支持?jǐn)?shù)據(jù)顯示和記錄，客戶端從服務(wù)器或操作站端獲得數(shù)據(jù)并顯示和記錄。必要條件：Server和Client必須在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，并且都要具有管理員權(quán)限；測(cè)試配置文件必須定義并保存在服務(wù)器上。當(dāng)服務(wù)器端軟件處于預(yù)覽或記錄狀態(tài)時(shí)，客戶端軟件將顯示已經(jīng)收到數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊客戶端的“預(yù)覽\"按鈕可以顯示數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊客戶端的“記錄”按鈕可以記錄數(shù)據(jù)到本地.RAW格式的文件中[3]。

1.2 液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)工況

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)工況計(jì)算涉及復(fù)雜的流體力學(xué)、熱力學(xué)、燃燒學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題，通常需要專業(yè)軟件進(jìn)行多學(xué)科耦合仿真[4]。以下是核心計(jì)算內(nèi)容：

1）推進(jìn)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(shù)：膨脹比、推力系數(shù) （C_f） 、比沖（I_sp） 。4關(guān)鍵參數(shù)的平均值處理及計(jì)算：入口壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)推力、儲(chǔ)箱壓力、推進(jìn)劑流量等。

關(guān)鍵參數(shù)計(jì)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(fā)動(dòng)機(jī)的性能、燃燒穩(wěn)定性、冷卻效率和整體設(shè)計(jì)。

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：?jiǎn)挝煌七M(jìn)劑產(chǎn)生的沖量（單位為s），衡量衛(wèi)星發(fā)動(dòng)機(jī)效率的核心參數(shù)。

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(jìn)劑能量和燃燒效率，用于評(píng)估燃燒性能。

2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計(jì)思路

軟件實(shí)現(xiàn)的功能應(yīng)包含數(shù)據(jù)讀取及存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示等，具體步驟如圖1所示。

數(shù)據(jù)處理（均值 數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示（包含實(shí)數(shù)據(jù)讀取及計(jì)算、濾波、去 時(shí)參數(shù)、實(shí)時(shí)工況、目存儲(chǔ)奇點(diǎn)、去零位） 標(biāo)工況、工況參數(shù)）

2.1 數(shù)據(jù)讀取及存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)讀取通過(guò)內(nèi)置函數(shù)實(shí)現(xiàn)，一般為二進(jìn)制數(shù)據(jù)，讀取時(shí)本機(jī)作為客戶端讀取來(lái)自服務(wù)端的數(shù)據(jù)。根據(jù)采樣間隔及參數(shù)設(shè)置讀取服務(wù)端對(duì)應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，讀取命令為success=PI660DLLGetComputedBSTR-Name（k，ChannelName）。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)將讀入數(shù)據(jù)寫入臨時(shí)數(shù)組中，在停止記錄時(shí)將數(shù)組中保存的所有數(shù)據(jù)寫入指向的txt文件中。操作界面如圖2所示。

2.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理包括按照預(yù)設(shè)區(qū)間計(jì)算零位，按照預(yù)設(shè)工況計(jì)算間隔計(jì)算平均值，根據(jù)核心計(jì)算內(nèi)容、流阻及工況配置計(jì)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(shù)據(jù)顯示

數(shù)據(jù)顯示包括實(shí)時(shí)參數(shù)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)工況、目標(biāo)工況、選定的點(diǎn)火次數(shù)的平均值，默認(rèn)每秒刷新一次。為用戶提供的操作包括：

1）選中：根據(jù)選中的工況參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)目標(biāo)工況；2）鎖定：鎖定實(shí)時(shí)工況參數(shù)；3）增加行：根據(jù)任務(wù)工況增加空行以添加工況參數(shù)；4）存儲(chǔ)/加載配置：可保存配置好的工況參數(shù)并在之后重新加載。

顯示界面如圖4所示。

3 試驗(yàn)使用情況

該軟件經(jīng)評(píng)審論證后，在軌/姿控發(fā)動(dòng)機(jī)高空模擬試驗(yàn)中進(jìn)行測(cè)試及試用，經(jīng)多次試驗(yàn)實(shí)踐，運(yùn)行效果良好，在試驗(yàn)期間省去了人員后處理時(shí)間，提高了操作人員數(shù)據(jù)處理的效率。該軟件目前已正式應(yīng)用于軌/姿控發(fā)動(dòng)機(jī)高空模擬試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理、分析過(guò)程，縮短了試車時(shí)間，為將來(lái)新型測(cè)量系統(tǒng)的研發(fā)提供了有效的技術(shù)借鑒。

4結(jié)論

該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理軟件實(shí)現(xiàn)了多參數(shù)類型、大規(guī)模數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、數(shù)據(jù)輸出及顯示。經(jīng)過(guò)實(shí)際試驗(yàn)使用，軟件運(yùn)行良好，能夠?qū)Σ煌瑪?shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)按照預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行處理并顯示，使液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程的質(zhì)量和效率得到提升，為液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試車數(shù)據(jù)報(bào)告提供了可靠的軟件支持。

[參考文獻(xiàn)]

[1]史超.液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高空模擬試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)宇航出版社，2021.

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[4]韓明.液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)控技術(shù)[M].北京：中國(guó)宇航出版社，2024.

[5]王彥麗.VisualBasic程序設(shè)計(jì)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

收稿日期：2025-04-01

作者簡(jiǎn)介：劉鑫 （1988-） ，男，河北廊坊人，技師，研究方向：液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)量技術(shù)。