技术领域
[0001] 本
发明涉及直升机风洞试验技术领域，尤其是一种基于网络的直升机风洞试验控制架构及控制方法。
背景技术
[0002] 以前直升机风洞试验设备之间没有网络连接及通讯，各系统是相互独立的，不是一个整体，操作控制主要以人手工操作为主，各系统之间通讯主要靠操作人员口头通话完成。由于直升机风洞试验具有高难度、高风险及高转速的三高特点，为此在风洞试验中试验操作人员的劳动强度及试验压
力很大。人手工操作存在如下弊端：
[0003] 1)参试操作人员多(完成试验测控岗位最多需要7人，最少需要5人)、要求高；
[0004] 2)直升机试验各系统不能进行信息通讯；
[0005] 3)试验的效率低(一个班最多配平60多个点)；
[0006] 4)人为因素导致试验事故的几率偏高；
[0007] 5)无法进行风洞实时速压和模型实时
角度的采集，降低了试验数据的准确度。
发明内容
[0008] 本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的人工操控的
缺陷，提供一种基于网络的直升机风洞试验控制架构及控制方法。
[0009] 本发明提供的一种基于网络的直升机风洞试验控制架构，包括：
服务器系统，以及与服务器系统网络连接的试验管理系统、试验运行信息管理系统、
数据采集与监视系统、直升机控制系统和风洞
监控系统。
[0010] 进一步地，所述直升机控制系统，包括主旋翼动力系统、主旋翼操纵系统和主旋翼倾斜系统、尾桨动力系统和尾桨操纵系统。
[0011] 进一步地，所述风洞监控系统，包括：风洞速压控制系统、风洞转盘控制系统、振动监视系统、监视与数据采集系统和图像监视系统。
[0012] 进一步地，所述直升机风洞试验控制架构通过Winsock平台建立通讯。
[0013] 进一步地，所述直升机风洞试验控制架构通过Winsock平台建立通讯的方法为：在试验管理系统建立Winsock服务器应用程序，试验运行信息管理系统、数据采集与监视系统、直升机控制系统和风洞监控系统建立Winsock客户端应用程序；分别为服务器系统、试验管理系统、试验运行信息管理系统、数据采集与监视系统、直升机控制系统和风洞监控系统配置相应的代号、通讯端口和 IP地址。
[0014] 进一步地，所述直升机风洞试验控制架构采用UDP协议或TCP协议在试验管理系统建立Winsock服务器应用程序，试验运行信息管理系统、数据采集与监视系统、直升机控制系统和风洞监控系统建立Winsock客户端应用程序。
[0015] 进一步地，所述直升机风洞试验控制架构通过DataSocket进行数据共享。
[0016] 进一步地，所述直升机风洞试验控制架构通过DataSocket进行数据共享的方法为：在数据采集与监视系统、直升机控制系统和风洞监控系统建立 DataSocket服务器，在试验管理系统、试验运行信息管理系统、数据采集与监视系统、直升机控制系统和风洞监控系统建立DataSocket客户端。
[0017] 进一步地，所述直升机风洞试验控制架构的指令操作集为：
[0018]
[0019]
[0020]
[0021] 本发明还提供一种基于网络的直升机风洞试验控制方法，包括：
[0022] 步骤1，各系统完成试验前准备；
[0023] 步骤2，试验管理系统开启联网诊听，等候各系统联网并选择网络控制，当各系统联网正常则执行步骤3；
[0024] 步骤3，试验管理系统发送关键参数至监视与数据采集系统，并通过监视与数据采集系统获取初读数；同时指令风洞监控系统开始工作后，执行步骤4；
[0025] 步骤4，试验管理系统获取初读数后，指令数据采集与监视系统读取初读数，并判断初读数是否正确，如果正确则执行步骤5，否则，检查试验
信号线路及监视与数据采集系统的设置；
[0026] 步骤5，试验管理系统传送主旋翼转速到主旋翼动力系统和尾桨动力系统，指令主旋翼动力系统和尾桨动力系统开车，在主旋翼和尾桨升速过程中检测风洞监控系统和运行信息管理系统鲜相关参数是否正常，若正常，则在主旋翼转速达到试验转速后执行步骤6，否则动力系统停车，并检查动力系统
驱动器、
电机变频器和
编码器等相关设备；
[0027] 步骤6，试验管理系统开始试验，给主旋翼操纵控制系统、尾桨操纵系统和
主轴倾斜系统发送配平参数，并下达指令到达相应的预置角后开始吹风，执行步骤7；
[0028] 步骤7，试验管理系统给风洞速压控制系统发送开车速压，并发送速压开车命令，如系统正常开车，则执行步骤8，否则动力系统停车；
[0029] 步骤8，当风洞速压达到试验风速平衡阶段，主旋翼操纵控制系统、尾桨操纵系统和主轴倾斜系统在保证试验安全的情况下，进行试验参数配平后执行步骤9；
[0030] 步骤9，试验管理系统指令监视与数据采集系统采集数据，采集完成后，通过图像监视系统处理数据，若要进行运转计划下一条试验，则重复执行步骤 6～9，否则执行步骤10；
[0031] 步骤10，试验管理系统指令风洞速压控制系统、主旋翼动力系统和尾桨动力系统停车。
[0032] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0033] 1、本发明建立了试验管理系统、试验运行信息管理系统、数据采集与监视系统、直升机控制系统和风洞监控系统之间的通讯机制、数据交换机制，并设计了一套指令操作集进行控制，实现了直升机风洞试验的自动化控制。通过应用本发明，在相同的工作时间中以前一个班最多完成60个点，现在一个班完成140多个点很轻松；并且以前试验最多测控岗位需要7个人，现在最多只需要3个人，而且比较工作轻松。由此，本
实施例的直升机风洞试验控制架构及方法不仅提高了试验效率，还降低了操作人员的劳动强度，减少了操作人员的数量。
[0034] 2、本发明对直升机风洞试验控制架构的控制流程进行了规范化。
[0035] 3、本发明提高了试验数据的精确度。
[0036] 4、本发明提高了试验的安全性。
附图说明
[0037] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0038] 图1为本发明的基于网络的直升机风洞试验控制架构的结构
框图。
[0039] 图2为本发明的基于网络的直升机风洞试验控制方法的流程框图。
具体实施方式
[0040] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的
选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0042] 实施例1
[0043] 本实施例提供的一种基于网络的直升机风洞试验控制架构，如图1所示，包括：服务器系统，以及与服务器系统网络连接的试验管理系统、试验运行信息管理系统、数据采集与监视系统、直升机控制系统和风洞监控系统。本实施例中，所述直升机风洞试验控制架构包括组织层、协调层和执行层；其中，试验管理系统完成组织层和协调层的功能，用于试验运行计划的编制及发布，并根据直升机风洞试验的操作规程协调各系统的运行。试验运行信息管理系统，用于收集各系统设备的运行信息，并根据试验设置的安全运行限制对各系统运行状态进行实时判断，对超限的运行信息及时报警并通过试验管理系统进行相应及时合理的处置。
数据处理与分析系统主要完成试验数据的处理及实时评估，为试验管理系统上一步工作结果进行现场评判。
[0044] 其中，所述直升机控制系统，包括主旋翼动力系统、主旋翼操纵系统、主旋翼倾斜系统、尾桨动力系统和尾桨操纵系统。
[0045] 其中，所述风洞监控系统，包括：风洞速压控制系统、风洞转盘控制系统、振动监视系统、监视与数据采集系统和图像监视系统。
[0046] 所述直升机风洞试验控制架构中，各系统在试验管理系统的协调下运行，由此需要建立试验管理系统与各系统之间的通讯机制。在本实施例中，所述直升机风洞试验控制架构通过Winsock平台建立通讯。具体地，
[0047] (1)在试验管理系统建立Winsock服务器应用程序，试验运行信息管理系统、数据采集与监视系统、直升机控制系统和风洞监控系统建立Winsock客户端应用程序；进一步地，利用Winsock通讯机制建立连接，可以通过用户数据报协议(UDP)或者传输控制协议(TCP)进行数据交换，由此可以采用UDP 协议或TCP协议来创建Winsock服务器应用程序和Winsock客户端应用程序。
[0048] (2)分别为服务器系统、试验管理系统、试验运行信息管理系统、数据采集与监视系统、直升机控制系统和风洞监控系统配置相应的代号、通讯端口和IP地址。示例性地，服务器系统、试验管理系统、试验运行信息管理系统、数据采集与监视系统、直升机控制系统和风洞监控系统配置相应的代号、通讯端口和IP地址如下：
[0049] 网络服务器系统代号为S，服务器IP地址为11.99.155.6；
[0050] 试验管理系统代号为M，通讯端口为9901；
[0051] 试验运行信息管理系统代号为I,通讯端口为9902；
[0052] 监视与数据采集系统代号为X，通讯端口为9903；
[0053] 主轴倾斜系统代号为A，通讯端口为9904；
[0054] 数据采集与监视系统代号为D，通讯端口为9905；
[0055] 图像监视报警系统代号为W，通讯端口为9906；
[0056] 振动监视系统代号为V，通讯端口为9907；
[0057] 动力控制系统代号为P，通讯端口为9908；
[0058] 操纵控制系统代号为C，通讯端口为9909；
[0059] 风洞速压控制系统代号为Y，通讯端口为5706(以现有风洞试验管理系统端口号为准)；
[0060] 风洞转盘控制系统代号为G，通讯端口为5703(以现有风洞试验管理系统端口号为准)。
[0061] 由于服务器应用程序可以在网络上任何一台计算机上运行，所以各系统可以灵活选择或设置代号、通讯端口和IP地址。
[0062] 在本实施例中，所述直升机风洞试验控制架构通过DataSocket进行数据共享。DataSocket是NI公司推出的基于TCP/IP标准的新技术，DataSocket 面向测量和网上实时高速数据交换，可用于一个计算机内或网络中几台计算机中多个应用程序之间的数据交换。虽然目前已经有TCP/IP,DDE等多种用于两个应用程序之间共享数据的技术，但这些技术都不是用于实时数据传输的。只有DataSocket是一项在测量和自动化应用中用于共享和发布实时数据的技术。 DataSocket实际上是一个基于URL的单一的、一元化的末端API，是一个独立于协议、独立于语言以及独立于
操作系统的API，用户可以在任何编程环境中应用。
[0063] 在本实施例中，所述直升机风洞试验控制架构通过DataSocket进行数据共享的方法为：
[0064] 在试验运行信息管理系统、数据采集与监视系统、直升机控制系统和风洞监控系统建立DataSocket服务器，用于发布该系统的主要运行信息；
[0065] 在试验管理系统、试验运行信息管理系统、数据采集与监视系统、直升机控制系统和风洞监控系统建立DataSocket客户端，实时获取关心的相关试验信息。如试验管理系统获取所有系统的运行信息，操纵系统和主轴倾斜系统获取数据采集与监视系统发布的配平相关的运行参数：升力系数Ct(垂力系数Cw)、
水平力系数Ch、
滚转力矩Mx、
俯仰力矩Mz等。
[0066] 上述构建的基于网络的直升机风洞试验控制架构，实现了各系统之间的通讯和数据交换。由于所需要控制和系统众多，操作繁杂，本实施例还设置了一套直升机风洞试验控制架构的指令操作集，如表1所示。
[0067] 表一：
[0068]
[0069]
[0070] 由表1可知，本实施例的基于网络的直升机风洞试验控制架构不仅建立了试验管理系统、试验运行信息管理系统、数据采集与监视系统、直升机控制系统和风洞监控系统之间的通讯机制、数据交换机制，实现了直升机风洞试验的自动化控制，并设计了一套指令操作集进行控制，便于控制。
[0071] 基于本实施例的直升机风洞试验控制架构，本实施例还提供一种基于网络的直升机风洞试验控制方法，对直升机风洞试验控制架构的控制流程进行了规范化，如图2所示，包括：
[0072] 步骤1，各系统完成试验前准备。如动力系统完成联接PLC，启动
润滑油车及水冷，变频器合闸，系统工作状态正常；监视与数据采集系统完成通道配置、试验参数配置、天平公式配置等。如各系统完成试验准备，执行步骤2；
[0073] 步骤2，试验管理系统开启联网诊听，等候各系统联网并选择网络控制，当各系统联网正常则执行步骤3；
[0074] 步骤3，试验管理系统发送关键参数(如
温度、
大气压等)至监视与数据采集系统，并通过监视与数据采集系统获取初读数；同时指令风洞监控系统开始工作后，执行步骤4；
[0075] 步骤4，试验管理系统获取初读数后，指令数据采集与监视系统读取初读数，并判断初读数是否正确，如果正确则执行步骤5，否则，检查试验信号线路及监视与数据采集系统的设置；
[0076] 步骤5，试验管理系统传送主旋翼转速到主旋翼动力系统和尾桨动力系统，指令主旋翼动力系统和尾桨动力系统开车，在主旋翼和尾桨升速过程中检测风洞监控系统和运行信息管理系统相关参数是否正常，若正常，则在主旋翼转速达到试验转速后执行步骤6，否则动力系统停车，并检查动力系统驱动器、电机变频器和编码器等相关设备；
[0077] 步骤6，试验管理系统开始试验，给主旋翼操纵控制系统、尾桨操纵系统和主轴倾斜系统发送配平参数(如“Status Temp＝24.5,Press＝941.8， XV＝41.6！Ct＝0.001”)，并下达指令到达相应的预置角(如操作总矩3度、滚转角1度、俯仰角1度，主轴倾斜角为0度)后开始吹风，执行步骤7；如果主旋翼操纵控制系统、尾桨操纵系统和主轴倾斜系统不正常，则动力系统停车，并检查动力系统驱动器、电机变频器和编码器等相关设备；
[0078] 步骤7，试验管理系统给风洞速压控制系统发送开车速压，并发送速压开车命令，如系统正常开车，则执行步骤8，否则动力系统停车；
[0079] 步骤8，当风洞速压达到试验风速平衡阶段，主旋翼操纵控制系统、尾桨操纵系统和主轴倾斜系统在保证试验安全的情况下，进行试验参数配平(旋翼俯仰力矩及
偏航力矩的配平)后执行步骤9，通过试验参数配平保证风洞启动过程的安全；
[0080] 步骤9，试验管理系统指令监视与数据采集系统采集数据，采集完成后，通过图像监视系统处理数据，若要进行运转计划下一条试验，则重复执行步骤 6～9，否则执行步骤10；
[0081] 步骤10，试验管理系统指令风洞速压控制系统、主旋翼动力系统和尾桨动力系统停车。试验管理系统指令风洞速压控制系统风速下降过程中，主旋翼操纵系统和尾桨操纵要进行力矩配平跟随，直到风速低于停车
阀值(如10米/秒) 时，系统下达正常停车指令，如果数据处理完毕且旋翼转速低于要求值，则试验管理系统下达完成试验指令到各系统，以保证振动监视系统、运行信息管理系统等停止记录。
[0082] 应用本发明的直升机风洞试验控制架构进行直升机风洞试验与传统的直升机风洞试验的试验数据如表二所示。
[0083] 表二：
[0084]
[0085]
[0086] 通过表二可知，本发明提高了试验数据的精准度。
[0087] 综上所述，本发明的直升机风洞试验控制架构及方法还具有以下有益效果：
[0088] 1、本发明建立了试验管理系统、试验运行信息管理系统、数据采集与监视系统、直升机控制系统和风洞监控系统之间的通讯机制、数据交换机制，并设计了一套指令操作集进行控制，实现了直升机风洞试验的自动化控制。通过应用本发明，在相同的工作时间中以前一个班最多完成60个点，现在一个班完成140多个点很轻松；并且以前试验最多测控岗位需要7个人，现在最多只需要3个人，而且比较工作轻松。由此，本实施例的直升机风洞试验控制架构及方法不仅提高了试验效率，还降低了操作人员的劳动强度，减少了操作人员的数量。
[0089] 2、本发明对直升机风洞试验控制架构的控制流程进行了规范化。
[0090] 3、提高了试验数据的精准度；
[0091] 4、以前在风洞调整过程中Mz、Mx基本在100N·m以上，有时甚至大于200；现在完全在100N·m以下。由此，本实施例的直升机风洞试验控制架构及方法提高了试验的安全性。
[0092] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
