CN114509231A - 风洞运行系统以及基于风洞运行系统的风洞运行方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种风洞运行系统以及基于风洞运行系统的风洞运行方法，涉及气体动力领域，可以通过总控子系统对高超声速低密度风洞运行时需要的氮气、压力、温度等参数进行控制，实现对高超声速低密度风洞进行自动化测控。所述风洞运行系统包括：安全控制子系统向总控子系统发送试验启动信号；总控子系统向风洞其它子系统发送试验信号；压力调节控制子系统开启总阀；加热器控制子系统调节石墨电阻加热棒的加热功率；流场显示子系统对低密度流场进行显示和摄像记录；氮气控制子系统持续制备氮气；真空控制子系统持续抽真空；攻角控制子系统遍历目标攻角序列，向数据采集子系统发送数据采集信号；数据采集子系统对天平数据进行采集。
Description
技术领域
本申请涉及风洞控制技术领域，特别是涉及一种风洞运行系统以及基于风洞运行系统的风洞运行方法。
背景技术
φ1m高超声速低密度风洞是进行飞行器稀薄气体动力学特性研究的专用设备，采用压力真空运行方式，工作介质为纯氮气。该风洞由总阀、调压阀、石墨电阻加热器、前室、喷管、试验段、攻角机构、超扩段、冷却器等设备，以及氮气站(中高压氮气制备、存储和供应)、真空系统(真空机组和真空球)、冷却水系统、液压站、数采系统、流场显示系统等附属设备/系统组成。
相关技术中，为保证大型风洞的正常运行，需要针对不同的风洞类型特点和试验流程需求专门开发特定的测控系统，要求测控系统的自动化程度高、安全可靠性强，并且试验流程控制方法满足大型低密度风洞运行要求。因此，亟需一种满足φ1m高超声速低密度风洞自动化、安全性运行的成熟产品。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种风洞运行系统以及基于风洞运行系统的风洞运行方法，主要目的在于解决目前亟需一种满足φ1m高超声速低密度风洞自动化、安全性运行的成熟产品的问题。
依据本申请第一方面，提供了一种风洞运行系统，该系统包括：安全控制子系统、总控子系统、压力调节控制子系统、加热器控制子系统、流场显示子系统、攻角控制子系统、数据采集子系统、氮气控制子系统、真空控制子系统；
所述安全控制子系统向所述总控子系统发送试验启动信号，所述安全控制子系统用于保护所述风洞运行系统；
所述总控子系统接收所述安全控制子系统发送的所述试验启动信号，并向所述压力调节控制子系统、所述加热器控制子系统、所述氮气控制子系统、所述真空控制子系统发送试验启动信号，以及在当前室压力和前室温度分别达到目标压力和目标温度时，向所述流场显示子系统发送硬接线触发信号、向所述攻角控制子系统发送试验启动信号，以及当所述目标攻角序列遍历完毕时，向所述攻角控制子系统、所述流场显示子系统发送试验停止信号，完成风洞运行试验；
所述压力调节控制子系统接收所述总控子系统发送的试验启动信号，开启总阀，向风洞通入中高压氮气，并调节调压阀对所述前室压力进行调节；
所述加热器控制子系统接收所述总控子系统发送的试验启动信号，调节石墨电阻加热棒的加热功率，加热所述中高压氮气，对所述前室温度进行调节；
所述流场显示子系统接收所述总控子系统发送的所述硬接线触发信号，对低密度流场进行显示和高速摄像记录；
所述氮气控制子系统接收总控子系统发送的试验启动信号，持续检测中高压氮气压力，当压力小于目标氮气压力下限时，制备氮气，打开中压气罐进气阀或高压气罐进气阀，启动液氮泵，检测氮气气源压力，当所述氮气气源压力到达氮气气源目标压力上限后停止所述液氮泵，关闭相关阀门；
所述真空控制子系统接收总控子系统发送的试验启动信号，持续检测所述风洞的洞体真空度，当检测到所述洞体真空度低于洞体目标真空度时，持续控制所述洞体抽真空机组和所述真空球抽真空机组进行抽真空；
所述攻角控制子系统接收所述总控子系统发送的试验启动信号，遍历所述目标攻角序列，进行带载条件下的角度序列运动，当移动到所述目标攻角序列中存储的攻角序列值时，向所述数据采集子系统发送数据采集信号；
所述数据采集子系统接收所述攻角子系统发送的所述数据采集信号，对天平数据进行采集，得到所述风洞的带载气动力数据，所述带载气动力数据为所述风洞存在气动载荷时产生的数据。
可选地，所述风洞运行系统还包括：相关子系统；
所述安全控制子系统接收试验准备信号，调用时间服务器向其它子系统发送同步时间，并向所述总控子系统发送所述试验准备信号，所述其它子系统为所述风洞运行系统中除所述安全控制子系统以外的子系统；
所述总控子系统接收所述安全控制子系统发送的所述试验准备信号，获取风洞运行参数，将所述风洞运行参数对应发送至所述其它子系统，并当所述总控子系统接收到所述其它子系统发送的接收成功信号时，向相关子系统发送所述试验准备信号，所述相关子系统是参与风洞运行准备的子系统；
所述相关子系统接收所述试验准备信号，进行试验运行准备。
可选地，所述相关子系统包括：液压控制子系统、冷却水控制子系统、所述数据采集子系统、所述攻角控制子系统、所述氮气控制子系统、所述真空控制子系统、所述加热器控制子系统；
所述数据采集子系统接收所述总控子系统发送的所述试验准备信号，对风洞沿程参数进行测量采集，对所述天平数据准备采集，并接收所述攻角控制子系统发送的数据采集信号，对所述天平数据进行采集，得到所述风洞在空载条件下对应的天平数据，所述空载为所述风洞不存在所述气动载荷时产生的数据；
所述攻角控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验准备信号，遍历所述目标攻角序列，进行所述空载条件下的角度序列运动，当移动到所述目标攻角序列中存储的攻角序列值时，向所述数据采集子系统发送所述数据采集信号；
所述液压控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验准备信号，向所述总阀和所述调压阀提供高压油源，并在所述总阀的液压控制电磁阀处于失电状态时，向所述总阀的液压缸压紧腔进油；
所述氮气控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验准备信号，制备氮气，并打开中压气罐进气阀或高压气罐进气阀，启动液氮泵，检测氮气气源压力，当所述氮气气源压力到达氮气气源目标压力后停止所述液氮泵，关闭相关阀门；
所述冷却水控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验准备信号，向加热器、喷管、超扩段、真空机组提供冷却循环水；
所述真空控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验准备信号，控制洞体抽真空机组对洞体进行抽真空，控制真空球抽真空机组对真空球进行抽真空，在所述洞体和所述真空球真空度接近时，打开分隔的真空阀门，使所述洞体与所述真空球连通，持续控制所述洞体抽真空机组和所述真空球抽真空机组进行抽真空，直到所述洞体真空度达到洞体目标真空度；
所述加热器控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验准备信号，对加热器内的部件进行预热，调节石墨电阻加热棒的加热功率，直到测量到的加热器内部温度达到加热器目标预热温度。
可选地，所述总控子系统向所述压力调节控制子系统、所述真空控制子系统发送试验处理信号，并当所述总控子系统接收到所述压力调节控制子系统和所述真空控制子系统发送的处理完成信号时，所述总控子系统向所述压力调节控制子系统、所述加热器控制子系统、所述数据采集子系统、所述氮气控制子系统、所述真空控制子系统、所述冷却水控制子系统、所述液压控制子系统发送停止信号，完成风洞运行试验处理，以及向所述安全控制子系统发送试验结束信号；
所述压力调节控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验处理信号，打开所述总阀，控制所述调压阀开口达到预设开口阈值，向加热器通入氮气进行加热器吹冷，直至加热器温度降至安全温度；
所述真空控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验处理信号，停止洞体抽真空机组和真空球抽真空机组，并关闭真空阀门，打开破空阀门，所述破空阀门用于将外界空气流入洞体。
可选地，所述安全控制子系统还包括：氮气浓度监测联锁、洞体关键部件位置状态联锁、石墨电阻加热器保护联锁、前室保护联锁、试验段氧浓度联锁和真空度联锁；
所述安全控制子系统接收主控制台发送的试验准备信号，将其它子系统对应的安全监测传感器和限位开关全部连接至所述安全控制子系统，并基于所述安全监测传感器，持续检测所述其它子系统的运行状态，直至所述安全控制子系统接收到所述总控子系统发送的试验结束信号；
所述氮气浓度监测联锁检测所述氮气控制子系统中氮气浓度，当检测到所述氮气控制子系统中的氮气浓度满足第一预设阈值时，生成报警提醒，并向所述氮气控制子系统和所述压力调节控制子系统发送关闭信号；
所述洞体关键部件位置状态联锁检测所述风洞运行系统中关闭状态的门或人孔法兰板，当检测到所述风洞运行系统中存在异常启动的门或人孔法兰板时，按照时序向所述其它子系统发送所述关闭信号；
所述石墨电阻加热器保护联锁检测所述风洞运行系统中真空度和加热器温度，当检测到所述风洞运行系统中所述真空度满足第二预设阈值或所述加热器温度满足第三预设阈值时，向所述加热器控制子系统发送关闭信号，并向所述压力调节控制子系统发送吹冷信号；
所述前室保护联锁检测所述风洞的所述前室压力和所述前室温度，当检测到所述风洞的所述前室压力满足第四预设预设或所述前室温度满足第五预设阈值时，向所述加热器控制子系统发送关闭信号，并向所述攻角控制子系统发送紧急回零指令，延时固定时间后，向所述压力调节控制子系统发送所述关闭信号；
所述试验段氧浓度联锁检测到所述风洞运行系统中试验段氧浓度，当检测到所述风洞运行系统中试验段氧浓度低于第六预设阈值时，锁定试验段舱门；
所述真空度联锁检测到所述风洞运行系统中试验段真空度，当检测到所述风洞运行系统中试验段真空度高于第七预设阈值时，锁定试验段舱门；
所述其它子系统接收所述安全控制子系统发送的所述关闭信号，分别关闭对应的阀门；
所述压力调节控制子系统接收所述安全控制子系统发送的吹冷信号，打开所述总阀，控制所述调压阀开口达到预设开口阈值，向加热器通入氮气进行加热器吹冷，直至加热器温度降至安全温度；
所述攻角控制子系统接收到所述安全控制子系统发送的所述紧急回零指令，将天平移动角度归零。
依据本申请第二方面，提供了一种基于风洞运行系统的风洞运行方法，该方法包括：
安全控制子系统向总控子系统发送试验启动信号，所述安全控制子系统用于保护所述风洞运行系统；
所述总控子系统接收所述安全控制子系统发送的所述试验启动信号，并向压力调节控制子系统、加热器控制子系统、氮气控制子系统、真空控制子系统发送试验启动信号；
所述压力调节控制子系统接收所述总控子系统发送的试验启动信号，开启总阀，向风洞通入中高压氮气，并调节调压阀对所述风洞的前室压力进行调节；
所述加热器控制子系统接收所述总控子系统发送的试验启动信号，调节石墨电阻加热棒的加热功率，加热所述中高压氮气，对所述风洞的前室温度进行调节；
所述氮气控制子系统接收总控子系统发送的试验启动信号，持续检测中高压氮气压力，当压力小于目标氮气压力下限时，制备氮气，打开中压气罐进气阀或高压气罐进气阀，启动液氮泵，检测氮气气源压力，当所述氮气气源压力到达氮气气源目标压力上限后停止所述液氮泵，关闭相关阀门；
所述真空控制子系统接收总控子系统发送的试验启动信号，持续检测所述风洞的洞体真空度，当检测到所述洞体真空度低于洞体目标真空度时，持续控制所述洞体抽真空机组和所述真空球抽真空机组进行抽真空；
当所述前室压力和所述前室温度分别达到目标压力和目标温度时，所述总控子系统向流场显示子系统发送硬接线触发信号、向攻角控制子系统发送试验启动信号；
所述流场显示子系统接收所述总控子系统发送的所述硬接线触发信号，对低密度流场进行显示和高速摄像记录；
所述攻角控制子系统接收所述总控子系统发送的试验启动信号，遍历目标攻角序列，进行带载条件下的角度序列运动，当移动到所述目标攻角序列中存储的攻角序列值时，向数据采集子系统发送数据采集信号；
所述数据采集子系统接收所述攻角子系统发送的所述数据采集信号，对天平数据进行采集，得到取所述风洞的带载气动力数据，所述带载气动力数据为所述风洞存在气动载荷时产生的数据；
当所述目标攻角序列遍历完毕时，所述总控子系统向所述攻角控制子系统、所述流场显示子系统发送试验停止信号，完成风洞运行试验。
可选地，所述安全控制子系统向总控子系统发送试验启动信号之前，所述方法还包括：
所述安全控制子系统接收试验准备信号，调用时间服务器向其它子系统发送同步时间，并向所述总控子系统发送试验准备信号，所述其它子系统为所述风洞运行系统中除所述安全控制子系统以外的子系统；
所述总控子系统接收所述安全控制子系统发送的试验准备信号，获取风洞运行参数，将所述风洞运行参数对应发送至其它子系统；
所述其它子系统在接收到对应的风洞运行参数时，向所述总控子系统发送接收成功信号；
当所述总控子系统接收到所述其它子系统发送的接收成功信号时，向相关子系统发送试验准备信号，所述相关子系统是参与风洞运行准备的子系统；
所述相关子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，进行试验运行准备。
可选地，所述相关子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，依据所述风洞运行参数进行运行，包括：
所述数据采集子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，对风洞沿程参数进行测量采集，对天平数据准备采集；
所述攻角控制子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，遍历所述目标攻角序列，进行所述空载条件下的角度序列运动，当移动到所述目标攻角序列中存储的攻角序列值时，向所述数据采集子系统发送所述数据采集信号；
所述数据采集子系统接收所述攻角控制子系统发送的所述数据采集信号，对所述天平数据进行采集，得到所述风洞在空载条件下的天平数据，所述空载为所述风洞在运行过程中不存在所述气动载荷；
液压控制子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，向所述总阀和所述调压阀提供高压油源，并在所述总阀的液压控制电磁阀处于失电状态时，向所述总阀的液压缸压紧腔进油；
氮气控制子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，制备氮气，并打开中压气罐进气阀或高压气罐进气阀，启动液氮泵，检测氮气气源压力，当所述氮气气源压力到达氮气气源目标压力后停止所述液氮泵，关闭相关阀门；
冷却水控制子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，向加热器、喷管、超扩段、真空机组提供冷却循环水；
真空控制子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，控制洞体抽真空机组对洞体进行抽真空，控制真空球抽真空机组对真空球进行抽真空，在所述洞体和所述真空球真空度接近时，打开分隔的真空阀门，使所述洞体与所述真空球连通，持续控制所述洞体抽真空机组和所述真空球抽真空机组进行抽真空，直到所述洞体真空度达到洞体目标真空度；
所述加热器控制子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，对加热器内的部件进行预热，调节石墨电阻加热棒的加热功率，直到测量到的加热器内部温度达到加热器目标预热温度。
可选地，所述当所述目标攻角序列遍历完毕时，所述总控子系统向所述攻角控制子系统、所述流场显示子系统发送试验停止信号，完成风洞运行试验之后，所述方法还包括：
所述总控子系统向所述压力调节控制子系统、真空控制子系统发送试验处理信号；
所述压力调节控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验处理信号，打开所述总阀，控制所述调压阀开口达到预设开口阈值，向加热器通入氮气进行加热器吹冷，直至加热器温度降至安全温度；
所述真空控制子系统接收所述总控子系统发送的试验处理信号，停止洞体抽真空机组和真空球抽真空机组，并关闭真空阀门，打开破空阀门，所述破空阀门用于将外界空气流入洞体；
当所述总控子系统接收到所述压力调节控制子系统和所述真空控制子系统发送的处理完成信号时，所述总控子系统向所述压力调节控制子系统、所述加热器控制子系统、所述数据采集子系统、氮气控制子系统、真空控制子系统、冷却水控制子系统、液压控制子系统发送停止信号，完成风洞运行试验处理。
可选地，所述方法还包括：
所述安全控制子系统接收主控制台发送的试验准备信号，将其它子系统对应的安全监测传感器和限位开关全部连接至所述安全控制子系统；
当所述安全控制子系统调用氮气浓度监测联锁，基于所述安全监测传感器，检测到所述氮气控制子系统中氮气浓度满足第一预设阈值时，生成报警提醒，并向氮气控制子系统和所述压力调节控制子系统发送关闭信号；
当所述安全控制子系统调用洞体关键部件位置状态联锁，检测到所述风洞运行系统中存在异常启动的门或人孔法兰板时，按照时序向所述其它子系统发送关闭信号；
当所述安全控制子系统调用石墨电阻加热器保护联锁，基于所述安全监测传感器，检测到所述风洞运行系统中真空度满足第二预设阈值或加热器温度满足第三预设阈值时，向所述加热器控制子系统发送关闭信号，并向所述压力调节控制子系统发送吹冷信号；
当所述安全控制子系统调用前室保护联锁，基于所述安全监测传感器，检测到所述风洞的所述前室压力满足第四预设预设或所述前室温度满足第五预设阈值时，向所述加热器控制子系统发送关闭信号，并向所述攻角控制子系统发送紧急回零指令，延时固定时间后，向所述压力调节控制子系统发送关闭信号；
当所述安全控制子系统调用试验段氧浓度联锁，基于所述安全监测传感器，检测到所述风洞运行系统中试验段氧浓度低于第六预设阈值时，锁定试验段舱门；
当所述安全控制子系统调用真空度联锁，基于所述安全监测传感器，检测到所述风洞运行系统中试验段真空度高于第七预设阈值时，锁定试验段舱门；
所述其它子系统接收所述安全控制子系统发送的所述关闭信号，分别关闭对应的阀门；
所述压力调节控制子系统接收所述安全控制子系统发送的吹冷信号，打开所述总阀，控制所述调压阀开口达到预设开口阈值，向加热器通入氮气进行加热器吹冷，直至加热器温度降至安全温度；
所述攻角控制子系统接收到所述安全控制子系统发送的所述紧急回零指令，将天平移动角度归零；
所述安全控制子系统基于所述安全监测传感器，持续检测所述其它子系统的运行状态，直至所述安全控制子系统接收到所述总控子系统发送的试验结束信号。
借由上述技术方案，本申请提供的一种风洞运行系统以及基于风洞运行系统的风洞运行方法，本申请由安全控制子系统向总控子系统发送试验启动信号，再由总控子系统向压力调节控制子系统、加热器控制子系统、流场显示子系统、攻角控制子系统、数据采集子系统、氮气控制子系统、真空控制子系统发送试验启动信号开启试验运行，并由安全控制子系统实时检测风洞的运行状态直至试验运行结束。攻角控制子系统接收试验启动信号后开始遍历目标攻角序列，当目标攻角序列遍历完毕时，由总控子系统向攻角控制子系统、流场显示子系统发送试验停止信号，完成风洞运行试验。通过总控子系统对高超声速低密度风洞运行时需要的氮气、压力、温度等参数进行控制，并设计安全控制子系统与其它子系统相互独立，提高测控安全性，实现对高超声速低密度风洞进行自动化测控。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1A示出了本申请实施例提供的一种风洞运行系统的组成示意图
图1B示出了本申请实施例提供的一种风洞运行系统的组成示意图；
图1C示出了本申请实施例提供的一种风洞运行系统的组网示意图；
图2A示出了本申请实施例提供的一种基于风洞运行系统的风洞运行方法流程示意图；
图2B示出了本申请实施例提供的一种基于风洞运行系统的风洞运行方法流程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本申请实施例提供了一种风洞运行系统，本申请由安全控制子系统向总控子系统发送试验启动信号，再由总控子系统向压力调节控制子系统、加热器控制子系统、流场显示子系统、攻角控制子系统、数据采集子系统、氮气控制子系统、真空控制子系统发送试验启动信号开启试验运行，并由安全控制子系统实时检测风洞的运行状态直至试验运行结束。攻角控制子系统接收试验启动信号后开始遍历目标攻角序列，当目标攻角序列遍历完毕时，由总控子系统向攻角控制子系统、流场显示子系统发送试验停止信号，完成风洞运行试验。通过总控子系统对高超声速低密度风洞运行时需要的氮气、压力、温度等参数进行控制，并设计安全控制子系统与其它子系统相互独立，提高测控安全性，实现对高超声速低密度风洞进行自动化测控，如图1A所示，该风洞运行系统包括：安全控制子系统101、总控子系统102、压力调节控制子系统103、加热器控制子系统104、流场显示子系统105、氮气控制子系统106、真空控制子系统107、攻角控制子系统108、数据采集子系统109。
风洞运行系统
在本申请实施例中，安全控制子系统101向总控子系统102发送试验启动信号，其中，安全控制子系统101用于保护风洞运行系统，与其它子系统相互独立。
总控子系统102向压力调节控制子系统103、加热器控制子系统104、攻角控制子系统108发送试验启动信号，并当前室压力和前室温度分别达到目标压力和目标温度时，向流场显示子系统105发送硬接线触发信号发送试验启动信号，以及当目标攻角序列遍历完毕时，向攻角控制子系统108、流场显示子系统105发送试验停止信号，完成风洞运行试验。需要说明的是，总控子系统102用于控制整个风洞的自动试验运行流程，通过与其它子系统进行指令交互，控制其它子系统的运行时序，并向其它子系统发送当次试验的目标参数，使各个子系统能够按照目标参数和时序自动运行。进一步地，总控子系统102还可以通过与其它子系统通讯，获得其它子系统的主要运行状态和运行参数，实现对风洞所有设备/系统的主要状态和参数的监测与显示。
压力调节控制子系统103接收总控子系统102发送的试验启动信号，开启总阀，向风洞通入中高压氮气，并调节调压阀对风洞的前室压力进行调节。需要说明的是，压力调节控制子系统103用于对风洞总阀进行开关控制，实现对中高压氮气气源的通断，对调压阀进行氮气压力调节控制，最终使前室气流压力达到目标值，以建立目标马赫数流场。
加热器控制子系统104接收总控子系统102发送的试验启动信号，调节石墨电阻加热棒的加热功率，加热中高压氮气，对风洞的前室温度进行调节。需要说明的是，加热器控制子系统104用于对不同马赫数所对应的多套加热器进行控制，通过对石墨电阻加热棒的加热功率进行随时间和工况的调节控制，实现试验前加热器本体的预热，以及试验中对氮气气流的实时加热，最终使前室气流温度达到目标值，以建立目标马赫数流场。
流场显示子系统105接收总控子系统102发送的硬接线触发信号，对低密度流场进行显示和高速摄像记录。需要说明的是，流场显示子系统105主要指的是适应风洞气体稀薄、密度低等条件的辉光放电显示与记录装置，以代替常规的纹影系统，通过控制高压电源、电极等产生放电电离，实现对低密度流场的显示，并通过高速摄像机对流场显示图像进行高速图像记录。
攻角控制子系统108接收总控子系统102发送的试验启动信号，遍历目标攻角序列，进行带载条件下的角度序列运动，当移动到目标攻角序列中存储的攻角序列值时，向数据采集子系统109发送数据采集信号。具体地，攻角控制子系统108用于根据预设的目标攻角序列，对模型攻角角度进行快速、高精度的定位控制，并通过模型天平对不同角度下的模型受力进行测量，攻角控制子系统主要包括试验前无气动载荷下的模型自重运动序列控制和试验时有气动载荷下的运动序列控制。
数据采集子系统109接收所述攻角子系统106发送的数据采集信号，获取风洞的带载气动力数据。需要说明的是，数据采集子系统109主要作用于对风洞的进气压力、前室压力、前室总温、试验段真空度等各主要部位上，可以表征整个风洞运行状态的压力、温度等沿程参数进行高速、高精度的采集和记录，并通过模型天平对试验模型受到的多个气动力参数进行高速、高精度的采集和记录，以用于对模型的气动特性进行分析优化。
氮气控制子系统106接收总控子系统102发送的试验启动信号，持续检测中高压氮气压力，当压力小于目标氮气压力下限时，制备氮气，打开中压气罐进气阀或高压气罐进气阀，启动液氮泵，检测氮气气源压力，当氮气气源压力到达氮气气源目标压力上限后停止液氮泵，关闭相关阀门。
真空控制子系统107接收总控子系统102发送的试验启动信号，持续检测风洞的洞体真空度，当检测到洞体真空度低于洞体目标真空度时，持续控制洞体抽真空机组和真空球抽真空机组进行抽真空。
在另一个实施例中，为了更好的实现风洞试验的运行，风洞运行系统还可以包括其他的子系统，具体参见图1B，风洞运行系统处于试验准备模式，还可以包括，冷却水控制子系统110、液压控制子系统111。
在本申请实施例中，安全控制子系统101接收试验准备信号，调用时间服务器向所述其它子系统发送同步时间，并向总控子系统102发送试验准备信号。进一步地，总控子系统102接收安全控制子系统101发送的试验准备信号，获取风洞运行参数。随后，将风洞运行参数对应发送至其它子系统。例如，总控子系统102将氮气气源目标压力下发给氮气控制子系统106，将前室目标压力下发给压力调节控制子系统103，将前室目标温度和加热器目标预热温度下发给加热器控制子系统104，将洞体目标真空度下发给真空控制子系统107。
接下来，当总控子系统102接收到其它子系统发送的接收成功信号时，向相关子系统，也就是参与风洞运行准备的子系统发送试验准备信号，如数据采集子系统109、攻角控制子系统108、液压控制子系统111、氮气控制子系统106、冷却水控制子系统110、真空控制子系统107、加热器控制子系统104。相关子系统接收试验准备信号，进行试验运行准备。需要说明的是，氮气控制子系统106、真空控制子系统107、冷却水控制子系统110、液压控制子系统为风洞运行系统的能源子系统。具体地，数据采集子系统109接收总控子系统102发送的试验准备信号，对风洞沿程参数进行测量采集，对天平数据准备采集，并接收攻角控制子系统108发送的数据采集信号，获取风洞在空载条件下的天平数据。攻角控制子系统108接收总控子系统102发送的试验准备信号，遍历目标攻角序列，进行空载条件下的角度序列运动，当移动到目标攻角序列中存储的攻角序列值时，向数据采集子系统109发送所述数据采集信号。
液压控制子系统111接收总控子系统102发送的试验准备信号，向总阀和调压阀提供高压油源，并在总阀的液压控制电磁阀处于失电状态时，向总阀的液压缸压紧腔进油。需要说明的是，液压控制子系统主要用于控制液压站，为压力调节系统的总阀和调压阀提供满足压力和流量要求的高压油源。
氮气控制子系统106接收总控子系统102发送的试验准备信号，制备氮气，并打开中压气罐进气阀或高压气罐进气阀，启动液氮泵，检测氮气气源压力，当氮气气源压力到达氮气气源目标压力后停止所述液氮泵，关闭相关阀门。需要说明的是，氮气控制子系统用于对氮气站相关设备进行控制和监测，实现氮气的制备、存储和供应。通过对低温泵和阀门等进行控制，将液氮罐中的低温液氮制备成中高压氮气，并储存在中压和高压氮气储罐中，并根据试验要求，对氮气供应阀门进行开关和切换，为风洞提供满足压力要求的氮气气源。
冷却水控制子系统110接收总控子系统102发送的试验准备信号，向加热器、喷管、超扩段、真空机组提供冷却循环水。
真空控制子系统107接收总控子系统102发送的试验准备信号，控制洞体抽真空机组对洞体进行抽真空，控制真空球抽真空机组对真空球进行抽真空，在洞体和真空球真空度接近时，打开分隔的真空阀门，使洞体与真空球连通，持续控制洞体抽真空机组和真空球抽真空机组进行抽真空，直到洞体真空度达到洞体目标真空度。
加热器控制子系统104接收总控子系统102发送的试验准备信号，对加热器内的部件进行预热，调节石墨电阻加热棒的加热功率，直到测量到的加热器内部温度达到加热器目标预热温度。
在另一个实施例中，风洞运行系统处于试验后处理模式，总控子系统102向压力调节控制子系统103、真空控制子系统107发送试验处理信号，并当总控子系统接收到压力调节控制子系统103和真空控制子系统107发送的处理完成信号时，总控子系统102向压力调节控制子系统103、加热器控制子系统104、数据采集子系统109、氮气控制子系统106、真空控制子系统107、冷却水控制子系统110、液压控制子系统111发送停止信号，完成风洞运行试验处理。实际上，压力调节控制子系统103接收总控子系统102发送的试验处理信号，打开总阀，控制调压阀开口达到预设开口阈值，向加热器通入氮气进行加热器吹冷，直至加热器温度降至安全温度。真空控制子系统107接收总控子系统发送的试验处理信号，停止洞体抽真空机组和真空球抽真空机组，并关闭真空阀门，打开破空阀门，其中，破空阀门用于将外界空气流入洞体。
在另一个实施例中，安全控制子系统101还包括：氮气浓度监测联锁1011、洞体关键部件位置状态联锁1012、石墨电阻加热器保护联锁1013、前室保护联锁1014、试验段氧浓度联锁1015和真空度联锁1016。
在本申请实施例中，安全控制子系统101接收主控制台发送的试验准备信号，将其它子系统对应的安全监测传感器和限位开关全部连接至安全控制子系统101。需要说明的是，其它子系统为风洞运行系统中除安全控制子系统以外的子系统，并基于安全监测传感器，持续检测其它子系统的运行状态，直至安全控制子系统接收到总控子系统发送的试验结束信号。进一步地，主控制台包括模式切换开关、急停开关和急停复位开关，具体地，模式切换开关包括维护、关机、准备、试验四种模式。维护模式主要用于风洞单体设备或系统的检修试动作，不受风洞的安全联锁和运行流程限制。关机模式所有设备或系统都不能动作。准备模式主要用于风洞正式通气吹风前，进行氮气、真空、冷却水、液压等能源的准备，加热器的预热、攻角机构的自重运动序列控制，以及数采系统和流场显示系统等准备工作，准备模式下，风洞总阀处于禁止打开限制，所有系统受风洞的安全联锁和运行流程限制。试验模式主要用于风洞的正式吹风试验，所有设备和系统按照控制流程运行，并且受风洞的安全联锁和运行流程限制。急停开关用于在紧急情况下对风洞进行急停，关停预设的影响风洞安全的设备并禁止再次动作，通过急停恢复开关取消急停后，风洞可恢复正常工作。主控制台开关信号都是发送给安全控制子系统，再由安全控制子系统发送给相关系统。
具体地，氮气浓度监测联锁1011检测氮气控制子系统106中液压储罐、液氮泵、中高压氮气罐以及压力调节控制子系统的氮气浓度，当检测到氮气控制子系统106中液压储罐、液氮泵、中高压氮气罐以及压力调节控制子系统的氮气浓度满足第一预设阈值时，生成报警提醒，并向氮气控制子系统106和压力调节控制子系统103发送关闭信号。洞体关键部件位置状态联锁1012检测风洞运行系统中关闭状态的门或人孔法兰板，当检测到风洞运行系统中存在异常启动的门或人孔法兰板时，按照时序向其它子系统发送关闭信号。石墨电阻加热器保护联锁1013检测风洞运行系统中真空度和加热器温度，当检测到风洞运行系统中真空度满足第二预设阈值或加热器温度满足第三预设阈值时，向加热器控制子系统104发送关闭信号，并向压力调节控制子系统103发送吹冷信号。前室保护联锁1014检测风洞的前室压力和前室温度，当检测到风洞的前室压力满足第四预设预设或前室温度满足第五预设阈值时，向加热器控制子系统104发送关闭信号，并向攻角控制子系统108发送紧急回零指令，延时固定时间后，向压力调节控制子系统103发送关闭信号。试验段氧浓度联锁1015检测到风洞运行系统中试验段氧浓度，当检测到风洞运行系统中试验段氧浓度低于第六预设阈值时，锁定试验段舱门。真空度联锁1016检测风洞运行系统中试验段真空度，当检测到风洞运行系统中试验段真空度高于第七预设阈值时，锁定试验段舱门。
进一步地，其它子系统接收安全控制子系统发送的关闭信号，分别关闭对应的阀门。压力调节控制子系统103接收安全控制子系统101发送的吹冷信号，打开总阀，控制调压阀开口达到预设开口阈值，向加热器通入氮气进行加热器吹冷，直至加热器温度降至安全温度。攻角控制子系统108接收到安全控制子系统101发送的紧急回零指令，将天平移动角度归零。
另外，在实际应用过程中，风洞运行系统，如图1C所示，包括多个上位机和下位机，以及交换机和光纤等网络设备。上位机位于中控间，由工业控制计算机组成，下位机由位于现场设备附近的控制器组成，其中，压力调节控制子系统103为CRIO(compactRIO，可重新配置的嵌入式测控系统)实时控制器，数据采集子系统109为PXI(PCI extensions forInstrumentation，面向仪器系统的PCI扩展)和HBM(Hottinger Brüel&
数据采集设备)控制器，其它子系统为PLC控制器(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)。控制间计算机、现场控制器分别连接到各自临近的交换机上，再由多个交换机和总控PLC通过光纤组成环形以太网，实现数据的高速、冗余性传输。进一步地，总控子系统102、加热器控制子系统104、压力调节控制子系统103、攻角控制子系统108、安全控制子系统101、数据采集子107系统各自包括一一对应的上位机和下位机，氮气控制子系统106、真空控制子系统107、冷却水控制子系统110、液压控制子系统111由各自独立的下位机和共同的上位机能源控制计算机组成。另外，在控制间还配备有时间服务器，通过时间服务器为各系统发送标准时间，实现所有系统的时间同步。流场显示子系统105也配备有计算机，但由于现场高速摄像的数据传输量很大，因此不与其它系统共同组网，拥有独立的高速光纤传输网络。
本申请实施例提供了一种风洞运行系统，本申请由安全控制子系统向总控子系统发送试验启动信号，再由总控子系统向压力调节控制子系统、加热器控制子系统、流场显示子系统、攻角控制子系统、数据采集子系统、氮气控制子系统、真空控制子系统发送试验启动信号开启试验运行，并由安全控制子系统实时检测风洞的运行状态直至试验运行结束。攻角控制子系统接收试验启动信号后开始遍历目标攻角序列，当目标攻角序列遍历完毕时，由总控子系统向攻角控制子系统、流场显示子系统发送试验停止信号，完成风洞运行试验。通过总控子系统对高超声速低密度风洞运行时需要的氮气、压力、温度等参数进行控制，并设计安全控制子系统与其它子系统相互独立，提高测控安全性，实现对高超声速低密度风洞进行自动化测控。
本申请实施例提供了一种基于风洞运行系统的风动运行方法，由安全控制子系统向总控子系统发送试验启动信号，再由总控子系统向压力调节控制子系统、加热器控制子系统、流场显示子系统、攻角控制子系统、数据采集子系统、氮气控制子系统、真空控制子系统发送试验启动信号开启试验运行，并由安全控制子系统实时检测风洞的运行状态直至试验运行结束。攻角控制子系统接收试验启动信号后开始遍历目标攻角序列，当目标攻角序列遍历完毕时，由总控子系统向攻角控制子系统、流场显示子系统发送试验停止信号，完成风洞运行试验。通过总控子系统对高超声速低密度风洞运行时需要的氮气、压力、温度等参数进行控制，并设计安全控制子系统与其它子系统相互独立，提高测控安全性，实现对高超声速低密度风洞进行自动化测控，如图2A所示，该方法包括：
201、安全控制子系统向总控子系统发送试验启动信号，安全控制子系统用于保护风洞运行系统。
φ1m高超声速低密度风洞是进行飞行器稀薄气体动力学特性研究的专用设备，采用压力真空运行方式，工作介质为纯氮气。该风洞由总阀、调压阀、石墨电阻加热器、前室、喷管、试验段、攻角机构、超扩段、冷却器等设备，以及氮气站(中高压氮气制备、存储和供应)、真空系统(真空机组和真空球)、冷却水系统、液压站、数采系统、流场显示系统等附属设备/系统组成。目前，为保证大型风洞的正常运行，需要针对不同的风洞类型特点和试验流程需求专门开发特定的测控系统，要求测控系统的自动化程度高、安全可靠性强，并且试验流程控制方法满足大型低密度风洞运行要求。因此，亟需一种满足φ1m高超声速低密度风洞自动化、安全性运行的成熟产品。
因此，本申请提出一种基于风洞运行系统的风动运行方法，由安全控制子系统向总控子系统发送试验启动信号，再由总控子系统向压力调节控制子系统、加热器控制子系统、流场显示子系统、攻角控制子系统、数据采集子系统、氮气控制子系统、真空控制子系统发送试验启动信号开启试验运行，并由安全控制子系统实时检测风洞的运行状态直至试验运行结束。攻角控制子系统接收试验启动信号后开始遍历目标攻角序列，当目标攻角序列遍历完毕时，由总控子系统向攻角控制子系统、流场显示子系统发送试验停止信号，完成风洞运行试验。通过总控子系统对高超声速低密度风洞运行时需要的氮气、压力、温度等参数进行控制，并设计安全控制子系统与其它子系统相互独立，提高测控安全性，实现对高超声速低密度风洞进行自动化测控。
为了实现本发明，风洞运行系统中，包括多个上位机和下位机，以及交换机和光纤等网络设备。上位机位于中控间，由工业控制计算机组成，下位机由位于现场设备附近的控制器组成，其中，压力调节控制子系统为CRIO实时控制器，数据采集子系统为PXI和HBM控制器，其它子系统为PLC控制器。控制间计算机、现场控制器分别连接到各自临近的交换机上，再由多个交换机和总控PLC通过光纤组成环形以太网，实现数据的高速、冗余性传输。进一步地，总控子系统、加热器控制子系统、压力调节控制子系统、攻角控制子系统、安全控制子系统、数据采集子系统各自包括一一对应的上位机和下位机，氮气控制子系统、真空控制子系统、冷却水控制子系统、液压控制子系统由各自独立的下位机和共同的上位机能源控制计算机组成。另外，在控制间还配备有时间服务器，通过时间服务器为各系统发送标准时间，实现所有系统的时间同步。流场显示子系统也配备有计算机，但由于现场高速摄像的数据传输量很大，因此不与其它系统共同组网，拥有独立的高速光纤传输网络。
在本申请实施例中，主控制台通过模式切换开关将风洞运行系统由试验准备模式切换至试验模式，将试验信号发送至安全控制子系统，以使安全控制子系统向总控子系统发送试验信号，再由总控子系统向其他子系统发送启动信号向风洞正式吹风。
另外，在风洞正式试验运行之前，主控制台通过模式切换开关将风洞运行系统由停机模式切换至试验准备模式，将试验准备信号发送至安全控制子系统，以使安全控制子系统向总控子系统发送试验准备信号，再由总控子系统向其他子系统发送启动信号进行风洞试验准备，风洞试验准备的具体流程如下：
首先，安全控制子系统接收试验准备信号，调用时间服务器向所有子系统发送同步时间，并向总控子系统发送试验准备信号。
随后，总控子系统接收安全控制子系统发送的试验准备信号，获取风洞运行参数，将风洞运行参数对应发送至其它子系统。其它子系统在接收到对应的风洞运行参数时，向总控子系统发送接收成功信号。当总控子系统接收到其它子系统发送的接收成功信号时，向相关子系统发送试验准备信号。
最后，相关子系统接收总控子系统发送的试验准备信号，进行试验运行准备。具体地，数据采集子系统接收总控子系统发送的试验准备信号，对风洞沿程参数进行测量采集，对天平数据准备采集。攻角控制子系统接收总控子系统发送的试验准备信号，遍历目标攻角序列，进行空载条件下的角度序列运动，当移动到目标攻角序列中存储的攻角序列值时，向数据采集子系统发送数据采集信号。数据采集子系统接收攻角控制子系统发送的数据采集信号，对天平数据进行采集，得到风洞在空载条件下的天平数据，空载风洞在运行过程中不存在气动载荷。液压控制子系统接收总控子系统发送的试验准备信号，向总阀和调压阀提供高压油源，并在总阀的液压控制电磁阀处于失电状态时，向总阀的液压缸压紧腔进油。氮气控制子系统接收总控子系统发送的试验准备信号，制备氮气，并打开中压气罐进气阀或高压气罐进气阀，启动液氮泵，检测氮气气源压力，当氮气气源压力到达氮气气源目标压力后停止液氮泵，关闭相关阀门。冷却水控制子系统接收总控子系统发送的试验准备信号，向加热器、喷管、超扩段、真空机组提供冷却循环水。真空控制子系统接收总控子系统发送的试验准备信号，控制洞体抽真空机组对洞体进行抽真空，控制真空球抽真空机组对真空球进行抽真空，在洞体和真空球真空度接近时，打开分隔的真空阀门，使洞体与真空球连通，持续控制洞体抽真空机组和真空球抽真空机组进行抽真空，直到洞体真空度达到洞体目标真空度。加热器控制子系统接收总控子系统发送的试验准备信号，对加热器内的部件进行预热，调节石墨电阻加热棒的加热功率，直到测量到的加热器内部温度达到加热器目标预热温度。
202、总控子系统接收安全控制子系统发送的试验启动信号，并向压力调节控制子系统、加热器控制子系统、氮气控制子系统、真空控制子系统发送试验启动信号。
在本申请实施例中，总控子系统接收到安全控制子系统发送的试验启动信号后，进入试验模式，向压力调节控制子系统、加热器控制子系统发送试验启动信号，以使压力调节控制子系统、加热器控制子系统进入试验模式。
203、压力调节控制子系统接收总控子系统发送的试验启动信号，开启总阀，向风洞通入中高压氮气，并调节调压阀对风洞的前室压力进行调节。
在本申请实施例中，压力调节控制子系统接收总控子系统发送的试验启动信号后对风洞总阀进行开关控制，实现对中高压氮气气源的通断，对调压阀进行氮气压力调节控制，最终使前室气流压力达到目标值，以建立目标马赫数流场。
204、加热器控制子系统接收总控子系统发送的试验启动信号，调节石墨电阻加热棒的加热功率，加热中高压氮气，对风洞的前室温度进行调节。
在本申请实施例中，加热器控制子系统接收总控子系统发送的试验启动信号后，对不同马赫数所对应的多套加热器进行控制，通过对石墨电阻加热棒的加热功率进行随时间和工况的调节控制，实现试验前加热器本体的预热，以及试验中对氮气气流的实时加热，最终使前室气流温度达到目标值，以建立目标马赫数流场。
205、所述氮气控制子系统接收总控子系统发送的试验启动信号，持续检测中高压氮气压力，当压力小于目标氮气压力下限时，制备氮气，打开中压气罐进气阀或高压气罐进气阀，启动液氮泵，检测氮气气源压力，当所述氮气气源压力到达氮气气源目标压力上限后停止所述液氮泵，关闭相关阀门。
在本申请实施例中，氮气控制子系统用于对氮气站相关设备进行控制和监测，实现氮气的制备、存储和供应。通过对低温泵和阀门等进行控制，将液氮罐中的低温液氮制备成中高压氮气，并储存在中压和高压氮气储罐中，并根据试验要求，对氮气供应阀门进行开关和切换，为风洞提供满足压力要求的氮气气源。
206、真空控制子系统接收总控子系统发送的试验启动信号，持续检测所述风洞的洞体真空度，当检测到洞体真空度低于洞体目标真空度时，持续控制洞体抽真空机组和真空球抽真空机组进行抽真空。
在本申请实施例中，真空控制子系统控制洞体抽真空机组对洞体进行抽真空，控制真空球抽真空机组对真空球进行抽真空，在洞体和真空球真空度接近时，打开分隔的真空阀门，使洞体与真空球连通，持续控制洞体抽真空机组和真空球抽真空机组进行抽真空，直到洞体真空度达到洞体目标真空度。
207、当前室压力和前室温度分别达到目标压力和目标温度时，总控子系统向流场显示子系统发送硬接线触发信号、向攻角控制子系统发送试验启动信号。
在本申请实施例中，系统不断检测风洞的前室压力和前室温度，并将前室压力和前室温度分别与目标压力和目标温度进行比对，当比对结果指示前室压力和前室温度分别达到目标压力和目标温度时，总控子系统向流场显示子系统发送硬接线触发信号、向攻角控制子系统发送试验启动信号。
208、流场显示子系统接收总控子系统发送的硬接线触发信号，对低密度流场进行显示和高速摄像记录。
在本申请实施例中，流场显示子系统接收总控子系统发送的硬接线触发信号，通过控制高压电源、电极等产生放电电离，实现对低密度流场的显示，并通过高速摄像机对流场显示图像进行高速图像记录。
209、攻角控制子系统接收总控子系统发送的试验启动信号，遍历目标攻角序列，进行带载条件下的角度序列运动，当移动到目标攻角序列中存储的攻角序列值时，向数据采集子系统发送数据采集信号。
在本申请实施例中，攻角控制子系统接收总控子系统发送的试验启动信号，遍历目标攻角序列，进行带载条件下的角度序列运动，当移动到目标攻角序列中存储的攻角序列值时，向数据采集子系统发送数据采集信号。具体地，攻角控制子系统根据预设的目标攻角序列，对模型攻角角度进行快速、高精度的定位控制，并通过模型天平对不同角度下的模型受力进行测量。其中，攻角控制子系统主要包括试验前无气动载荷下的模型自重运动序列控制和试验时有气动载荷下的运动序列控制。
210、数据采集子系统接收攻角子系统发送的数据采集信号，对天平数据进行采集，得到取风洞的带载气动力数据，带载气动力数据为风洞存在气动载荷时产生的数据。
在本申请实施例中，数据采集子系统接收攻角子系统发送的数据采集信号，对风洞的进气压力、前室压力、前室总温、试验段真空度等各主要部位进行数据采集。可以表征整个风洞运行状态的压力、温度等沿程参数进行高速、高精度的采集和记录，并通过模型天平对试验模型受到的多个气动力参数进行高速、高精度的采集和记录，以用于对模型的气动特性进行分析优化。
211、当目标攻角序列遍历完毕时，总控子系统向攻角控制子系统、流场显示子系统发送试验停止信号，完成风洞运行试验。
在本申请实施例中，当攻角控制子系统遍历目标攻角序列完毕后，向总控子系统发送遍历完毕信号。随后，当总控子系统接收到遍历完毕信号时，总控子系统向攻角子系统、流场显示子系统发送试验停止信号，以使攻角子系统中的模拟天平角度回零，使流场显示子系统关闭，停止对低密度流场践行显示和高速摄像。
进一步地，在风洞运行试验结束后，需要对风洞进行试验后处理，例如进行加热器吹冷，使加热器温度降至安全温度，并将洞体由真空状态恢复至常压，关闭风洞运行系统的部分子系统。具体地，总控子系统向压力调节控制子系统、真空控制子系统发送试验处理信号。随后，压力调节控制子系统接收总控子系统发送的试验处理信号，打开总阀，控制调压阀开口达到预设开口阈值，向加热器通入氮气进行加热器吹冷，直至加热器温度降至安全温度。接下来，真空控制子系统接收总控子系统发送的试验处理信号，停止洞体抽真空机组和真空球抽真空机组，并关闭真空阀门，打开破空阀门，破空阀门用于将外界空气流入洞体。当总控子系统接收到压力调节控制子系统和真空控制子系统发送的处理完成信号时，总控子系统向压力调节控制子系统、加热器控制子系统、数据采集子系统、氮气控制子系统、真空控制子系统、冷却水控制子系统、液压控制子系统发送停止信号，完成风洞运行试验处理。
另外，在风洞运行系统处于试验准备模式和试验模式时，安全控制子系统会实时检测部分子系统的运行数据，在检测到存在异常运行的子系统时，向对应的子系统发送关闭信号，实现对风洞运行系统的保护。
具体地，安全控制子系统接收主控制台发送的试验准备信号，将其它子系统对应的安全监测传感器和限位开关全部连接至安全控制子系统。当安全控制子系统调用氮气浓度监测联锁，基于安全监测传感器，检测到氮气控制子系统中氮气浓度满足第一预设阈值时，生成报警提醒，并向氮气控制子系统和压力调节控制子系统发送关闭信号。当安全控制子系统调用洞体关键部件位置状态联锁，检测到风洞运行系统中存在异常启动的门或人孔法兰板时，按照时序向其它子系统发送关闭信号。当安全控制子系统调用石墨电阻加热器保护联锁，基于安全监测传感器，检测到风洞运行系统中真空度满足第二预设阈值或加热器温度满足第三预设阈值时，向加热器控制子系统发送关闭信号，并向压力调节控制子系统发送吹冷信号。当安全控制子系统调用前室保护联锁，基于安全监测传感器，检测到风洞的前室压力满足第四预设预设或前室温度满足第五预设阈值时，向加热器控制子系统发送关闭信号，并向攻角控制子系统发送紧急回零指令，延时固定时间后，向压力调节控制子系统发送关闭信号。当安全控制子系统调用试验段氧浓度联锁，基于安全监测传感器，检测到风洞运行系统中试验段氧浓度低于第六预设阈值时，锁定试验段舱门。当安全控制子系统调用真空度联锁，基于安全监测传感器，检测到风洞运行系统中试验段真空度高于第七预设阈值时，锁定试验段舱门。其它子系统接收安全控制子系统发送的关闭信号，分别关闭对应的阀门。压力调节控制子系统接收安全控制子系统发送的吹冷信号，打开总阀，控制调压阀开口达到预设开口阈值，向加热器通入氮气进行加热器吹冷，直至加热器温度降至安全温度。攻角控制子系统接收到安全控制子系统发送的紧急回零指令，将天平移动角度归零。安全控制子系统基于安全监测传感器，持续检测其它子系统的运行状态，直至安全控制子系统接收到总控子系统发送的试验结束信号。
需要说明的是，第一预设阈值、第二预设阈值、第三预设阈值、第四预设阈值、第五预设阈值、第六预设阈值可以由相关工作人员根据实际应用场景进行设置，本申请对数值大小不进行具体限定。
综上所述，如图2B所示，基于风洞运行系统的风洞运行方法的运行流程，首先主控制台将风洞运行系统从停机模式切换至准备模式，安全控制子系统调用时间服务器向各个子系统发送同步时间，并设置风洞运行参数，将风洞运行参数发送至对应的子系统。随后，开启数据采集子系统和攻角控制子系统遍历目标攻角序列，进行天平数据采集。接下来，判断攻角控制子系统是否遍历完毕目标攻角序列，在遍历完毕后得到风洞在空载条件下的天平数据，并按照时序开启氮气控制子系统、冷却水控制子系统、真空控制子系统。进一步地，依次判断风洞是否到达目标氮气压力和目标真空度，当风洞达到目标氮气压力和目标真空度时，启动加热器控制子系统，在风洞达到目标预热温度后，主控制台将风洞运行系统从准备模式切换至试验模式，依次启动压力调节控制子系统、加热器控制子系统，调节风洞的前室压力和前室温度，当前室压力和前室温度分别达到目标前室压力和目标前室温度时，启动流场显示子系统。开启数据采集子系统和攻角控制子系统遍历目标攻角序列，进行天平数据采集。接下来，判断攻角控制子系统是否遍历完毕目标攻角序列，在遍历完毕后得到带载气动力数据，并停止攻角控制子系统和流场显示子系统，随后，压力调节控制子系统通入小流量氮气对于加热器吹冷，启动真空控制子系统进行洞体破真空。最后，判断试验段内压力和氧浓度，当试验段内压力和氧浓度达标时，停止压力调节控制子系统、加热器控制子系统、数据采集子系统、氮气控制子系统、真空控制子系统、冷却水控制子系统、液压控制子系统。
本申请实施例提供的方法，由安全控制子系统向总控子系统发送试验启动信号，再由总控子系统向压力调节控制子系统、加热器控制子系统、流场显示子系统、攻角控制子系统、数据采集子系统、氮气控制子系统、真空控制子系统发送试验启动信号开启试验运行，并由安全控制子系统实时检测风洞的运行状态直至试验运行结束。攻角控制子系统接收试验启动信号后开始遍历目标攻角序列，当目标攻角序列遍历完毕时，由总控子系统向攻角控制子系统、流场显示子系统发送试验停止信号，完成风洞运行试验。通过总控子系统对高超声速低密度风洞运行时需要的氮气、压力、温度等参数进行控制，并设计安全控制子系统与其它子系统相互独立，提高测控安全性，实现对高超声速低密度风洞进行自动化测控。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。
本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。
以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种风洞运行系统，其特征在于，所述风洞运行系统包括：安全控制子系统、总控子系统、压力调节控制子系统、加热器控制子系统、流场显示子系统、氮气控制子系统、真空控制子系统、攻角控制子系统、数据采集子系统；
所述安全控制子系统向所述总控子系统发送试验启动信号，所述安全控制子系统用于保护所述风洞运行系统；
所述总控子系统接收所述安全控制子系统发送的所述试验启动信号，并向所述压力调节控制子系统、所述加热器控制子系统、所述氮气控制子系统、所述真空控制子系统发送试验启动信号，以及在当前室压力和前室温度分别达到目标压力和目标温度时，向所述流场显示子系统发送硬接线触发信号、向所述攻角控制子系统发送试验启动信号，以及当所述目标攻角序列遍历完毕时，向所述攻角控制子系统、所述流场显示子系统发送试验停止信号，完成风洞运行试验；
所述压力调节控制子系统接收所述总控子系统发送的试验启动信号，开启总阀，向风洞通入中高压氮气，并调节调压阀对所述前室压力进行调节；
所述加热器控制子系统接收所述总控子系统发送的试验启动信号，调节石墨电阻加热棒的加热功率，加热所述中高压氮气，对所述前室温度进行调节；
所述流场显示子系统接收所述总控子系统发送的所述硬接线触发信号，对低密度流场进行显示和高速摄像记录；
所述氮气控制子系统接收总控子系统发送的试验启动信号，持续检测中高压氮气压力，当压力小于目标氮气压力下限时，制备氮气，打开中压气罐进气阀或高压气罐进气阀，启动液氮泵，检测氮气气源压力，当所述氮气气源压力到达氮气气源目标压力上限后停止所述液氮泵，关闭相关阀门；
所述真空控制子系统接收总控子系统发送的试验启动信号，持续检测所述风洞的洞体真空度，当检测到所述洞体真空度低于洞体目标真空度时，持续控制所述洞体抽真空机组和所述真空球抽真空机组进行抽真空；
所述攻角控制子系统接收所述总控子系统发送的试验启动信号，遍历所述目标攻角序列，进行带载条件下的角度序列运动，当移动到所述目标攻角序列中存储的攻角序列值时，向所述数据采集子系统发送数据采集信号；
所述数据采集子系统接收所述攻角子系统发送的所述数据采集信号，对天平数据进行采集，得到所述风洞的带载气动力数据，所述带载气动力数据为所述风洞存在气动载荷时产生的数据。
2.根据权利要求1所述的风洞运行系统，其特征在于，所述风洞运行系统还包括：相关子系统；
所述安全控制子系统接收试验准备信号，调用时间服务器向其它子系统发送同步时间，并向所述总控子系统发送所述试验准备信号，所述其它子系统为所述风洞运行系统中除所述安全控制子系统以外的子系统；
所述总控子系统接收所述安全控制子系统发送的所述试验准备信号，获取风洞运行参数，将所述风洞运行参数对应发送至所述其它子系统，并当所述总控子系统接收到所述其它子系统发送的接收成功信号时，向相关子系统发送所述试验准备信号，所述相关子系统是参与风洞运行准备的子系统；
所述相关子系统接收所述试验准备信号，进行试验运行准备。
3.根据权利要求2所述的风洞运行系统，其特征在于，所述相关子系统包括：液压控制子系统、冷却水控制子系统、所述加热器控制子系统、所述氮气控制子系统、所述真空控制子系统、所述攻角控制子系统、所述数据采集子系统；
所述数据采集子系统接收所述总控子系统发送的所述试验准备信号，对风洞沿程参数进行测量采集，对所述天平数据准备采集，并接收所述攻角控制子系统发送的数据采集信号，对所述天平数据进行采集，得到所述风洞在空载条件下对应的天平数据，所述空载为所述风洞在运行过程中不存在所述气动载荷；
所述攻角控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验准备信号，遍历所述目标攻角序列，进行所述空载条件下的角度序列运动，当移动到所述目标攻角序列中存储的攻角序列值时，向所述数据采集子系统发送所述数据采集信号；
所述液压控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验准备信号，向所述总阀和所述调压阀提供高压油源，并在所述总阀的液压控制电磁阀处于失电状态时，向所述总阀的液压缸压紧腔进油；
所述氮气控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验准备信号，制备氮气，并打开中压气罐进气阀或高压气罐进气阀，启动液氮泵，检测氮气气源压力，当所述氮气气源压力到达氮气气源目标压力后停止所述液氮泵，关闭相关阀门；
所述冷却水控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验准备信号，向加热器、喷管、超扩段、真空机组提供冷却循环水；
所述真空控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验准备信号，控制洞体抽真空机组对洞体进行抽真空，控制真空球抽真空机组对真空球进行抽真空，在所述洞体和所述真空球真空度接近时，打开分隔的真空阀门，使所述洞体与所述真空球连通，持续控制所述洞体抽真空机组和所述真空球抽真空机组进行抽真空，直到所述洞体真空度达到洞体目标真空度；
所述加热器控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验准备信号，对加热器内的部件进行预热，调节石墨电阻加热棒的加热功率，直到测量到的加热器内部温度达到加热器目标预热温度。
4.根据权利要求1所述的风洞运行系统，其特征在于，所述总控子系统向所述压力调节控制子系统、所述真空控制子系统发送试验处理信号，并当所述总控子系统接收到所述压力调节控制子系统和所述真空控制子系统发送的处理完成信号时，所述总控子系统向所述压力调节控制子系统、所述加热器控制子系统、所述数据采集子系统、所述氮气控制子系统、所述真空控制子系统、所述冷却水控制子系统、所述液压控制子系统发送停止信号，完成风洞运行试验处理，以及向所述安全控制子系统发送试验结束信号；
所述压力调节控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验处理信号，打开所述总阀，控制所述调压阀开口达到预设开口阈值，向加热器通入氮气进行加热器吹冷，直至加热器温度降至安全温度；
所述真空控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验处理信号，停止洞体抽真空机组和真空球抽真空机组，并关闭真空阀门，打开破空阀门，所述破空阀门用于将外界空气流入洞体。
5.根据权利要求1所述的风洞运行系统，其特征在于，所述安全控制子系统还包括：氮气浓度监测联锁、洞体关键部件位置状态联锁、石墨电阻加热器保护联锁、前室保护联锁、试验段氧浓度联锁和真空度联锁；
所述安全控制子系统接收主控制台发送的试验准备信号，将其它子系统对应的安全监测传感器和限位开关全部连接至所述安全控制子系统，并基于所述安全监测传感器，持续检测所述其它子系统的运行状态，直至所述安全控制子系统接收到所述总控子系统发送的试验结束信号；
所述氮气浓度监测联锁检测所述氮气控制子系统中氮气浓度，当检测到所述氮气控制子系统中的氮气浓度满足第一预设阈值时，生成报警提醒，并向所述氮气控制子系统和所述压力调节控制子系统发送关闭信号；
所述洞体关键部件位置状态联锁检测所述风洞运行系统中关闭状态的门或人孔法兰板，当检测到所述风洞运行系统中存在异常启动的门或人孔法兰板时，按照时序向所述其它子系统发送所述关闭信号；
所述石墨电阻加热器保护联锁检测所述风洞运行系统中真空度和加热器温度，当检测到所述风洞运行系统中所述真空度满足第二预设阈值或所述加热器温度满足第三预设阈值时，向所述加热器控制子系统发送关闭信号，并向所述压力调节控制子系统发送吹冷信号；
所述前室保护联锁检测所述风洞的所述前室压力和所述前室温度，当检测到所述风洞的所述前室压力满足第四预设预设或所述前室温度满足第五预设阈值时，向所述加热器控制子系统发送关闭信号，并向所述攻角控制子系统发送紧急回零指令，延时固定时间后，向所述压力调节控制子系统发送所述关闭信号；
所述试验段氧浓度联锁检测到所述风洞运行系统中试验段氧浓度，当检测到所述风洞运行系统中试验段氧浓度低于第六预设阈值时，锁定试验段舱门；
所述真空度联锁检测到所述风洞运行系统中试验段真空度，当检测到所述风洞运行系统中试验段真空度高于第七预设阈值时，锁定试验段舱门；
所述其它子系统接收所述安全控制子系统发送的所述关闭信号，分别关闭对应的阀门；
所述压力调节控制子系统接收所述安全控制子系统发送的吹冷信号，打开所述总阀，控制所述调压阀开口达到预设开口阈值，向加热器通入氮气进行加热器吹冷，直至加热器温度降至安全温度；
所述攻角控制子系统接收到所述安全控制子系统发送的所述紧急回零指令，将天平移动角度归零。
6.一种基于风洞运行系统的风洞运行方法，其特征在于，所述方法包括：
安全控制子系统向总控子系统发送试验启动信号，所述安全控制子系统用于保护所述风洞运行系统；
所述总控子系统接收所述安全控制子系统发送的所述试验启动信号，并向压力调节控制子系统、加热器控制子系统、氮气控制子系统、真空控制子系统发送试验启动信号；
所述压力调节控制子系统接收所述总控子系统发送的试验启动信号，开启总阀，向风洞通入中高压氮气，并调节调压阀对所述风洞的前室压力进行调节；
所述加热器控制子系统接收所述总控子系统发送的试验启动信号，调节石墨电阻加热棒的加热功率，加热所述中高压氮气，对所述风洞的前室温度进行调节；
所述氮气控制子系统接收总控子系统发送的试验启动信号，持续检测中高压氮气压力，当压力小于目标氮气压力下限时，制备氮气，打开中压气罐进气阀或高压气罐进气阀，启动液氮泵，检测氮气气源压力，当所述氮气气源压力到达氮气气源目标压力上限后停止所述液氮泵，关闭相关阀门；
所述真空控制子系统接收总控子系统发送的试验启动信号，持续检测所述风洞的洞体真空度，当检测到所述洞体真空度低于洞体目标真空度时，持续控制所述洞体抽真空机组和所述真空球抽真空机组进行抽真空；
当所述前室压力和所述前室温度分别达到目标压力和目标温度时，所述总控子系统向流场显示子系统发送硬接线触发信号、向攻角控制子系统发送试验启动信号；
所述流场显示子系统接收所述总控子系统发送的所述硬接线触发信号，对低密度流场进行显示和高速摄像记录；
所述攻角控制子系统接收所述总控子系统发送的试验启动信号，遍历目标攻角序列，进行带载条件下的角度序列运动，当移动到所述目标攻角序列中存储的攻角序列值时，向数据采集子系统发送数据采集信号；
所述数据采集子系统接收所述攻角子系统发送的所述数据采集信号，对天平数据进行采集，得到取所述风洞的带载气动力数据，所述带载气动力数据为所述风洞存在气动载荷时产生的数据；
当所述目标攻角序列遍历完毕时，所述总控子系统向所述攻角控制子系统、所述流场显示子系统发送试验停止信号，完成风洞运行试验。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述安全控制子系统向总控子系统发送试验启动信号之前，所述方法还包括：
所述安全控制子系统接收试验准备信号，调用时间服务器向其它子系统发送同步时间，并向所述总控子系统发送试验准备信号，所述其它子系统为所述风洞运行系统中除所述安全控制子系统以外的子系统；
所述总控子系统接收所述安全控制子系统发送的试验准备信号，获取风洞运行参数，将所述风洞运行参数对应发送至其它子系统；
所述其它子系统在接收到对应的风洞运行参数时，向所述总控子系统发送接收成功信号；
当所述总控子系统接收到所述其它子系统发送的接收成功信号时，向相关子系统发送试验准备信号，所述相关子系统是参与风洞运行准备的子系统；
所述相关子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，进行试验运行准备。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述相关子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，依据所述风洞运行参数进行运行，包括：
所述数据采集子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，对风洞沿程参数进行测量采集，对天平数据准备采集；
所述攻角控制子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，遍历所述目标攻角序列，进行空载条件下的角度序列运动，当移动到所述目标攻角序列中存储的攻角序列值时，向所述数据采集子系统发送所述数据采集信号；
所述数据采集子系统接收所述攻角控制子系统发送的所述数据采集信号，对所述天平数据进行采集，得到所述风洞在空载条件下的天平数据，所述空载为所述风洞在运行过程中不存在所述气动载荷；
液压控制子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，向所述总阀和所述调压阀提供高压油源，并在所述总阀的液压控制电磁阀处于失电状态时，向所述总阀的液压缸压紧腔进油；
氮气控制子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，制备氮气，并打开中压气罐进气阀或高压气罐进气阀，启动液氮泵，检测氮气气源压力，当所述氮气气源压力到达氮气气源目标压力后停止所述液氮泵，关闭相关阀门；
冷却水控制子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，向加热器、喷管、超扩段、真空机组提供冷却循环水；
真空控制子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，控制洞体抽真空机组对洞体进行抽真空，控制真空球抽真空机组对真空球进行抽真空，在所述洞体和所述真空球真空度接近时，打开分隔的真空阀门，使所述洞体与所述真空球连通，持续控制所述洞体抽真空机组和所述真空球抽真空机组进行抽真空，直到所述洞体真空度达到洞体目标真空度；
所述加热器控制子系统接收所述总控子系统发送的试验准备信号，对加热器内的部件进行预热，调节石墨电阻加热棒的加热功率，直到测量到的加热器内部温度达到加热器目标预热温度。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述当所述目标攻角序列遍历完毕时，所述总控子系统向所述攻角控制子系统、所述流场显示子系统发送试验停止信号，完成风洞运行试验之后，所述方法还包括：
所述总控子系统向所述压力调节控制子系统、真空控制子系统发送试验处理信号；
所述压力调节控制子系统接收所述总控子系统发送的所述试验处理信号，打开所述总阀，控制所述调压阀开口达到预设开口阈值，向加热器通入氮气进行加热器吹冷，直至加热器温度降至安全温度；
所述真空控制子系统接收所述总控子系统发送的试验处理信号，停止洞体抽真空机组和真空球抽真空机组，并关闭真空阀门，打开破空阀门，所述破空阀门用于将外界空气流入洞体；
当所述总控子系统接收到所述压力调节控制子系统和所述真空控制子系统发送的处理完成信号时，所述总控子系统向所述压力调节控制子系统、所述加热器控制子系统、所述数据采集子系统、氮气控制子系统、真空控制子系统、冷却水控制子系统、液压控制子系统发送停止信号，完成风洞运行试验处理。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述安全控制子系统接收主控制台发送的试验准备信号，将其它子系统对应的安全监测传感器和限位开关全部连接至所述安全控制子系统；
当所述安全控制子系统调用氮气浓度监测联锁，基于所述安全监测传感器，检测到所述氮气控制子系统中氮气浓度满足第一预设阈值时，生成报警提醒，并向氮气控制子系统和所述压力调节控制子系统发送关闭信号；
当所述安全控制子系统调用洞体关键部件位置状态联锁，检测到所述风洞运行系统中存在异常启动的门或人孔法兰板时，按照时序向所述其它子系统发送关闭信号；
当所述安全控制子系统调用石墨电阻加热器保护联锁，基于所述安全监测传感器，检测到所述风洞运行系统中真空度满足第二预设阈值或加热器温度满足第三预设阈值时，向所述加热器控制子系统发送关闭信号，并向所述压力调节控制子系统发送吹冷信号；
当所述安全控制子系统调用前室保护联锁，基于所述安全监测传感器，检测到所述风洞的所述前室压力满足第四预设预设或所述前室温度满足第五预设阈值时，向所述加热器控制子系统发送关闭信号，并向所述攻角控制子系统发送紧急回零指令，延时固定时间后，向所述压力调节控制子系统发送关闭信号；
当所述安全控制子系统调用试验段氧浓度联锁，基于所述安全监测传感器，检测到所述风洞运行系统中试验段氧浓度低于第六预设阈值时，锁定试验段舱门；
当所述安全控制子系统调用真空度联锁，基于所述安全监测传感器，检测到所述风洞运行系统中试验段真空度高于第七预设阈值时，锁定试验段舱门；
所述其它子系统接收所述安全控制子系统发送的所述关闭信号，分别关闭对应的阀门；
所述压力调节控制子系统接收所述安全控制子系统发送的吹冷信号，打开所述总阀，控制所述调压阀开口达到预设开口阈值，向加热器通入氮气进行加热器吹冷，直至加热器温度降至安全温度；
所述攻角控制子系统接收到所述安全控制子系统发送的所述紧急回零指令，将天平移动角度归零；
所述安全控制子系统基于所述安全监测传感器，持续检测所述其它子系统的运行状态，直至所述安全控制子系统接收到所述总控子系统发送的试验结束信号。
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