CN114936477A - 一种基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法，确定风洞运行与流场控制系统的具体控制对象和具体控制流程，编制控制对象行为表；依据风洞开展试验的试验类型和给定工况条件，通过风洞试验工作流编制子程序，编制风洞所开展试验的试验工作流；通过风洞运行与流场控制系统对试验工作流进行解析，获取控制对象相关控制指令，驱动相应控制对象运动动作，调整风洞流场参数，实现风洞试验进程的时序和逻辑跳转完成试验工作。本发明提供一种基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法，实现了一套风洞运行与流场控制系统灵活适配不同类型和不同工况试验开展，并能高效升级适应风洞设备的新增与替换。

Description

一种基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法

技术领域

本发明涉及一种风洞运行与流场控制系统领域。更具体地说，本发明涉及一种可应用于不同速域、不同结构形式、不同驱动方式的各类风洞的基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法。

背景技术

风洞是一种量度流体对物体作用并观察其物理现象的管道试验设备，通过在风洞运行与流场控制系统的统一调度下驱动装置产生近似真实条件气流，控制模型支撑机构精确运动，进而测得模型不同姿态下的气动特性参数，为飞行器空气动力特性预测研究以及飞行器成功研制提供重要保障。为实现这一目的，传统的风洞运行与流场控制系统多是针对风洞试验特定运行方式和试验工况所设计，具有可靠性高，易于风洞控制岗位人员操作的特点。但随着风洞设备的升级改造和所开展试验种类的丰富拓展，特别是对于开展多类型非常规试验的特种风洞，风洞运行与流场控制系统往往需要针对不同风洞设备、不同类型试验、不同试验工况开发多套控制系统，极大增大了风洞运行与流场控制系统的设计与维护难度。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明提供了一种基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法，通过预先定义风洞所管辖装置和机构的运动和动作方式，并将风洞试验流程细分为针对不同装置和机构的一系列独立行为，根据风洞所开展试验的具体类型和工况条件编排组合试验行为构成试验工作流（WorkFlow），进而按照所确定试验工作流依序驱动装置运动和机构动作完成试验，实现一套风洞运行与流场控制系统灵活适配不同类型和不同工况试验开展，并能高效升级适应风洞设备的新增与替换。

一种基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法，包括：

步骤一，确定风洞运行与流场控制系统的具体控制对象和具体控制流程，对不同控制对象在不同工作阶段的控制流程进行细分，以得到各控制对象在各阶段不可替代且不可再次细分的一系列独立行为，针对各独立行为编制对应的控制对象行为表；

步骤二，依据风洞开展试验的试验类型和给定工况条件，通过风洞试验工作流编制子程序，编制风洞所开展试验的试验工作流；

步骤三，通过试验工作流解析与控制子程序对所编制的试验工作流进行解析，获取控制对象相关控制指令，驱动相应控制对象运动动作，调整风洞流场参数，实现风洞试验进程的时序和逻辑跳转完成试验工作。

优选的是，在步骤一中，所述控制对象被配置为包括：

风洞所管辖的装置和/或机构；

与风洞试验流场相关的参数；

其中，所述装置和/或机构被配置为包括气路均压阀、气路快速阀、气路调压阀、模型支撑机构、挠性喷管、栅指、弯刀、压缩机、风扇、喷淋水泵、冷却风机；

所述参数被配置为包括来流风速、稳定段总压、稳定段总温、引射集气室压力、试验舱马赫数。

优选的是，在步骤一中，所述控制对象行为表被配置为包括以下内容：试验阶段名称或控制对象名称、控制对象行为、控制对象行为参数、控制对象状态检查标识；

其中，所述试验阶段名称或控制对象名称为风洞试验进程阶段或所进行控制的目标对象；

所述控制对象行为为目标对象在各工作阶段细分的一系列独立行为；

所述控制对象行为参数为各独立行为的具体参数，包括参数值、参数值上限、参数值下限、参数值默认值；

所述控制对象状态检查标识明确各独立行为执行完成状态是否需要检查。

优选的是，在步骤二中，所述试验工作流的编制是以控制对象行为表为基本数据库，通过从基本数据库中采用勾选的方式添加试验阶段或控制对象行为，进行灵活编排组合，修改相应行为参数以得到与试验类型和给定工况条件相匹配的试验工作流。

优选的是，所述试验工作流被配置为包括流程索引、试验阶段名称或控制对象名称、行为名称、行为参数、状态检查标志；

其中，所述流程索引为基于试验阶段或控制对象行为顺序所构成的从0开始的一列数字序列编号，每一个流程索引对应一项试验阶段或控制对象行为，作为试验工作流的序列标识；

当流程索引描述试验阶段时，试验工作流中的行为名称、行为参数、状态检查标志内容缺省为空；

当流程索引描述控制对象行为时，行为名称、行为参数、状态检查标志依次明确该项流程索引对应控制对象的具体行为、相应行为参数以及该项行为执行完成是否需要进行状态检查。

优选的是，在步骤三中，对试验工作流的解析被配置为包括试验阶段节点和控制对象行为节点的解析；

所述试验阶段节点解析是通过在试验工作流中搜索“阶段名称”所在位置，执行流程索引加1操作，将试验流程自动转入当前流程索引后的系列控制对象行为节点；

控制对象行为节点解析通过逐一比对当前流程索引“对象名称”确定解析控制的相应目标对象，进一步依据“行为名称”索引该控制对象行为，并根据“行为参数”加载下发相应控制对象的行为参数控制指令，最后依据“状态检查标志”，在检查该项行为完成后或直接对流程索引执行加1操作，将试验流程自动转入下一流程索引。

本发明至少包括以下有益效果：其一，通过实施本发明所述的基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法，可实现设计一套风洞运行与流场控制系统灵活适配不同类型和不同工况风洞试验开展，并能高效升级适应风洞设备的新增与替换，可有效解决传统风洞运行与流场控制系统需要针对不同风洞设备、不同类型试验、不同试验工况设计开发多套控制系统，并造成风洞运行与流场控制系统设计复杂和维护困难的难题。

其二，通过实施本发明所述的基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法，风洞控制岗位操作人员可针对特定类型试验和特定试验工况快捷、便宜的编制风洞试验工作流并顺利开展试验，而无须直接修改风洞运行与流场控制系统程序代码，可显著提高风洞试验效率，有效减小因程序代码修改所带来的风洞试验风险，同时大幅降低了对风洞控制岗位操作人员的技能要求。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1 为大型开口式射流风洞控制对象的部分行为表；

图2 为大型开口式射流风洞控制对象的另外部分行为表；

图3大型开口式射流风洞的风洞试验工作流编制子程序的左边部分示意图；

图4大型开口式射流风洞的风洞试验工作流编制子程序的中间部分示意图；

图5大型开口式射流风洞的风洞试验工作流编制子程序的右边部分示意图；

图6大型开口式射流风洞针对所开展的风洞试验所编制的试验工作流部分截图；

图7控制对象行为节点解析的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

将本发明所提供的一种基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法应用于某大型开口式射流风洞。所述大型开口式射流风洞由气源球罐、调压阀、稳定段、喷管、试验舱、扩张段、消声塔以及连接管道组成。针对这一风洞，所述的基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法包括以下步骤：

步骤S100：

确定风洞运行与流场控制系统的具体控制对象，细分风洞运行与流场控制系统流程为针对不同装置和机构的一系列独立行为，根据所确定的所有独立行为编制控制对象行为表；

步骤S110：

确定大型开口式射流风洞运行与流场控制系统的具体控制对象包括两类，第一类为风洞所辖装置和机构，举例包括但不限于主（主旁）气路均压阀、主（主旁）气路快速阀、主（主旁）气路调压阀、引（引旁）气路均压阀、引（引旁）气路快速阀、引（引旁）气路调压阀、模型支撑机构、（半）挠性喷管、栅指、弯刀、压缩机、风扇、喷淋水泵、冷却风机等。在本实施中包括主气路均压阀、主气路快速阀、主气路调压阀、引气路均压阀、引气路快速阀、引气路调压阀、四自由度模型支撑机构和半挠性喷管；第二类为风洞试验流场参数，第二类为风洞试验流场参数，举例来说，可以包括但不限于来流风速、稳定段总压、稳定段总温、引射集气室压力、试验舱马赫数等。在本实例中包括稳定段总压、引射集气室压力和试验舱马赫数；

步骤S120：

细分风洞运行与流场控制流程为针对不同装置和机构的一系列独立行为。风洞运行与流场控制流程可划分为若干阶段，举例包括但不限于如下阶段：准备开车、准备开车取消、开车、试验正常关车、PXI回零关车、试验结束、放余气等；而每一阶段可进一步细分为互为不可替代且不可再次细分的一系列独立行为，举例包括但不限于如下行为：调压阀高开、调压阀充压、调压阀回拉、压力闭环、压力判稳、压力闭环终止、马赫数闭环、马赫数判稳、马赫数闭环终止、延时、流场判稳等；

在本实例中，大型开口式射流风洞所开展试验依据试验流程首先划分为如下阶段：机构单动、准备开车、准备开车取消、开车、试验正常关车、PXI回零关车、试验结束；进一步每一试验阶段再细分为互为不可替代的且不可再次细分的一系列独立行为，包括调压阀高开、调压阀充压、调压阀回拉、压力闭环、压力判稳、压力闭环终止、马赫数闭环、马赫数判稳、马赫数闭环终止、延时、流场判稳等；

步骤S130：

根据所确定的大型开口式射流风洞的所有独立行为编制控制对象行为表。控制对象行为表包括如下内容：试验阶段/控制对象名称、控制对象行为、行为参数、状态检查标识。其中第一项试验阶段/控制对象名称明确风洞试验进程阶段或所进行控制的目标对象；第二项控制对象行为明确所进行控制对象的具体行为，即上述细分得到的所有独立行为；第三项行为参数明确第二项指定控制对象行为的具体参数，可进一步细分为参数值、参数值上限、参数值下限、参数值默认值，按照相应参数个数依序排列，行为表中所含参数数目按所有控制对象行为参数的最多参数数目确定，其余控制对象行为空缺参数可缺省为空（Null），在本实例中可进一步细分为参数1、参数1上限、参数1下限、参数1默认值、参数2、参数2上限、参数2下限、参数2默认值；第四项状态检查标识明确第二项指定控制对象行为执行完成状态是否需要检查，如图1-图2给出了部分大型开口式射流风洞控制对象行为表。

步骤S200：

通过风洞试验工作流编制子程序，依据风洞所开展试验的特定试验类型和给定工况条件，编制风洞所开展试验的试验工作流。

风洞试验工作流编制子程序以前述建立的控制对象行为表为基本数据库，通过从风洞对象行为数据库依次勾选、添加试验阶段或对象行为，进行灵活编排组合，并修改相应行为参数，即可便宜地形成针对给定风洞试验的特定试验工作流。

试验工作流包含流程索引、阶段/对象名称、行为名称、行为参数、状态检查标志五项内容。其中第一项流程索引为所添加的试验阶段或对象行为的顺序所构成的从0开始的一列数字序列编号，每一流程索引对应一项试验阶段或控制对象行为，是该项试验流程的序列标识。第二项阶段/对象名称明确了该项流程索引对应的试验阶段或控制对象。当该项流程索引描述试验阶段时，试验工作流后三项内容缺省为空；当该项流程索引描述控制对象行为时，后三项内容依次明确该项流程索引的具体行为、相应行为参数以及该项行为执行完成是否需要进行状态检查；图3-图5给出了大型开口式射流风洞的风洞试验工作流编制子程序；图6给出了大型开口式射流风洞针对所开展的风洞试验所编制的试验工作流部分截图；

步骤S300：

通过风洞试验工作流解析与控制的子程序，依据所编制的试验工作流解析获得风洞运行与流场控制系统所控制对象（风洞装置、机构、流场控制参数）的控制指令，进而驱动相应装置动作和机构运动，控制风洞相应流场参数，并实现风洞试验进程的时序和逻辑跳转。

风洞试验工作流解析与控制子程序依据所编制的试验工作流按试验阶段节点和控制对象行为节点两类进行解析：

试验阶段节点解析通过在试验工作流中搜索“阶段名称”所在位置，执行流程索引加1操作，将试验流程自动转入当前流程索引后的系列控制对象行为节点；

控制对象行为节点解析通过逐一比对当前流程索引“对象名称”确定解析控制的相应目标对象，进一步依据“行为名称”索引该控制对象行为，并根据“行为参数”加载下发相应控制对象的行为参数控制指令，最后依据“状态检查标志”，在检查该项行为完成后（需要状态检查）或直接对流程索引执行加1操作（无需状态检查），将试验流程自动转入下一流程索引，控制对象行为节点解析的流程图如图7所示。

在本实例中，风洞试验工作流解析与控制有子程序对试验工作流的解析过程实现风洞试验进程的时序和逻辑跳转，并通过解析获得的风洞运行与流场控制系统控制指令，驱动相应风洞装置动作和机构运动，控制风洞流场参数，最终顺利完成试验。

特别需要说明的，《风洞试验流程描述与解析设计》一文中曾提出对试验流程按指令节点、行为节点和阶梯进程三类开展解析。但值得注意的是，该方法将试验阶梯进程固化，提出了一种先解析模型姿态角阶梯、后解析试验马赫数阶梯、最后解析总压阶梯的固定解析控制结构，这限制了该方法的应用范围，对于不采用上述固定阶梯顺序的其余风洞试验均不能适用。

针对该问题，本发明所提出基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法直接去掉了对于阶梯进程的解析，而将阶梯行为降级作为一种针对多个控制对象（装置、机构或控制参数）的对象行为进行处理，通过参数矩阵的形式在参数项加载下发各控制对象控制指令。其中参数矩阵每行按约定顺序排列需进行阶梯运动的各控制对象的阶梯行为参数，即参数矩阵列数由需进行阶梯运动的各控制对象个数决定，而参数矩阵的行数即由给定试验需进行的阶梯总数决定。通过上述方法，不仅简化了试验工作流的解析过程，而且扩大了《风洞试验流程描述与解析设计》一文所提出方法的适用性，使得基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法可适用于不同风洞设备、不同类型试验、不同试验工况的风洞试验使用。

以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法，其特征在于，包括：

步骤一，确定风洞运行与流场控制系统的具体控制对象和具体控制流程，对不同控制对象在不同工作阶段的控制流程进行细分，以得到各控制对象在各阶段不可替代且不可再次细分的一系列独立行为，针对各独立行为编制对应的控制对象行为表；

步骤二，依据风洞开展试验的试验类型和给定工况条件，通过风洞试验工作流编制子程序，编制风洞所开展试验的试验工作流；

步骤三，通过试验工作流解析与控制子程序对所编制的试验工作流进行解析，获取控制对象相关控制指令，驱动相应控制对象运动动作，调整风洞流场参数，实现风洞试验进程的时序和逻辑跳转完成试验工作。

2.如权利要求1所述的基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法，其特征在于，在步骤一中，所述控制对象被配置为包括：

风洞所管辖的装置和/或机构；

与风洞试验流场相关的参数；

其中，所述装置和/或机构被配置为包括气路均压阀、气路快速阀、气路调压阀、模型支撑机构、挠性喷管、栅指、弯刀、压缩机、风扇、喷淋水泵、冷却风机；

所述参数被配置为包括来流风速、稳定段总压、稳定段总温、引射集气室压力、试验舱马赫数。

3.如权利要求1所述的基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法，其特征在于，在步骤一中，所述控制对象行为表被配置为包括以下内容：试验阶段名称或控制对象名称、控制对象行为、控制对象行为参数、控制对象状态检查标识；

其中，所述试验阶段名称或控制对象名称为风洞试验进程阶段或所进行控制的目标对象；

所述控制对象行为为目标对象在各工作阶段细分的一系列独立行为；

所述控制对象行为参数为各独立行为的具体参数，包括参数值、参数值上限、参数值下限、参数值默认值；

所述控制对象状态检查标识明确各独立行为执行完成状态是否需要检查。

4.如权利要求1所述的基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法，其特征在于，在步骤二中，所述试验工作流的编制是以控制对象行为表为基本数据库，通过从基本数据库中采用勾选的方式添加试验阶段或控制对象行为，进行灵活编排组合，修改相应行为参数以得到与试验类型和给定工况条件相匹配的试验工作流。

5.如权利要求1所述的基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法，其特征在于，所述试验工作流被配置为包括流程索引、试验阶段名称或控制对象名称、行为名称、行为参数、状态检查标志；

其中，所述流程索引为基于试验阶段或控制对象行为顺序所构成的从0开始的一列数字序列编号，每一个流程索引对应一项试验阶段或控制对象行为，作为试验工作流的序列标识；

当流程索引描述试验阶段时，试验工作流中的行为名称、行为参数、状态检查标志内容缺省为空；

当流程索引描述控制对象行为时，行为名称、行为参数、状态检查标志依次明确该项流程索引对应控制对象的具体行为、相应行为参数以及该项行为执行完成是否需要进行状态检查。

6.如权利要求1所述的基于WorkFlow的风洞运行与流场控制系统设计方法，其特征在于，在步骤三中，对试验工作流的解析被配置为包括试验阶段节点和控制对象行为节点的解析；

所述试验阶段节点解析是通过在试验工作流中搜索“阶段名称”所在位置，执行流程索引加1操作，将试验流程自动转入当前流程索引后的系列控制对象行为节点；

控制对象行为节点解析通过逐一比对当前流程索引“对象名称”确定解析控制的相应目标对象，进一步依据“行为名称”索引该控制对象行为，并根据“行为参数”加载下发相应控制对象的行为参数控制指令，最后依据“状态检查标志”，在检查该项行为完成后或直接对流程索引执行加1操作，将试验流程自动转入下一流程索引。

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