一种固体火箭发动机燃面退移测试与校准系统的制作方法

1.本发明涉及一种测试与校准方法，特别涉及一种固体火箭发动机燃面退移测试与校准系统。


背景技术：

2.燃面退移测试与校准方法依托于某国防重点项目，该项目以在研两型号固体火箭发动机的研制、试验测试及推进剂燃烧理论研究等需求作为背景，针对我国固体火箭发动机试验与测试领域中一直存在的燃面退移不可测或测不准的共性技术难题，以及固体火箭发动机不稳定燃烧理论研究的试验数据样本不足、型号质量归零故障定位|k|难等问题，开展基于射频无线测量原理的固体火箭发动机试验燃面退移测试技术探索性研究，建立固体火箭发动机试验燃面退移测试原理样机、试验环境、测试平台与验证系统，突破固体火箭发动机燃面退移动态测试平台构建与校准技术、固体火箭发动机燃面层析成像模型建模技术、固体火箭发动机燃面退移测量数据获取与处理等关键技术，构建固体火箭发动机试验燃面退移动态测试平台，达到燃面退移测试技术在固体火箭发动机试验与测试领域中实现演示验证的工程目标，形成用于固体火箭发动机试验燃面退移测试的相关标准和规范，为突破固体火箭发动机燃面退移动态测试的共性技术难题，指导固体火箭发动机试验燃面退移测试技术工程化应用，完善我国固体火箭发动机试验与测试技术体系，提高新一代导弹武器动力系统研制水平打下坚实基础。
3.燃面退移测试与校准方法作为固体火箭发动机虚拟试验的重要支撑，利用燃料燃烧过程中由于燃面变化必然会造成燃烧火焰压强的变化的特性，通过对于射频无线电的发送接收，分析燃面退移速率，构建燃速变化模型，建立图形可视化界面，为燃面退移速率的分析提供了平台支撑。
4.目前国内没有涉及固体火箭发动机燃面退移的测试与校准方法，而燃面退移的测试与校准方法作为固体火箭发动机虚拟试验的重要支撑，对于验证燃面退移过程中燃烧火焰压强变化对燃面退移速率造成的影响起到了至关重要的作用。为此，需要通过可视化技术，对燃面退移过程中的不同波段的电磁波发送接收进行同步控制。并使用实时采集的方法，将接收数据进行存储，便于后期调用算法独立运行和比较验证，并将该验证平台转化为标准的计算机程序，为技术研究和指标验证等工作提供平台支撑。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题
6.本发明提供一种固体火箭发动机燃面退移测试与校准系统，以解决对燃面退移过程中的不同波段的电磁波发送接收进行同步控制的问题。并使用实时采集的方法，将接收数据进行存储，便于后期调用算法独立运行和比较验证，并将该验证平台转化为标准的计算机程序，为技术研究和指标验证等工作提供平台支撑。
7.为解决本发明技术问题所采用的技术方案
8.一种固体火箭发动机燃面退移测试与校准系统，包括：
9.模式切换模块，用于测试和校准两种模式间进行切换；
10.采集参数配置模块，用于采集数据；
11.发送参数配置模块，用于切换开关；
12.数据实时显示及保存路径设置模块，设置窗口实时显示数据采集，按照测试/校准模式不同、设置不同路径，保存测试数据及校准数据。
13.进一步地，基于labview开发平台的可视化技术。
14.进一步地，所述模式切换模块，燃面退移测试与校准计算过程主要是根据测试和校准模式不同进行切换，同时更改发送参数、采集参数和存储参数。
15.进一步地，采集系统中控制芯片ni crio 9056为fpga卡，板卡上引出8个端口，64路采集，共16路dio，使用labviewfpga模块进行编程控制。
16.进一步地，采用两个以上子vi串行。
17.进一步地，数据及算法加载过程包括以下部分：
18.(1)数据输入：该系统输入数据为标准的csv文件数据，在文件中，定义第一列为时间标签序列、第二列为与时间序列对应的压强序列；
19.(2)算法加载：根据燃面速率验证过程及算法外部调取需求，设计算法以exe文件单独存在，以csv文件为中继文件的数据交互方式。
20.本发明获得的有益效果
21.本发明提供的燃面退移的测试与校准方法作为固体火箭发动机虚拟试验的重要支撑，对于验证燃面退移过程中燃烧火焰压强变化对燃面退移速率造成的影响起到了至关重要的作用。通过可视化技术，对燃面退移过程中的不同波段的电磁波发送接收进行同步控制。并使用实时采集的方法，将接收数据进行存储，便于后期调用算法独立运行和比较验证，并将该验证平台转化为标准的计算机程序，为技术研究和指标验证等工作提供平台支撑。
附图说明
22.图1：软件总体结构图；
23.图2：循环结构；
24.图3：端口操作；
25.图4：双vi；
26.图5：发送控制模块；
27.图6：采集显示模块；
28.图7：切换模块与参数控制界面；
29.图8：数据采集模块；
30.图9：软件存储参数设置界面。
具体实施方式
31.本发明针对固体火箭发动机虚拟实验的实际需求，发明一种应用于固体火箭发动机燃面退移的测试与校准方法。技术方案可概括通过可视化技术，对燃面退移过程中的不
同波段的电磁波发送接收进行同步控制。并使用实时采集的方法，将接收数据进行存储，便于后期调用算法独立运行和比较验证，并将该验证平台转化为标准的计算机程序，为技术研究和指标验证等工作提供平台支撑。
32.为使本发明所提出的技术方案的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图，对本发明所提出的技术方案的实施例进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是所提出的技术方案的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
33.固体火箭发动机燃面退移测试与校准软件及方法是通过可视化技术，对燃面退移过程中的不同波段的电磁波发送接收进行同步控制。并使用实时采集的方法，将接收数据进行存储，便于后期调用算法独立运行和比较验证，燃面退移测试与校准的计算过程主要是根据测试和校准模式不同进行切换，同时更改发送参数、采集参数和存储参数。
34.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
35.本软件的设计思路为算法独立、数据独立、独立在线演示。利用labview语言环境设计相关的可视化界面，开发一个易扩充的、易维护的、具有良好人机交换界面的软件系统。
36.基于此，本软件可划分为以下4个功能模块：
37.(1)测试校准切换功能：两种模式间进行切换。
38.(2)采集参数配置：用于采集数据。
39.(3)发送参数配置：用于切换开关。
40.(4)数据实时显示及保存路径设置：设置窗口实时显示数据采集，按照测试/校准模式不同、设置不同路径，保存测试数据及校准数据。
41.图1为燃面退移测试与校准软件总体结构。燃面退移测试与校准计算过程主要是根据测试和校准模式不同进行切换，同时更改发送参数、采集参数和存储参数。测试与校准软件硬件连接，设备电源为硬件采集设备供电，硬件采集设备通过网线与电脑主机连接，主机通过测试与校准软件控制采集系统完成不同波段数据的测试与校准。
42.对于燃面退移测试与校准系统，需要完成系统最优测试频点的校准与选取，通过该软件控制使用扫频模式，对各波段测试阵列每隔0.1ghz一个频点进行扫频静态测量，获取相关静态校准测试数据，考核选取最优的测试频点，并将该测试频点设置为动态测试的频点，在发动机试验过程中采用该频点进行动态试验测试，最终将采集到的数据存贮到上位机。
43.系统硬件部分主要包括：
44.主机：提供上位机与设备硬件的开发平台与运行环境；采用标准pc主机，labview开发平台。
45.显示器：提供软件与视频显示的尺寸与分辨，采用液晶宽屏显示器。
46.数据采集系统：实现多路辐射计输出信号的周期同步采集。
47.同时实现64路正交数据的采集，发明中采用16bit的数采系统。要求电控系统脉冲触发时，采集系统连续采集，每次间隔20ms，由此可得采用频率为50hz。采样率为50hz，14位以上的ad数据，具体指标如下：
48.在采样期间，瞬时采样数据率＝50hz
×
64通道
×
16bit＝50kbps
49.数据采集获取方式：外触发，ttl电平；输入信号范围：0～5v。
50.数据存储模块：完成成像数据的存储；
51.通信控制模块：完成上位机与定标系统、数据采集系统的通信与控制。进行指令控制与数据读入。
52.对发送模块参数配置进行设置时，分别设置手动与程控的数据采集，手动采集设置相应ttl输出，选择微波网络开关；程控以10ms为周期进行微波网络开关切换。
53.根据燃面速率验证过程的实际情况，以及算法外部调取的特殊需求，设计了算法以exe文件单独存在，数据通道标准化输入、输出的特性，设计了以csv文件为中继文件的数据交互方式。
54.数据及算法加载过程，可以分为以下几个部分：
55.(1)数据输入：该平台输入数据为标准的csv文件数据，在文件中，定义第一列为时间标签序列、第二列为与时间序列对应的压强序列。
56.(2)算法加载：根据不同的算法要求，可独立加载不同的算法exe文件，加载方式为通过算法文件路径的加载实现算法的载入。
57.采集系统中控制芯片ni crio 9056为fpga卡，板卡上引出8个端口，64路采集，共16路dio，使用labview fpga模块进行编程控制。fpga程序示意图如图2，采集循环与输出循环独立，均采用控件形式与rt程序通讯，两块板卡均使用了64路采集，共16路dio。
58.fifo可使用的数据类型有限，而控件几乎无限制。
59.就9056而言，fifo只能传递指定的几种类型的数据，而使用控件时，可使用包括簇数组在内的自定义控件。
60.端口较多时，很容易就遇到连续几个都是要求采集脉宽的，而另外连续几个要求采集电平即可。此时使用for循环对多个端口一起进行操作，如图3所示。
61.输出脉冲时，脉冲的产生可以封装成一个子vi，供多路端口进行使用；采集脉宽时，脉宽采集可以封装成一个子vi供多路端口进行调用。然而，默认情况下，子vi的执行是串行的，因为并没有设置vi属性为“可重入执行”，子vi在同一时间内只能被一路端口所占用，可能导致的结果是循环时间变长，精度降低。如果设置子vi为可重入执行，又可能导致fpga空间占用率过高，编译无法通过。发明中采用几个程序框图一样的子vi来代替原先一个子vi，功能完全一样，将子vi多另存为几个所生成，替换之后，相当于减少了串行运行的子vi数量，循环用时减少明显。图4中使用6个子vi a，如果用2个b与2个c替换其中的4个a，循环时间可能减少为原来的1/3。
62.因此，当资源有限时，我们使用要求的最小长度的数据类型来实现，能使用u16满足要求即可。
63.脉冲输出及采集均需要根据实际循环时间来计算，在实际配置循环时间时，需按照可能的最复杂算法进行运行测试，并依此来设置循环时间，以保证循环时间的确定性已经算法运算的正确性。
64.总而言之，此发明是应该根据实际需要，综合考虑数据完整性、fpga板卡资源大小、循环时间等因素，已达到满意效果。基于此，设计界面如图5、图6所示：
65.燃面退移测试与校准软件的程序界面如图7和8所示，数据采集有外部触发和手动
触发两种模式，点击数字控制模块测试系统进入外部待触发状态，当有信号输入时自动进行采集，此时数字控制始终显示1，作为时间基准，module1至module 4为4个模组，共64路采集通道，可实时显示模拟量变化，存储器存满后采集停止，或点击stop结束采集。若需手动触发则点击显示时钟的向上箭头，此时显示时钟显示1，作为时间基准，采集完成后点击stop 2结束采集。图9为软件存储参数设置界面，主要包括采集数据的存储路径、存储模式、数据格式等参数的设置。
66.本发明主要是针对目前固体火箭发动机虚拟试验的实际需求，发明出一种燃面退移测试与校准方法，主要内容包括燃面退移测试和燃面退移校准两部分。技术指标如下：燃面测试采样频率不小于50hz；校准精度1mm。
67.技术要求如下：具备射频信号幅值衰减信号测试能力；具备射频信号相位差异测试能力；具备射频信号信号校准能力。

技术特征：
1.一种固体火箭发动机燃面退移测试与校准系统，其特征在于，包括：模式切换模块，用于测试和校准两种模式间进行切换；采集参数配置模块，用于采集数据；发送参数配置模块，用于切换开关；数据实时显示及保存路径设置模块，设置窗口实时显示数据采集，按照测试/校准模式不同、设置不同路径，保存测试数据及校准数据。2.根据权利要求1所述的固体火箭发动机燃面退移测试与校准系统，其特征在于：基于labview开发平台的可视化技术。3.根据权利要求1所述的固体火箭发动机燃面退移测试与校准系统，其特征在于：所述模式切换模块，燃面退移测试与校准计算过程主要是根据测试和校准模式不同进行切换，同时更改发送参数、采集参数和存储参数。4.根据权利要求1所述的固体火箭发动机燃面退移测试与校准系统，其特征在于：采集系统中控制芯片ni crio 9056为fpga卡，板卡上引出8个端口，64路采集，共16路dio，使用labview fpga模块进行编程控制。5.根据权利要求1所述的固体火箭发动机燃面退移测试与校准系统，其特征在于：采用两个以上子vi串行。6.根据权利要求1所述的固体火箭发动机燃面退移测试与校准系统，其特征在于，数据及算法加载过程包括以下部分：(1)数据输入：该系统输入数据为标准的csv文件数据，在文件中，定义第一列为时间标签序列、第二列为与时间序列对应的压强序列；(2)算法加载：根据燃面速率验证过程及算法外部调取需求，设计算法以exe文件单独存在，以csv文件为中继文件的数据交互方式。

技术总结
本发明涉及一种测试与校准方法，特别涉及一种固体火箭发动机燃面退移测试与校准系统。包括：模式切换模块，用于测试和校准两种模式间进行切换；采集参数配置模块，用于采集数据；发送参数配置模块，用于切换开关；数据实时显示及保存路径设置模块，设置窗口实时显示数据采集，按照测试与校准模式不同、设置不同路径，保存测试数据及校准数据。本发明对于验证燃面退移过程中燃烧火焰压强变化对燃面退移速率造成的影响起到了重要作用。通过可视化技术，对燃面退移过程中的不同波段的电磁波发送接收进行同步控制。并使用实时采集的方法，将接收数据进行存储，便于后期调用算法独立运行和比较验证，并将该验证平台转化为标准的计算机程序。程序。程序。


技术研发人员：黄家骥 徐星 杨婷 高磊 韩用 王宣 陆明 宋宇龙
受保护的技术使用者：内蒙航天动力机械测试所
技术研发日：2021.11.23
技术公布日：2022/3/7