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如何设计及应用风洞试验数据资源集成平台
摘要：风洞试验过程中,产生的海量试验数据是宝贵的资源。为高效管理试验数据、建立健全数据架构、提高试验数据安全性和规范性,设计了风洞试验数据资源集成平台。该平台功能完备,利用风洞试验数据资源和成熟的数据库技术对试验数据进行关联、组织、存储及展示,为风洞试验数据辅助分析、绘图等专业性分析及应用提供数据支持。本文介绍的风洞试验数据资源集成平台整体设计方案及关键技术研究,对系统设计与应用进行了详细描述。
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风洞试验过程中会产生大量较分散的试验数据,传统的数据管理没有专业的试验数据中心进行汇总,人为参与试验数据存储耗费人力物力的同时,试验数据的准确性及数据的安全性也难以得到保障,对风洞试验数据的管理比较分散,很难形成试验经验的有效积累和利用[1]。
风洞试验数据资源集成平台是一个满足安全保密要求、跨地域连接的基础平台,具备为多区域、多团队提供数字化协同工作的网络基础能力。充分利用大量风洞试验数据资源和成熟的数据库技术,快速对试验数据进行关联、组织、存储及展示,为风洞试验数据辅助分析、绘图等专业性分析及应用提供数据支持,为数据挖掘提供基础,最大程度地发挥试验数据价值,实现风洞试验数据高效管理及与型号单位的资源共享,为型号单位选型与设计提供辅助和帮助。
1、系统框架
风洞试验数据资源集成平台用于将风洞试验数据、仿真计算数据、相关设计数据进行统一集中管理,并通过对各类数据的有效融合,实现试验数据的高效管理、完善数据架构、形成数据存储能力。通过权限分配实现试验数据资源与其他设计单位的共享,为气动仿真提供快捷方便的参考数据,实现飞机气动布局与气动特性之间的关联。依托数据库应用系统,开展气动特性研究,大幅度提升气动设计和评估能力,为大数据管理建设提供底层数据基础(平台建设→分析应用→应用深化与增值服务)。
风洞试验数据资源集成平台包括试验数据总线基础模块、集成服务支持模块、试验数据资源模块、数据应用模块等。
风洞试验数据资源集成平台的总体框架如图1所示。
图1总体框架
2、系统组成
2.1试验数据总线基础模块
试验数据总线基础模块具备消息传递、服务路由、格式转换、协议转换等功能。接口模块包括与管理系统的接口、与数据修正系统的接口、与辅助分析系统的接口、与环境仿真系统的接口、与智能监控,以及远程数据服务系统的接口和其他预留接口。
与数据修正系统的接口:从数据修正系统获取经过修正后的数据及相关修正参数信息。
与辅助分析系统的接口:从辅助分析系统获取分析后的数据及相关分析参数。
与环境仿真系统的接口:从环境仿真系统获取环境数据、流场数据和环境仿真的结果数据。
与智能监控及远程数据服务系统的接口:可以获取监控系统的音视频信号,现场监控的参数数据等,并可以向远程数据服务系统提供数据,用于协同试验。
与其他系统预留接口:考虑到客户设计人员对试验数据的应用,即未来与设计单位的其他应用系统集成预留接口。
2.2集成服务支持模块
建立集成服务支持模块,可对分布在各终端的试验数据进行有效的管理,保证数据的完整性和安全性。建立单独的数据录入接口,在每次风洞试验结束后可以直接将试验数据录入本系统,历史试验数据可以分批导入本系统。
通过界定职责范围进行权限分配,设置不同权限。管理层和试验人员可以全面掌握试验信息,准确了解试验进行情况。客户设计人员可针对不同需求,查看重点关注的试验数据及相关信息,并可进行统计查找等操作。
集成服务支持模块具备数据抽取、数据转换、数据导入、数据中心同步、系统管理等功能。
2.2.1数据抽取
将需要进行结构化存储的数据通过ETL方式提取存储进数据库,数据库数据的选择抽取、加载和刷新过程被称为ETL过程。
对试验数据进行结构化管理,从不同格式的试验数据文件中提取出项目名称、试验类型等关键信息,提取出的信息按格式解析入库,并提供多功能的数据导入/导出功能和日志功能。
利用ETL将各现场终端中采集的相关试验数据,通过自动上传或者定时手动上传的方式到Linux或者Windows服务器上进行数据获取、转化处理然后导入到数据存储系统中。现有试验过程中数据源较多,通过建立一个分布式、可靠和高可用的海量日志采集、聚合和传输的系统,实现将试验过程中产生的各类数据文档解析入库,保证试验过程信息、结果信息的完整性,从而保证试验数据的准确唯一,能够按照统一规则集成并提高数据的应用价值,实现跨越多平台、多系统整合数据功能,迎合业务需求不断变化的特性。
2.2.2数据转换
数据转换功能旨在对数据清洗及转换,其主要作用是在导入海量试验数据之前,建立试验数据转换模板,根据不同类型的文件,配置不同的逻辑规则实现将试验数据通过内建的库函数、自定义脚本或其他的扩展方式,实现不同类型试验数据的转换,将不规则的试验数据转换成规则的试验数据,结构化存储进数据库,为后续试验分析处理提供数据支撑。数据转换是真正将原始数据变为目标数据的关键环节,包括数据格式转换、数据类型转换、数据汇总计算等[2]。转换器设置如图2所示。
图2转换器设置
2.2.3数据导入
海量数据导入工具具有的如下功能:
数据导入:自动加载数据文件,通过逻辑规则完成对数据文件的抽取,实现数据文件结构化存储进数据库。
批量数据导入:通过对数据的解析导入模板,数据可以通过设定的模板批量处理相应结构的数据文件,极大提高了数据操作效率。
数据后台导入:数据导入模块通过后台业务逻辑并行实现数据的导入。
数据定时导入:数据可以通过设定的模板直接将对应结构的数据进行导入,提供一种定时解析入库的功能。
数据导入日志管理:将数据导入的操作记录形成日志,对数据导入的日志信息进行采集、分析及可视化展示。
数据导入脚本管理:数据导入脚本保存数据导入过程中设置的导入规则信息,允许用户根据已保存的脚本设置信息直接进行数据导入或修改后进行导入。
2.2.4数据中心同步
在各地分别建立试验数据中心,各终端的数据上传至本区共享库,且上传至风洞试验数据资源集成平台备份,实现两地数据的存储和共享(如图3所示)。两地系统之间的数据可采用在线数据同步的方式进行共享。基于数据库操作日志的同步,将操作SQL语句记录在日志中,并生成XML文件,执行该SQL操作日志文件实现同步操作。
图3数据中心同步
2.2.5系统管理
制定相关的管理策略和制度,系统管理员依照策略对所有用户分组、分级、赋予权限、回收权限,以及用户角色分配管理,保证数据的保密和不被非法地删除或篡改。系统用户主要包括气动人员、测控人员、洞体人员、客户,以及管理员。
2.3数据资源存储模块
数据资源存储模块主要功能为将风洞试验数据资源集成平台与现场的其他业务平台构成相互依赖关系。数据库从其他业务平台获取数据,为其他业务平台提供数据存储服务,其他业务平台从数据库获取试验信息、设备信息。数据库应用系统从外部获取试验信息、相关文档等存入数据库,进行数据信息的管理、查询、统计、展示等。风洞试验数据资源集成平台可提供外部访问机制,预留接口与其他数字化各子系统集成。
数据资源存储模块由中央数据库、试验数据库和基础数据库组成,数据存储结构见图4。
图4数据存储结构
2.3.1中央数据库
中央数据库基于专业数据库构建,主要面向设计人员。中央数据库从型号的多学科角度出发,将型号试验数据按照多学科关系进行组织。它是跨专业的,因此展现更全面,它能够为设计人员提供参考。
2.3.2试验数据库
试验数据库是专业数据库和中央数据库建设的基础,它能够为其他数据库提供溯源。试验数据库内容包括各类飞行器型号的常规试验数据及试验相关的全部试验信息。主要包括:
(1)型号名称、试验单位、试验项目名称等信息。
(2)试验任务书、试验大纲、试验准备任务单等。
(3)二维模型数模、三维模型数模、设计报告、验收报告、照片、安装照片、变换条件照片等。
(4)二维天平及支杆数模、三维天平及支杆数模、设计报告、校准合格证等。
(5)设备各部段尺寸状态及运转条件等。
(6)传感器、编码器、扫描阀等测控设备的合格证/校准报告;设备采集值的原始电信号文件。
(7)采集系统采集的试验前及试验过程中扫描阀、天平、传感器的电压值数据文件,原始电压值、计算后的试验结果数据,数据采集处理的程序代码及更改单等。
(8)试验中除数据文件外的试验结果,如油流、纹影等的声像资料。
(9)试验报告、试验总结报告、试验交接版本、试验问题处理等文档。
2.3.3基础数据库
基础数据库主要保存试验相关的基础数据或共享数据,包括统一编码信息、项目基本信息、型号信息、环境信息、设备信息、知识库,以及标准规范等,是其他数据库建设的基础,为其他数据库的建立提供基础信息。具体包括:
(1)管理公用信息包括各试验配套设备的性能、指标及设计、制造、维护、使用各种相关信息数据。
(2)模型、天平数据模型设计、加工、验收、交接,天平设计、加工、验收、交接、静校、公式、参数,相关加工厂商的资料信息等。
(3)运转设备、动力设备数据基本信息、计量记录、借出/归还记录等。
(4)试验知识管理数据历史试验中出现的各类问题、解决方法、效果等积累信息。
2.4数据应用模块
应用模块即数据库及数据管理应用系统的用户应用层,直接面向数据库及数据管理应用系统的最终使用者。在平台应用模块采用Html、XHtml、JS脚本、浏览器等插件技术,对系统的应用界面进行展现。
通过平台组件部分、系统服务及数据交互接口对页面的数据浏览方式、组织方式、显示内容(页面、表单、列表)等进行组织与展现。多维数据展现具备从型号结构、产品结构、项目结构、状态结构等多种管理展现方式,实现多维度进行数据的展现。以图形化的方式对各种试验内容进行规划和组织,以多层树状结构展现,树上每个节点都可以对应不同的试验信息,气动试验数据能够根据多种方式进行展示,包括按照型号、任务、时间和人员,如图5所示。
图5多维度数据示例
3、结束语
风洞试验数据资源集成平台的建设将分散的各类试验数据关联存储,试验数据资源规范统一管理。可实现风洞试验的规范化、标准化,可减少风洞试验重复性工作,降低出错可能性,提高风洞试验的安全性、可靠性和试验效率。缩短风洞试验周期,降低试验成本,并为客户型号设计优化改进提供技术支持,提供高质量的增值服务。
参考文献：
[1]刘灵霞,秦蕊,彭仁强.基于Oracle平台的发动机试验数据库系统构建[J].燃气涡轮试验与研究.2012,25(S1):48-51.
[2]朱小栋,徐欣.数据挖掘原理与商务应用[M].上海:立信会计出版社,2013:32-55.
徐晗.风洞试验数据资源集成平台设计[J].飞机设计,2020,40(02):26-29.
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专业导论课程是各个工科专业都要开设的一门必修课程，旨在介绍本专业的研究对象、发展方向、关键技术及课程体系，通过该门课程的教学让学生对专业有一个总体上的了解，并为后续的专业课学习提供系统性指导，同时也需要培养学生树立投身于祖国工业和国防建设的伟大理想，在专业导论课的教学方面，多位教师学者都提出了很多教学改革思路[1,2,3,4,5]。
2024-07-17
在网络信息发达、繁杂的时代背景下，青年大学生极易接触到不良的思潮和价值观，存在急功近利的价值取向，缺乏家国情怀，集体责任感以及坚定的社会主义人生理想信念。大学生在校期间的绝大多数时间是在非思政类课程学习中度过。习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调指出“要用好课堂教学这个主渠道。
2020-12-15
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2020-12-03
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2020-11-27
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2020-11-17
房间内污染物来源包括:煤气泄漏、一氧化碳泄漏、室内装修后残留的甲醛等污染物。其中煤气和天然气、CO等污染物通过管道或者开关未关闭泄露至空间中，而室内装修残留物则主要为家具或者地板等使用的材料超出规定指标而不断残留在房间中。本文主要采用CFD的方法进行结构合理性的验证。
2020-11-17
为研究一种高减压比组合式空气减压阀的流场特征,基于计算流体动力学(CFD)方法,建立减压阀数值计算模型,针对两级阀体特征参数组合的典型工况进行仿真计算,研究减压阀流场参数分布,分析柱阀间隙和引气位置对流动状态和减压比影响。计算结果表明,组合式减压阀流场状态复杂,第一级柱阀间隙对于流动损失和局部参数分布有重要影响,两级阀分别通过总压损失和流速变化实现减压过程,通过合理的特征参数组合可获得较大减压比及其调节范围。
2020-11-16
气体在液体中的运动广泛存在于自然界和工程领域中,如发动机水下排气、水下爆炸引起的气泡运动、石油开采.其中的动力学过程在一个多世纪以来一直受到人们的关注[1,2].数值模拟是研究气体在液体中运动的一种有效方法[3,4].由于液体与气体之间的密度比一般远大于重液体与轻液体之间的密度比,所以气液相界面的捕捉一直是数值模拟的重点与难点.
2020-08-10
理论和实践证明，环量控制[1]方法可以通过产生射流在后缘形成Coanda效应[2]来改变环量，从而产生高升力[3]。国内外一些学者针对环量控制参数的影响都进行了研究：Englar[3]、Liu等[4]经研究得出在小攻角、小动量系数下环量控制可产生较大升力的结论；张艳华等[5]通过计算流体力学数值仿真方法（CFD）研究了动量系数和攻角对NASA超临界翼型的升阻特性和附面层分离特性的影响规律。
2020-08-10
流体力学是研究流体在静止和运动状态下的运动规律及流体与固壁相互作用力的一门学科，在机械、能源、汽车、化工、航空、航天等诸多领域有着极广泛的应用[1]。该课程是力学、机械等专业本科生的专业基础课程。由于其涉及数学、物理、力学等内容，概念多，公式推导繁琐，理论性强，实际应用广，对学生综合利用知识的要求较高，是普遍公认的教师难教、学生难学的课程之一[2]。
2020-08-10
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期刊名称：力学学报
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主管单位：中国科学院
主办单位：中国科学院力学研究所
出版地方：北京
专业分类：科学
国际刊号：0459-1879
国内刊号：11-2062/O3
邮发代号： 2-814
创刊时间：1957年
发行周期：双月刊
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2020-06-08
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