（中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所，綿陽(yáng) 621999）

0 引言

武器裝備在服役壽命周期中，儲(chǔ)存、運(yùn)輸、發(fā)射等不同階段，會(huì)經(jīng)歷不同的溫度、加速度、振動(dòng)等環(huán)境。為了模擬在其使用壽命期內(nèi)所需經(jīng)歷的各種環(huán)境條件，對(duì)武器裝備產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，需進(jìn)行產(chǎn)品的地面環(huán)境試驗(yàn)考核。不同于傳統(tǒng)單因素環(huán)境試驗(yàn)，多環(huán)境條件耦合加載下的復(fù)合環(huán)境試驗(yàn)對(duì)于產(chǎn)品的考核更加全面真實(shí)。如飛行器飛行過(guò)程中，溫度載荷與加速度載荷是同時(shí)存在的。而飛行過(guò)程中的上升、加速、飛行等不同階段，產(chǎn)品所需經(jīng)歷的的溫度環(huán)境條件與加速度環(huán)境條件均是實(shí)時(shí)變化的，產(chǎn)品在不同飛行階段下的響應(yīng)溫度，造成產(chǎn)品產(chǎn)生熱變形、產(chǎn)生熱應(yīng)力，與加速度載荷作用下產(chǎn)品的應(yīng)力以一定飛行時(shí)序?qū)崟r(shí)耦合在一起，其對(duì)產(chǎn)品的破壞效應(yīng)不同于單一溫度或加速度載荷的影響[1,2]。因此，開(kāi)展溫度-加速度等復(fù)合環(huán)境試驗(yàn)，能夠更充分的暴露單一載荷條件作用下所不能暴露的問(wèn)題[3,4]。

目前，中國(guó)工程物理研究院、702所等單位均開(kāi)展了溫度-加速度等多載荷復(fù)合環(huán)境試驗(yàn)?zāi)芰Φ慕ㄔO(shè)工作[5,6]，并取得了一定進(jìn)展，也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。如不同環(huán)境載荷系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊、多載荷的協(xié)同加載控制、復(fù)合環(huán)境試驗(yàn)方法研究等。本文依托某離心機(jī)設(shè)備能力建設(shè)項(xiàng)目，在現(xiàn)有離心試驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加了一套溫度載荷控制系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)離心機(jī)控制系統(tǒng)軟件與溫度控制軟件之間的數(shù)據(jù)交互等問(wèn)題，提高了加速度載荷與溫度載荷的加載的同步性。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 復(fù)合試驗(yàn)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

溫度-加速度綜合環(huán)境模擬設(shè)備是一種氣候環(huán)境與力學(xué)環(huán)境綜合的模擬設(shè)備?？梢员┞秵我灰蛩丨h(huán)境試驗(yàn)無(wú)法暴露的問(wèn)題。溫度-加速度復(fù)合環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)硬件示意圖如圖1所示。考慮到離心機(jī)體積等因素，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用“離心機(jī)+溫度加載的形式”[7]。在6離心機(jī)大臂端部位置設(shè)計(jì)1溫度箱，2試驗(yàn)件通過(guò)3試驗(yàn)夾具與離心機(jī)大臂連接。4電源、信號(hào)線將溫度箱溫度等信息傳給5溫度控制器，溫度控制器放置在離心機(jī)7轉(zhuǎn)軸位置，離心機(jī)與溫度控制器的設(shè)備信息，通過(guò)離心機(jī)上的集流環(huán)傳給上位機(jī)8溫度監(jiān)控系統(tǒng)以及9離心機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

圖1中，溫度控制器是固定在離心機(jī)轉(zhuǎn)軸上的，溫度傳感器的信號(hào)線于溫度控制器連接，溫度相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)控制器485通訊口，占用了離心機(jī)集流環(huán)中的兩路信號(hào)環(huán)，將數(shù)據(jù)傳遞至溫度監(jiān)控系統(tǒng)。這種方式的缺點(diǎn)就是需要將溫度控制器放置在離心機(jī)上，離心機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)于溫度控制器也是一種考核。另外，也占據(jù)了離心機(jī)上有限的空間。但是好處是不必對(duì)現(xiàn)有離心機(jī)等設(shè)備進(jìn)行更改，可以直接將溫度加載系統(tǒng)放置在離心機(jī)上進(jìn)行，硬件改動(dòng)成本小。

圖1 溫度-加速度復(fù)合環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)硬件示意圖

1.2 溫度-加速度控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互設(shè)計(jì)

離心機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)利用基于UDP協(xié)議，Delphi編程軟件開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)軟件控制變頻器，進(jìn)而控制離心機(jī)加速度載荷。溫度控制系統(tǒng)下位機(jī)為島電FP23溫度控制器，其采用的是RS232串口通訊，上位機(jī)為力控組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)。

具有一般性的，以Delphi為代表的，包括Delphi、VC等編程工具，是一種面向?qū)ο蟮目梢暬_(kāi)發(fā)工具，可以從底層協(xié)議開(kāi)始，直至圖形界面，其開(kāi)發(fā)靈活度較高。而溫度控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用的是組態(tài)軟件編寫(xiě)，其驅(qū)動(dòng)程序直接從庫(kù)中調(diào)取，如果未有專(zhuān)門(mén)編寫(xiě)的邏輯驅(qū)動(dòng)等，則較難與基于Delphi編程語(yǔ)言編寫(xiě)的離心機(jī)監(jiān)控軟件進(jìn)行直接的數(shù)據(jù)交互[8]。

因此，筆者利用編程語(yǔ)言，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器，其可以與Delphi語(yǔ)言編寫(xiě)的離心機(jī)監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。而數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器與組態(tài)軟件之間的數(shù)據(jù)交互，則依靠DDE技術(shù)實(shí)現(xiàn)。DDE（Dynamic Data Exchange，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換）技術(shù)是建立在Windows內(nèi)部消息系統(tǒng)的，與語(yǔ)言無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)交換協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)交換[9,10]。溫度-加速度載荷數(shù)據(jù)流圖如圖2所示。

圖2 溫度-加速度復(fù)合試驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖

2 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器的軟件實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器采用VB語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，與組態(tài)軟件通訊時(shí)，設(shè)定其為DDE服務(wù)器，需要進(jìn)行的設(shè)置包括：窗口名設(shè)置為Datatransfer；Linkmode設(shè)置為1-Source，代表VB作為DDE服務(wù)器端，設(shè)置三個(gè)文本框，用來(lái)傳遞溫度試驗(yàn)參數(shù)，分別為：文本框變量名分別為temperature指代溫度值，rate指代升溫速率，time指代升溫程序運(yùn)行時(shí)間。組態(tài)軟件作為DDE客戶(hù)端，其設(shè)置包括：主題名為Datatransfer，這里與VB軟件窗口名稱(chēng)保持一致，數(shù)據(jù)庫(kù)中建立三個(gè)變量，a1、a2、a3，設(shè)置DDE連接項(xiàng)，連接項(xiàng)的變量名要與VB服務(wù)器端變量名對(duì)應(yīng)，分別為temperature、rate、time。

2.2 數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器與離心機(jī)監(jiān)控軟件的數(shù)據(jù)交互

數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器的實(shí)現(xiàn)是利用了Winsock控件實(shí)現(xiàn)基于UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)交互功能。Winsock需要設(shè)置包括：RemoteHost指代離心機(jī)監(jiān)控軟件用計(jì)算機(jī)的名稱(chēng)，這里填寫(xiě)為IP地址udpPeerA.RemoteHost=”197.1.1.2”；RemotePort屬性指代離心機(jī)監(jiān)控軟件用計(jì)算機(jī)的端口號(hào)，udpPeerA. RemotePort=1010，LocalPort屬性指代溫度組態(tài)監(jiān)控軟件用計(jì)算機(jī)的端口號(hào)，udpPeerA.LocalPort=1011，溫度參數(shù)信息的發(fā)送與接受通過(guò)SendData函數(shù)實(shí)現(xiàn)，離心機(jī)監(jiān)控軟件端計(jì)算機(jī)接收到溫度試驗(yàn)參數(shù)，觸發(fā)DataArrial事件，通過(guò)GetData函數(shù)獲取溫度信息。數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器中DDE與UDP相關(guān)設(shè)置如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器控件設(shè)置

3 數(shù)據(jù)可靠性設(shè)計(jì)

由于UDP協(xié)議是無(wú)連接的協(xié)議，具有傳輸?shù)牟豢煽啃砸约皞鬏旐樞虻牟淮_定性，會(huì)造成數(shù)據(jù)堵塞和丟包。為了保證數(shù)據(jù)傳輸可靠，自定義了數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器與離心機(jī)監(jiān)控軟件之間數(shù)據(jù)的通訊協(xié)議。

通訊協(xié)議工作過(guò)程如圖4所示，在建立UDP連接后，數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器定時(shí)向離心監(jiān)控軟件發(fā)送通訊起始標(biāo)志QS，數(shù)據(jù)內(nèi)容，包括溫度系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間、實(shí)時(shí)溫度、升溫速率、離心機(jī)動(dòng)作指令（加速、保持等），校驗(yàn)(采用和校驗(yàn))。數(shù)據(jù)發(fā)送至離心監(jiān)控軟件后，離心監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析，根據(jù)發(fā)送來(lái)的動(dòng)作指令，進(jìn)行加速或保持動(dòng)作，并從溫度、升溫速率范圍等進(jìn)行判斷，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，若校驗(yàn)合格且溫度、溫升速率等數(shù)據(jù)合理，不向數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器發(fā)送信息，否則，向數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器發(fā)送CF指令，數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器重新發(fā)送數(shù)據(jù)包。

圖4 數(shù)據(jù)協(xié)議工作過(guò)程示意圖

4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析

4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

參照GJB150A相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證試驗(yàn)。在溫度-加速度復(fù)合環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)中，放置溫度傳感器，以溫度控制系統(tǒng)為指令發(fā)送系統(tǒng)，根據(jù)溫度加載情況，向離心機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)指令。需要完成動(dòng)作包括：1）溫度控制系統(tǒng)向離心機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送啟動(dòng)指令；2）獲取離心機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送來(lái)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速指標(biāo)，進(jìn)行保持、加速等動(dòng)作。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。先將溫度箱升溫至40℃，待溫度穩(wěn)定后，溫度控制系統(tǒng)向離心機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，離心及開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)；離心機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到40g后，反饋信號(hào)傳遞至溫度控制系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)發(fā)送轉(zhuǎn)速保持信號(hào)；一定時(shí)間后，溫度控制系統(tǒng)再次發(fā)送提高轉(zhuǎn)速信號(hào)，離心機(jī)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速提高至70g；達(dá)到70g后，發(fā)送轉(zhuǎn)速信號(hào)至溫度控制系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)發(fā)出轉(zhuǎn)速保持指令，離心機(jī)轉(zhuǎn)速保持。

通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證表明，溫度控制系統(tǒng)與離心機(jī)控制系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互良好，滿(mǎn)足復(fù)合環(huán)境試驗(yàn)要求。試驗(yàn)技術(shù)可行，達(dá)到了試驗(yàn)考核目的。從圖中可知，離心機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)溫度箱內(nèi)的溫度場(chǎng)分布產(chǎn)生了影響，通過(guò)試驗(yàn)，獲取了不同加速度條件下溫度場(chǎng)的分布情況，對(duì)后續(xù)為溫度-加速度復(fù)合環(huán)境下的溫度場(chǎng)分布特性研究等工作的繼續(xù)開(kāi)展提供了技術(shù)保障。

圖5 試驗(yàn)結(jié)果曲線

5 結(jié)論

在某產(chǎn)品溫度-加速度復(fù)合環(huán)境試驗(yàn)考核任務(wù)中，利用本文研究成果實(shí)現(xiàn)了溫度載荷與加速度載荷的協(xié)同加載，試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)采用數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器等方法，可以實(shí)現(xiàn)溫度載荷控制系統(tǒng)于離心機(jī)載荷控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，本文所進(jìn)行的技術(shù)研究工作可為相關(guān)多載荷條件下的復(fù)合環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)的載荷協(xié)同控制技術(shù)提供參考；同時(shí)，通過(guò)驗(yàn)證性試驗(yàn)，獲得了特定加速度條件下、密閉空間內(nèi)溫度場(chǎng)分布特性曲線，可為后續(xù)研究提供試驗(yàn)手段的支持。

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