某航空发动机试验台数据回放软件设计

陈利 吴玉叶 罗丹 谭雨晨

摘要：针对某航空发动机试验台改造升级后，原有数据回放软件不支持新数据库、回放功能需扩展的需求，设计一款多功能数据回放软件，软件支持SQL Server数据库数据表打开、数据回放、图形化显示、参数分析等功能。应用表明，软件界面友好，人机交互能力强，通用性好，可推广到其他试验台。

关键词：航空发动机;数据回放;图形化显示

0    引言

航空发动机试验过程中，需通过数据采集系统采集、记录试验中转速、功率、温度、压力、振动等数据[1]。某发动机试验台原采用基于VXI总线的数据采集系统，数据库使用Access。在精细化测试需求牵引下，发动机上需要测量的参数多达上千点，原数据采集系统已不能满足需求。经试验台改造升级，数据采集系统改造成基于LXI总线的分布式数据采集系统，数据存储改用SQL Server数据库。因此，原数据回放软件不能满足需求，表现在以下几个方面：

（1）不支持SQL Server数据库的数据读取;

（2）软件功能单一，仅能从Access数据库中读取数据，传输到数据显示软件;

（3）不能在回放界面上绘制多个参数的曲线进行对比、分析;

（4）软件没有采用组件的方式进行设计，未提供标准接口，不易集成到新开发的数据采集处理软件中。

针对上述情况，设计一套多功能数据回放软件，软件具备友好的人机操作界面，支持SQL Server数据库数据表打开，具备数据回放、图形化显示、参数分析等功能。

1    需求分析

数据回放主要是试验后读取存储在数据库中的试验数据，并传输到数据显示软件，进行数字、曲线、虚拟仪表等多样化显示，方便现场试验人员重新观看试验过程，根据试验人员提出的回放要求，软件主要功能需求如下：

（1）软件可自由选择某个数据库、某张数据表，可快速定位数据回放起始点;

（2）具备暂停回放、继续回放、更改回放速率等功能，能按照设定速率将回放数据传输到数据显示软件进行同步显示;

（3）具备曲线显示功能，能在同一个时间轴下对转速、功率、燃油流量、排气温度等关键参数进行多曲线显示，实现多参数比对、分析;

（4）具备移动光标，可显示标尺所在时刻、重要参数数值;

（5）曲线具备缩放功能，既能观看数据整体趋势，也能对某个时间段的数据进行放大，查看数据细节;

（6）具备抓图功能，可将曲线波形图输出为jpg、png等格式的图片。

2    软件设计

2.1    软件总体设计

回放软件是通过从数据库中读取数据表中的参数及其数据信息，按照用户设置绘制重要参数曲线。通过曲线上查看、分析数据，定位数据回放起始点，并将数据分发到数据显示软件进行显示。软件包括以下部分：初始化、加载数据库、读取数据表、参数提取、曲线绘制、曲线分析、响应用户操作。软件执行流程图如图1所示。

2.2    界面设计

人机交互界面是数据显示及用户操作窗口，根据软件需求设计的主界面如图2所示。

图中，数据库列表自动显示所有SQL Server数据库，双击某一行数据库名称，数据表列表自动显示出该数据库中所有数据表。双击某一行数据表，该表中部分数据在界面刷新。点击某个参数名前的勾选框，使该参数处于选中状态，曲线显示框中自动绘制该参数曲线。同时勾选多个参数，可绘制多根曲线。

重要参数曲线显示框中，设计一根绿色光标和两根白色光标。绿色光标用来定位数据时刻，移动绿色光标时，界面中的数字控件会显示绿色光标所在时刻参数数值。白色光标用来定位时间区间，向上滚动鼠标滚轮，可对白色光标所在区间进行放大，以查看该区间数据细节。向下滚动鼠标滚轮，可缩小曲线，恢复至缩略图状态。

2.3    程序设计

程序设计是回放软件的核心，负责实现软件所有功能。采用Visual Studio 2010作为开发平台，使用C#语言，结合NI Measurement Studio图形控件、多线程技术、ADO.NET技术[2-3]等進行编程实现。

数据提取和曲线绘制是最关键、最耗时的两部分。数据提取是基础，包含提取参数信息、数据信息，当表中数据量大时，程序执行SQL查询语句耗时长、效率低。为提高软件执行效率，采用多线程编程来提取参数信息，每个线程负责部分参数的信息提取，如一张表有500个参数，软件将开辟5个线程，每个线程负责提取100个参数的数据信息。

图形化显示是软件核心，曲线加载效率、移动光标时数据的流畅性直接影响用户体验。为提高曲线绘制效率，将曲线加载容量设定为50 000点，若数据表行数大于50 000，采用间隔采样（即每n个点抽取一个点，n根据数据表的行数动态更改）方式加载该参数缩略图，反映该参数变化趋势。鉴于不同参数量程不一致，为在同一个坐标轴中对多参数进行显示，曲线加载时采用min-max标准化原则对参数进行归一化处理，将各参数映射到[0，100]。转换公式如下：

3    软件应用

图3是打开某SQL Server数据表的实际效果，操作主界面上的按钮，软件没有明显的延迟出现，可随意选择回放的数据库、数据表，快速绘制用户关心的数据曲线，对相关参数进行比较、分析，并将曲线波形保存成图片。移动曲线框中的绿色光标，可以获得回放参数在任何一个时间点的数值。移动白色光标，上下滚动鼠标滚轮，可对白色光标所在区间进行局部放大/恢复，如图4所示。

点击开始回放按钮，软件从绿色光标所在时刻开始读取数据，并分发到数据显示软件进行同步显示。回放过程中，可通过暂停回放、继续回放、更改回放速率3个按钮，对数据回放进行控制与调整，满足数据观看需求。

4    结语

本文设计并开发了一套专用于某航空发动机试验台的数据回放软件，软件支持SQL Server数据库，具备数据表打开、数据回放、参数对比分析、数据分发功能，很好地满足了该试验台数据回放的需求。应用结果表明，软件界面设计良好，数据回放控制准确，提供标准接口，功能易扩展，可以很好地移植到其他试验台。

[参考文献]

[1] 胡宝权，许悦，刘振涛，等.某型航空发动机海量试验数据回放系统设计[J].航空计算技术，2019（4）：119-122.

[2] 孙践知，张迎新，肖媛媛.C#程序设计[M].北京：清华大学出版社，2010.

[3] 明日科技.SQL Server从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2012.

收稿日期：2020-05-11

作者简介：陈利（1989—），女，四川南充人，硕士研究生，工程师，研究方向：航空发动机测试。