航空發動機試車過程數據可視化方法研究

賈鑫磊

中國航發南方工業有限公司 湖南株洲 412002

1 試車數據與發動機3D數字化模型融合的實時數據可視化方案

對于測試數據和三維數字模型而言，其具體的可視化方案為：在仿真場景模塊按照接收數據管理中心的真實數據，系統能夠按照數據的差異進行預處理，顯示模塊由數據驅動，運用OSG三維場景進行演示。如，通過運用速度驅動三維模型進行旋轉，并隨著數據值的增加逐漸加速，直到達到穩定狀態，并以恒定的速度移動。加上參數的變化，三維模型將生成云圖和噴火效果等。除此之外，操作者也能夠按照實際要求對模型進行運作，進一步確保測試數據與發動機模型的有機整合[1]。

為確保其能夠順利運行，根據多次試驗表明，可以運用二叉空間分割、多分辨率表達式、等方法來減少數據的處理量，進而使處理速度不斷加快。針對標量場的可視化，一般運用動態生成云圖和曲線的方法。矢量場的可視化使用插值算法以及粒子動態控制來完成相應的操作，然而張量場使用的是一些動態方法。

2 試車數據可視化關鍵技術分析

整個方案主要包括以下關鍵技術：測試參數驅動發動機的運動，發動機部件顏色以及云圖的顯示，數據和模型的重新操作，現將這些關鍵技術進行相應的闡述：

2.1 試車數據驅動發動機的運動

因為航空發動機的結構比較復雜，在保證模型正確性的基礎上，根據需要對其進行了簡化。簡化為五個功能部件:進氣道、壓縮機，燃燒室，渦輪和尾氣噴管。

通過使用有效的軟件進而設計相應的模型，還應該制作一些有效的視頻及動畫文件。眾所周知，動畫是對自然現象的一種模擬，動畫主要包括所有具體視覺效果的變化[2]。如果每秒幀數過多，動畫中的視圖會變化過快，導致時間失真。視頻以每秒30幀的速度播放，電影通常有24幀的長度，足以產生合適的動畫效果。物體從靜止到運動再到靜止有類似的規則:一開始緩慢平穩，運動中速度快，運動停止時的速度慢，在幀數上表現為：框架從靜止到運動的數量逐漸減少，從運動到靜止的數量逐漸增加。中間運動過程速度最快，幀數最少。在航空發動機動畫設計中，根據航空發動機的特點設計關鍵幀和中間幀[3]。

2.2 試車數據與3D模型融合的數據場實時顯示

按照實時傳輸的測試數據，將溫度場、壓力場等數據場與3Z模型集成，將數字以及顏色展現在測試屏幕上。圖1是航空發動機的溫度和壓力曲線。

按照溫度、壓力的有關數據，發動機試車時的狀態也會發生相應的變化。集成了實時測試數據和3Z模型，使測試過程更加科學、合理。

2.3 參數驅動的試車過程特效生成

對于參數驅動試驗而言，其往往具有一定的特殊效應，因此通常表現在發動機的噴火過程中。這個過程一般是按照溫度的具體變化而產生的是溫度場視覺效果的結果。然而，溫度場的可視化主要是數據的有效處理、映射、繪圖和顯示四個步驟來實現的，下面詳細描述了三個步驟。

圖1 航空發動機溫度、壓力曲線

2.3.1 數據預處理

這一系統的數據來源主要是外部的一些仿真數據，一般是根據子系統模型進而對數據進行精確的計算，從而有效完成數據的傳輸作用，確保相關程序的穩定運行。

2.3.2 數據映射

按照分系統模型計算得到的數據，在數據庫中可以得到溫度場實驗的完整溫度數據，這些數據能夠給相關人士帶來一定的參考價值。除此之外，由于數據庫中的數據仍然是分散的，為確保映射、繪制和顯示的及時性與有效性，一定要把離散的數據進行有效的整合，進而形成網絡數據。考慮到用戶的直觀操作，系統采用類似于實際渦輪溫度場的圓形規則網格。

2.3.3 繪制與顯示

顯示的任務主要由MFC提供的Cview類的成員函數進行自動完成，對于開發人員而言，其首要的任務就是控制背景和屏幕的刷新。邏輯并不復雜，但繪圖和顯示的可視化過程是最耗費時間，特別是對于噴霧粒子的質量系統而言，因為粒子以及溫度都是不確定的，要想擁有良好的視覺效果，就應該對它的軌道進行有效的規范，除此之外，根據有關的數據可知，隨著溫度的變化其顏色是一個循序漸進的過程。

3 結語

本文提出一種可視化方案的航空發動機，和發動機試驗數據提出了三維數字模型實時可視化的集成方法，包括測試數據的運動參數引擎，引擎部分云圖像顯示，發動機在燃燒的過程中生成的一些特效、另外對數據以及模型的再次操作。最后，溫度場的變化和實時數據的動態顯示，能夠對可視化數據進行有效的分析，此外還能驗證該方法的效率和可用性，提高測試效率，并獲得更好的培訓效果，工程應用和推廣價值較高。在接下來的研究過程中，將進一步細化數據可視化在虛擬現實中的應用。