基于Web的多用戶多模型船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庀到y(tǒng)仿真

余健澤，王海燕

(上海海事大學(xué)商船學(xué)院，上海 201306)

0 引 言

模擬仿真是研究船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的一種經(jīng)濟(jì)、高效的方式，可有效解決發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行成本高、資源有限的問(wèn)題。船舶虛擬仿真教學(xué)資源是船舶仿真的一個(gè)重要應(yīng)用，將模擬仿真技術(shù)與教學(xué)培訓(xùn)相結(jié)合，可充分發(fā)揮虛擬仿真教學(xué)資源在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、消耗和安全方面的優(yōu)勢(shì)。馮峰等介紹了船海虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)意義、開發(fā)方式及其應(yīng)用方向；劉旸等對(duì)船舶與海洋工程專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境提出建設(shè)意見(jiàn)，并基于此搭建了虛擬交互實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，豐富教學(xué)資源；劉樂(lè)等利用MATLAB和數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)了組態(tài)式船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)仿真軟件，為虛擬仿真系統(tǒng)的開發(fā)提供參考。傳統(tǒng)虛擬仿真教學(xué)資源多以C/S架構(gòu)開發(fā)，只能滿足在指定地點(diǎn)供單用戶操作。運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)，將仿真模型開發(fā)與Web技術(shù)相結(jié)合，在保證仿真系統(tǒng)基本功能的前提下，可有效提高操作的便捷性，擴(kuò)大用戶群體，并降低對(duì)計(jì)算機(jī)配置和安裝環(huán)境的要求，減輕后期維護(hù)壓力。目前Web開發(fā)技術(shù)與設(shè)備、仿真相結(jié)合的方式已經(jīng)運(yùn)用在了環(huán)保、醫(yī)療等領(lǐng)域：張思陽(yáng)將Web技術(shù)與環(huán)保設(shè)備監(jiān)測(cè)技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出基于Web的智慧環(huán)保設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高環(huán)保工作的效率；艾娉婷等基于.NET平臺(tái)和C#語(yǔ)言建立了遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，提高了醫(yī)生對(duì)患者病情的監(jiān)控能力；謝季峰等詳述了MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)在.NET平臺(tái)下的集成方式，開發(fā)了企業(yè)能耗管理系統(tǒng)。

燃?xì)庀到y(tǒng)是雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，對(duì)燃?xì)庀到y(tǒng)建模是雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)仿真的關(guān)鍵步驟。范洪軍等基于HYSYS仿真軟件對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行了仿真，對(duì)高壓供氣設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計(jì)、分析和選型；孫化東以WP10燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，利用AMESim建立燃料供應(yīng)系統(tǒng)中氣化器和主機(jī)冷卻系統(tǒng)的聯(lián)合仿真，對(duì)氣化器提出優(yōu)化建議；劉文建立管路和閥件的一維與三維聯(lián)合的模型，進(jìn)行流場(chǎng)分析，對(duì)燃?xì)庀到y(tǒng)管路提出優(yōu)化建議。目前對(duì)燃?xì)庀到y(tǒng)的仿真建模多以結(jié)構(gòu)優(yōu)化、設(shè)計(jì)建議提出為出發(fā)點(diǎn)，而根據(jù)燃?xì)庀到y(tǒng)及其控制系統(tǒng)的整體原理進(jìn)行建模及教學(xué)的較少。

基于上述研究，本文將Web開發(fā)技術(shù)與燃?xì)庀到y(tǒng)模型相結(jié)合，基于B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提出基于Web的多用戶多模型個(gè)性化仿真架構(gòu)，設(shè)計(jì)、開發(fā)并實(shí)現(xiàn)了基于Web的船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庀到y(tǒng)仿真。

1 在線仿真架構(gòu)設(shè)計(jì)

在線計(jì)算(online calculation)是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一種新穎的計(jì)算模式，其基于B/S模式使用瀏覽器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)向服務(wù)器計(jì)算程序發(fā)送指令，用戶通過(guò)瀏覽器輸入指定的網(wǎng)址即可訪問(wèn)，不需要安裝客戶端。姜玨良利用B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搭建基于Web的鑄造過(guò)程模擬仿真計(jì)算系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，顯示層會(huì)將服務(wù)器上運(yùn)行的溫度場(chǎng)計(jì)算程序的計(jì)算結(jié)果顯示在界面上，但界面顯示的結(jié)果為模型的同一個(gè)計(jì)算結(jié)果，不能實(shí)現(xiàn)多模型運(yùn)行。

在開發(fā)基于Web的船用柴油機(jī)仿真模型時(shí)，如果利用傳統(tǒng)的B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)會(huì)面臨一系列問(wèn)題：(1)模型計(jì)算量大、實(shí)時(shí)交互數(shù)據(jù)多使得瀏覽器運(yùn)行壓力大，響應(yīng)速度變慢；(2)服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫(kù)、界面層之間傳輸?shù)拇罅繑?shù)據(jù)中包含一定的無(wú)用數(shù)據(jù)，存在資源浪費(fèi)；(3)程序的更新、維護(hù)較為復(fù)雜。因此，在保留傳統(tǒng)的B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)維護(hù)方便、分布性強(qiáng)、開發(fā)簡(jiǎn)單、對(duì)運(yùn)行環(huán)境要求低的優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，本文提出一種多用戶、多模型、個(gè)性化界面的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，見(jiàn)圖1。用戶通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)仿真界面，登錄后可啟動(dòng)單獨(dú)模型并對(duì)控件進(jìn)行操作；模型層自動(dòng)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的用戶信息和操作信息后進(jìn)行仿真計(jì)算，將結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫(kù)；界面層調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的結(jié)果用于顯示。

圖1 基于Web的在線仿真架構(gòu)

基于Web的燃?xì)庀到y(tǒng)仿真架構(gòu)是通過(guò)模型層、數(shù)據(jù)層、界面層等3個(gè)部分交互實(shí)現(xiàn)的，其中：模型層在.NET平臺(tái)上通過(guò)Visual Studio 2015軟件運(yùn)用C#語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)層在MySQL環(huán)境下開發(fā)，建立數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)仿真數(shù)據(jù)、用戶表等；界面層在.NET平臺(tái)上通過(guò)Visual Studio 2015軟件運(yùn)用MVC模版開發(fā)，用于顯示系統(tǒng)圖及數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)層與模型層和界面層分別進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，滿足實(shí)時(shí)仿真的需求。

1.1 界面層設(shè)計(jì)

界面層的設(shè)計(jì)包括首頁(yè)界面設(shè)計(jì)、登錄界面設(shè)計(jì)、系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)，運(yùn)用面向?qū)ο蟮慕Ｋ枷?，選用ASP.NET平臺(tái)的MVC模版，將網(wǎng)站分為模型層、視圖層和控制器層進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中：模型層主要用于處理數(shù)據(jù)邏輯，與數(shù)據(jù)庫(kù)形成數(shù)據(jù)傳輸，只需單次編碼就可以被多個(gè)視圖層重用；視圖層是用戶訪問(wèn)并與之交互的界面，只負(fù)責(zé)輸出數(shù)據(jù)，并供用戶操作；控制器層用于接收用戶的輸入，并調(diào)用模型和視圖去滿足用戶的需求。通過(guò)這樣的分層設(shè)計(jì)，可提高維護(hù)及代碼編寫設(shè)計(jì)的便捷性。

1.2 數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)

基于Web的仿真系統(tǒng)的各層會(huì)存在數(shù)據(jù)交互關(guān)系，MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)不同接口與Web端和服務(wù)程序端進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)、編輯等功能，并根據(jù)用戶在線情況對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)清理。為保證仿真系統(tǒng)的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)信息的處理功能，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行充分的整理并在MySQL中建立數(shù)據(jù)表。其中數(shù)據(jù)信息包括以下3個(gè)方面的內(nèi)容：

(1)用戶信息表：用于保存用戶的ID、賬號(hào)、密碼、狀態(tài)等信息，實(shí)現(xiàn)用戶管理功能。

(2)數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)表：根據(jù)數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)以及前端界面控件交互的需求在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立數(shù)據(jù)表，用于存取計(jì)算數(shù)據(jù)及控件交互信息。

(3)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)表：根據(jù)控制系統(tǒng)模型的信號(hào)以及Web端控制臺(tái)的操作交互要求在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)表，用于存取信號(hào)(信號(hào)一般用bool類型數(shù)據(jù)表示)。

1.3 模型層設(shè)計(jì)

模型層的設(shè)計(jì)目的是實(shí)現(xiàn)模型在線運(yùn)行，建立正確的仿真模型是保證基于Web的仿真系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心因素。通過(guò)選取合適的數(shù)值建模方法，依據(jù)物理模型的結(jié)構(gòu)、原理，建立起正確的數(shù)學(xué)模型。運(yùn)用C#語(yǔ)言將數(shù)學(xué)模型代碼化，利用Windows服務(wù)應(yīng)用程序配置用戶權(quán)限，搭建與數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)通信，給予登錄用戶啟動(dòng)、停止、注銷權(quán)限。有多個(gè)用戶就給予多個(gè)線程啟動(dòng)單獨(dú)模型，讓用戶登錄后可以操作模型、調(diào)用模型計(jì)算結(jié)果，保證數(shù)據(jù)庫(kù)通信安全和多用戶多模型功能的實(shí)現(xiàn)。

2 仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 模型數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)

利用Microsoft Visual Studio 2015建立Windows服務(wù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)模型層與數(shù)據(jù)層之間的實(shí)時(shí)交互，配置服務(wù)程序的默認(rèn)屬性，保證服務(wù)程序的穩(wěn)定運(yùn)行和交互性。在服務(wù)程序項(xiàng)目中建立C#類庫(kù)，用來(lái)保存仿真模型類、數(shù)據(jù)庫(kù)連接配置文件、數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用文件、服務(wù)程序配置類、模型控制器類、用戶類、服務(wù)程序類等，滿足服務(wù)程序運(yùn)行的基本功能。其中：數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用文件為MySQLhelper類，用于讀取用戶信息、更新用戶對(duì)模型的操作屬性以及用戶操作內(nèi)容等，從而判斷用戶的狀態(tài)、在線用戶量、對(duì)模型和數(shù)據(jù)庫(kù)的操作情況等信息，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)模型的操作管理及用戶管理功能；服務(wù)程序配置類用來(lái)初始化算法及數(shù)據(jù)庫(kù)連接命令；模型控制器類的作用是通過(guò)調(diào)用服務(wù)器配置類和MySQLhelper類配置基本參數(shù)，并用于判斷、檢測(cè)用戶狀態(tài)從而控制模型的啟停，更新數(shù)據(jù)信息；用戶類用來(lái)定義用戶數(shù)據(jù)、初始化模型參數(shù)；服務(wù)程序類用于啟動(dòng)服務(wù)應(yīng)用程序，通過(guò)定時(shí)器每秒識(shí)別一次用戶的登錄和操作情況，調(diào)用模型控制器類為不同用戶單獨(dú)啟動(dòng)一個(gè)新的模型，滿足用戶個(gè)性操作需求。

通過(guò)服務(wù)程序建立數(shù)據(jù)庫(kù)與后端程序的實(shí)時(shí)通信聯(lián)系，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多用戶多模型的功能。

2.2 界面數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)

界面層與數(shù)據(jù)層的通信是為了實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)可視化并將界面操作信息寫入數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)編寫開發(fā)項(xiàng)目中的配置文件，實(shí)現(xiàn)與MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。利用HTML、JavaScript、CSS網(wǎng)絡(luò)編程語(yǔ)言和數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言根據(jù)項(xiàng)目需求搭建首頁(yè)界面、登錄界面和系統(tǒng)界面，利用Ajax技術(shù)和Echarts控件美化顯示界面。其中，登錄界面在MVC模版的基礎(chǔ)上進(jìn)行用戶權(quán)限修改，根據(jù)用戶登錄的權(quán)限給予其對(duì)模型的操作權(quán)限，并更新數(shù)據(jù)庫(kù)登錄信息，以供服務(wù)程序檢測(cè)更新用戶情況、啟動(dòng)新的模型。

界面層的主要作用是接收用戶的操作信息并將其寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，將數(shù)據(jù)庫(kù)中的模型計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)顯示到Web界面中，用于操作模型和顯示仿真結(jié)果。

2.3 服務(wù)器部署

為實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)在局域網(wǎng)內(nèi)的多用戶訪問(wèn)功能，將模型層、數(shù)據(jù)層、界面層依次部署于IIS管理器上，通過(guò)服務(wù)器配置、Windows 服務(wù)應(yīng)用程序配置、Web端發(fā)布和測(cè)試，實(shí)現(xiàn)基于Web的局域網(wǎng)內(nèi)多用戶、多模型、個(gè)性化仿真。服務(wù)器部署流程見(jiàn)圖2。

圖2 服務(wù)器部署流程

3 仿真系統(tǒng)驗(yàn)證

為驗(yàn)證基于Web的多用戶、多模型、個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的實(shí)用性，保證仿真系統(tǒng)的正常運(yùn)行，本文選取瓦錫蘭20DF船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)為模型層開發(fā)對(duì)象，搭建數(shù)學(xué)模型并將其代碼化，以實(shí)現(xiàn)基于Web的多用戶多模型船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庀到y(tǒng)仿真。瓦錫蘭20DF船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)基本數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，其中GVU是gas valve unit的縮寫，表示燃?xì)忾y組單元。

表1 瓦錫蘭20DF船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)基本數(shù)據(jù)

模型層從兩方面對(duì)瓦錫蘭20DF船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行建模：一是運(yùn)用熱力學(xué)基本公式、容積法等數(shù)值建模方法對(duì)燃?xì)庀到y(tǒng)中的管路、閥件進(jìn)行建模，根據(jù)結(jié)構(gòu)上輸入輸出關(guān)系建立燃?xì)庀到y(tǒng)整體模型；二是利用有限狀態(tài)機(jī)的思維建立瓦錫蘭控制系統(tǒng)模型，根據(jù)燃?xì)饪刂祈樞蚝洼斎胼敵鲂盘?hào)測(cè)試系統(tǒng)保證系統(tǒng)正確性。模型層基本架構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 模型層基本架構(gòu)

3.1 燃?xì)庀到y(tǒng)物理模型

燃?xì)庀到y(tǒng)主要由內(nèi)部燃?xì)庀到y(tǒng)和GVU兩部分組成。GVU包括一個(gè)氣體壓力調(diào)節(jié)閥和一系列的止回閥和泄放閥，用于確保在燃?xì)饽Ｊ较碌牟僮骺煽?、安全；?nèi)部燃?xì)庀到y(tǒng)包括雙層壁氣體管道、主燃?xì)忾y、排氣閥，主燃?xì)忾y是將燃?xì)廨斔偷礁鳉飧走M(jìn)氣口的通道，排氣閥用于在特定情況下釋放氣體壓力和沖洗閥門。

根據(jù)燃?xì)庀到y(tǒng)物理模型基本原理，運(yùn)用容積法、熱力學(xué)基本公式等方法建立燃?xì)庀到y(tǒng)數(shù)學(xué)模型：

(1)燃?xì)饨橘|(zhì)：包括對(duì)燃?xì)鈿怏w常數(shù)、氣體絕熱指數(shù)、天然氣密度、天然氣相對(duì)分子質(zhì)量等的定義和計(jì)算。

(2)燃?xì)忾y模型。對(duì)氮?dú)獯祾唛y、泄放閥等進(jìn)行建模，通過(guò)閥門通用計(jì)算式和理想氣體狀態(tài)方程推出閥門流量、壓力等參數(shù)的計(jì)算式。

(1)

式中：為閥門的流量；為流量系數(shù)；為閥門流通面積；為理想氣體常數(shù)；為燃?xì)饨橘|(zhì)的溫度；Δ為閥前后的壓差；為燃?xì)鈮毫Α?/p>

(3)燃?xì)夤苈纺Ｐ?。假設(shè)管路中不存在流阻，通過(guò)甲烷、氮?dú)饧盎旌蠚怏w的流入流出關(guān)系，利用能量守恒定律、質(zhì)量守恒定理計(jì)算出管路的流量和燃?xì)鈮毫Α?/p>

(2)

式中：為甲烷流入質(zhì)量流量；為甲烷流出質(zhì)量流量；為混合氣體中甲烷的比例；為混合氣體質(zhì)量流量；為排出系數(shù)。

(3)

式中：為CH溫度；為氮?dú)饬魅胭|(zhì)量流量；為氮?dú)鉁囟龋粸榈獨(dú)饬鞒鲑|(zhì)量流量；為管路的初始溫度；為散熱系數(shù)；為環(huán)境溫度；為氣體總質(zhì)量。

=(××)

(4)

式中，為管路容積。

(4)GVU模型。假設(shè)燃?xì)鈴倪M(jìn)氣閥經(jīng)過(guò)GVU到主燃?xì)忾y整個(gè)過(guò)程為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，燃?xì)獬煞謳缀醪话l(fā)生改變，且溫度變化緩慢，用理想氣體狀態(tài)方程和質(zhì)量守恒定律建立GVU的宏觀模型。利用理想氣體狀態(tài)方程和質(zhì)量守恒定律得出

(5)

式中：為燃?xì)膺M(jìn)氣閥的質(zhì)量；為主燃?xì)忾y的進(jìn)口質(zhì)量。利用伯努利方程及流量、密度、質(zhì)量流量間的關(guān)系推導(dǎo)出GVU質(zhì)量流量計(jì)算式：

(6)

式中：為GVU調(diào)節(jié)產(chǎn)生變換的燃?xì)赓|(zhì)量；為因單位變換而導(dǎo)致的單位系數(shù)；為閥件流通開度；為燃?xì)饷芏取?/p>

(5)主燃?xì)忾y模型。根據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)連續(xù)性方程，氣體通過(guò)任意截面的質(zhì)量流量都是相同的，可得天然氣流量方程，即

(7)

式中：為主燃?xì)忾y的氣體質(zhì)量流量；是天然氣質(zhì)量流量參數(shù)，根據(jù)氣體的流動(dòng)狀態(tài)確定；是電磁閥進(jìn)氣壓力。

3.2 燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)模型

燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)是UNIC C3(瓦錫蘭20DF船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng))的重要組成部分之一，該系統(tǒng)主要控制燃?xì)膺M(jìn)氣閥、氣體壓力調(diào)節(jié)閥等一系列閥門的動(dòng)作，從而保證燃?xì)鈮毫Φ姆€(wěn)定及對(duì)燃?xì)鈬娚淞康木_控制。在燃?xì)庀到y(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，將默認(rèn)狀態(tài)、燃?xì)庑孤y(cè)試、GVU準(zhǔn)備、燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)準(zhǔn)備、燃?xì)庀到y(tǒng)沖掃、燃?xì)鈮毫Ψ€(wěn)定、燃?xì)夤?yīng)、燃?xì)庀到y(tǒng)除氣、燃?xì)庀到y(tǒng)惰化作為狀態(tài)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行開發(fā)。在每個(gè)狀態(tài)下，燃?xì)庀到y(tǒng)會(huì)與主機(jī)遙控系統(tǒng)(RCS)、燃?xì)馓綔y(cè)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)(ECS)等形成信號(hào)、參數(shù)交互，例如燃?xì)庑孤y(cè)試、燃?xì)馔L(fēng)、燃?xì)夤?yīng)停止運(yùn)行、燃?xì)庀到y(tǒng)狀態(tài)、燃?xì)鈮毫Φ?，并?duì)燃?xì)庀到y(tǒng)中的各部件進(jìn)行操作，監(jiān)測(cè)過(guò)程參數(shù)，以維持發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。

根據(jù)燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)的控制邏輯，利用有限狀態(tài)機(jī)的建模思想，建立燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)，流程見(jiàn)圖4。圖4中：A,B,…,H為該模式下轉(zhuǎn)換成功條件；A,B,…,H為轉(zhuǎn)換失敗條件；I表示惰化完成且繼續(xù)燃?xì)饽Ｊ?；I為惰化完成且結(jié)束燃?xì)饽Ｊ剑籌為惰化失敗。轉(zhuǎn)換成功條件指在該狀態(tài)下無(wú)故障信號(hào)和操作信號(hào)輸入，且燃?xì)庀到y(tǒng)在某個(gè)狀態(tài)下滿足設(shè)定的運(yùn)行時(shí)間要求；轉(zhuǎn)換失敗條件指在該狀態(tài)下有故障信號(hào)、操作信號(hào)的輸入或者燃?xì)庀到y(tǒng)參數(shù)、閥門動(dòng)作異常。在每個(gè)狀態(tài)下，控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)燃?xì)庀到y(tǒng)中的閥門進(jìn)行操作，并進(jìn)行數(shù)據(jù)和信號(hào)的傳輸。

圖4 燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換

3.3 數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證

為保證仿真的正確性，對(duì)基于Web搭建的瓦錫蘭20DF船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庀到y(tǒng)仿真模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真驗(yàn)證采用定步長(zhǎng)的方法(步長(zhǎng)為1 ms，時(shí)長(zhǎng)為1 000 s)，算法為四階龍格庫(kù)塔法。

燃?xì)庀到y(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)置工況為從30%負(fù)荷上升到100%負(fù)荷，得到GVU燃?xì)鈮毫敵銮闆r和主燃?xì)忾y單次輸出燃?xì)赓|(zhì)量流量。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明，發(fā)動(dòng)機(jī)在不同負(fù)荷下的燃?xì)鈮毫腿細(xì)赓|(zhì)量流量仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的偏差都在5%以內(nèi)，說(shuō)明仿真效果良好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖5和6。

圖5 GVU輸出燃?xì)鈮毫Ψ抡鎸?shí)驗(yàn)與臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

圖6 GVU單次輸出燃?xì)赓|(zhì)量流量仿真實(shí)驗(yàn)與臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

3.4 系統(tǒng)測(cè)試

以燃?xì)庀到y(tǒng)為模型層開發(fā)對(duì)象，搭建基于Web的船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)夥抡嫦到y(tǒng)。為保證系統(tǒng)承載力要求，本文采用多個(gè)用戶同時(shí)登錄對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠同時(shí)承載30個(gè)用戶在線操作，系統(tǒng)承載力良好；系統(tǒng)可在用戶登錄后對(duì)模型進(jìn)行操作，并根據(jù)用戶的操作情況調(diào)用仿真模型的計(jì)算結(jié)果用以顯示，在虛擬教學(xué)方面具有應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié) 論

本文主要介紹了基于Web的船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庀到y(tǒng)仿真設(shè)計(jì)、開發(fā)、實(shí)現(xiàn)，提出一種多用戶、多模型、個(gè)性化顯示的創(chuàng)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。為驗(yàn)證提出的虛擬仿真架構(gòu)，使用C#、HTML、JavaScript、CSS等編程語(yǔ)言混合編程，對(duì)模型層、數(shù)據(jù)層、界面層進(jìn)行開發(fā)，搭建基于Web的船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)夥抡嫦到y(tǒng)。測(cè)試表明，該系統(tǒng)能夠在運(yùn)行時(shí)保證模型的正確性、多樣性和實(shí)時(shí)性，能夠同時(shí)承載30個(gè)用戶在線操作，滿足教學(xué)培訓(xùn)的基本要求。本文提出的設(shè)計(jì)方案不需要安裝客戶端，可通過(guò)瀏覽器直接操作，相對(duì)于軟件系統(tǒng)提高了仿真系統(tǒng)的便捷性并降低了后期維護(hù)成本和對(duì)配置環(huán)境的要求。

未來(lái)可深入研究船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)整體機(jī)理，在模型層搭建船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型，實(shí)現(xiàn)基于Web的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)仿真。