基于网络的燃气轮机虚拟仿真教学平台设计

王志涛，赵宁波，李铁磊，李淑英

(哈尔滨工程大学，哈尔滨 150001)



基于网络的燃气轮机虚拟仿真教学平台设计

王志涛，赵宁波，李铁磊，李淑英

(哈尔滨工程大学，哈尔滨 150001)

通过对燃气轮机虚拟仿真平台性能需求和功能需求的分析，设计了系统的逻辑结构和功能结构。该仿真平台基于三层B/S模式，采取Java设计并开发Web界面，以MySQL作为数据库，应用Tomcat作为服务器，ActiveMQ作为消息队列的提供者，搭建Web服务器，以M函数文件作为接口来命令MATLAB进行用户需求的仿真计算。

网络；燃气轮机建模；虚拟仿真

高等教育主要通过实验进行研究和教学，但对于燃气轮机这种大型的动力装置，传统的实验教学模式存在诸多问题与难点，这些实验所需要的实验设备通常是大型的机械装置，这种大型设备占地空间大，运行和维护的成本较高，对于高校实验室而言，提供这种大型机械设备比较困难，难以进行针对大型动力机械设备本体的实验教学工作，学生对大型动力机械设备无法形成全面系统的认识。通过虚拟实验仿真平台的应用，可以有效解决这些问题，虚拟仿真实验平台具有成本低、安全性高等特点。

1 燃气轮机虚拟仿真教学平台相关技术介绍

1.1 Java技术简介

Java是美国Sun公司推出的一种可以撰写跨语言应用程序的面向对象的程序设计语言，具有卓越的通用性、高效性、平台移植性和安全性，是个简单、面向对象、分布式、解释性、健壮、安全与系统无关、可移植、高性能、多线程和静态的语言。

1.2 JDBC技术

JDBC是Java数据库连接技术(Java Data Base Connectivity)的简称，由Java编程语言编写的类和接口组成，为工具和数据库开发人员提供了一套访问关系型数据库的标准库。JDBC可以高效访问多种常用数据库(如Oracle、SQL Server和My SQL等)。

1.3 B/S模式

B/S(Browser/Server)模式即浏览器和服务器模式，它是随着WEB兴起后的一种网络结构模式。它以HTTP为传输协议，客户端通过浏览器访问WEB服务器和与其连接的后台数据库，服务器接收发自浏览器的请求，然后从数据库中获取数据并在WEB服务器上按业务逻辑运行处理后，将处理结果传回浏览器的运行模式。

1.4 Servlet技术

Servlet是用Java编写的运行在Web服务器上的程序，它可以调用服务器端的类，也可以被调用，它本身也是一个类。Servlet由Web服务器负责编译执行，当浏览器访问Servlet时，服务器将启动一个线程来响应，运行效率较高。

2 燃气轮机虚拟仿真教学平台需求和功能分析

燃气轮机虚拟仿真平台应具有简洁性、可用性、易操作性、界面设计友好，能满足大多数用户的使用习惯和要求。燃气轮机结构复杂，在调试过程中常常受到很多限制，实验的消耗非常巨大，而且在实验过程中也存在不安全的因素。燃气轮机仿真技术可以使部分或全部实验在计算机上进行，既可以确保安全，同时也降低实验消耗成本。燃气轮机性能仿真程序为用户提供一个燃气轮机仿真平台，用户通过在燃气轮机动力装置虚拟仿真实验平台上注册账号，登入系统界面，进行仿真实验。

3 数据库的设计

在系统开发中，为了避免信息的丢失，往往将大量有用的、重要的数据信息储存在数据库中，因此数据库对系统前期开发、当前运行和日后维护都至关重要。数据库的表结构设计也很重要，该平台主要设计了燃气轮机模型表、角色信息表、用户注册信息表和使用日志表等。燃气轮机模型信息表，主要用于记录一些可以提供给用户的燃机模型；角色信息表，主要用于记录使用角色和权限；用户注册信息表，主要用于记录用户的注册是填写的相关信息；使用日志信息表，主要用于记录用户登录的时间和进行的操作。

4 燃气轮机虚拟仿真教学平台功能实现

在部署Java开发环境(JDK)之后，就可以编写程序，通过这些代码可以实现燃气轮机动力装置虚拟仿真实验平台的登录界面，用户可以进行登录和注册操作，实现登录界面如图1所示。

图1 登录界面Fig.1 Login interface

用户完成注册后，在登录界面输入自己的用户名和密码，就可以登录系统首页，系统首页在首页左侧是菜单，包括分轴燃机动态实验、三轴燃机动态实验、分轴燃机稳态实验、三轴燃机稳态实验和单轴燃机启动仿真实验五大部分，在动态实验下包括燃机带螺旋桨负载和带发电机负载两个选项，在稳态实验下除了带两种不同负载的情况，还包括燃机外特性计算。用户根据自己的需要选择模型进行仿真计算，例如，选择分轴燃机+螺旋桨负载，点击菜单中的该选项，进入参数设置页面，该页面中已经设置了默认参数，用户可根据需要自行设置参数，参数设置页面如图2所示。

图2 系统的参数设置页面Fig.2 Parameter setting page of the system

用户设置完参数后，可输入要仿真的时间，计算完成后，以曲线和表格的形式呈现仿真结果，界面左侧为依据仿真结果绘制的曲线，页面右侧为仿真结果的表格，这样既可以直观看到计算结果的趋势，也可以得到准确的计算结果，如图3所示。

图3 仿真结果的显示Fig.3 The display of stimulation result

5 结语

针对在Web网页中实现燃气轮机性能仿真实验的功能，在MATLAB优秀的建模和仿真计算能力的基础上，结合Java开发网页的功能，设计开发了一个基于Web的燃气轮机虚拟仿真实验平台，实现了Web技术和MATLAB仿真计算功能的结合。

燃气轮机虚拟仿真平台将Web技术与MATLAB的仿真计算功能结合在一起，实现了燃气轮机虚拟仿真实验平台的网络化，方便了研究生对燃气轮机的科学研究，丰富了高校的实验教学手段。

[1] 费景洲.船舶动力技术实验教学中心内涵建设探索[J].实验技术与管理，2014，31(6)：159-168.

[2] 王添财.基于JavaEE的在线考试系统的设计与实现[D].广州：华南理工大学，2014.

[3] 陈巧婷.基于Java Web的网上培训报名系统的设计与实现[D].长春：吉林大学，2015.

[4] 杨宝林.基于Java Web的学生成绩信息管理系统[D].长春：吉林大学，2015.

Design of virtual simulation teaching platform for gas turbine based on network

WANG Zhi-tao, ZHAO Ning-bo, LI Tie-lei, LI Shu-ying

(Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

Through the analysis on performance and functional requirements of gas turbine virtual simulation platform, logical and functional structure of the system is designed. Based on three-layer B/S mode, the Web interface is designed and developed by Java taking MySQL as database, Tomcat as a server application, and ActiveMQ as a message queue provider to build a Web server, and M-file is used as the interface to command MATLAB to simulate calculation of users’ requirements.

Web; Gas turbine modeling; Virtual simulation

2017-01-22

王志涛(1981-)，男，讲师，博士。

TP391.9

A

1674-8646(2017)03-0062-02

项目资助：2016年哈尔滨工程大学研究生教改立项(JG2016YYB03)