0引言
在航空发动机研制过程中，整机试验环节作为检测发动机整机设计、结构、性能等多方面关键指标[1]-[3]，有着极其重要的作用。面对与日俱增的发动机型号、发动机试验场所、发动机试车台和日益丰富的试验方法与试验软件需求，试验软件数量、功能陡升，维护周期缩短，维护成本大大提升。虽然远程桌面协助、视频通讯等常规远程保障手段较为成熟可靠，但在军工行业保密策略下均无法使用。航空发动机整机试验行业范围内整机试车台具备远程网络连接条件的单位目前仅有中国航发沈阳发动机研究所，整机试验行业内暂无成熟可靠的软件远程保障手段。
本文从航空发动机整机试验需求转变的实际情况出发，考虑未来大量离散式试车台布局建设情况，结合现有信息化技术实践经验与网络通讯条件，模块化试验软件各发动机型号通用功能，基于数据库技术，将各发动机型号与试验方法差异化功能可配置化，通过在主服务器布置应答式服务端，实现保密策略下的试车台数据库交互，进而实现远程、高效、安全的试车台软件保障系统。
1 需求分析
1.1 需求概述
试车台软件远程保障系统解决的试车台软件故障，按故障原因可分为运行环境故障、软件配置故障以及软件代码故障三类。其中运行环境故障是指因网络、通讯、控件未安装等客观环境异常导致软件无法正常运行产生的故障；软件配置故障是指软件所配套使用的配置数据库内容错误或缺失，导致软件本身或部分功能异常的故障；软件代码故障是指软件自身代码缺陷导致的故障。
试车台软件远程保障系统需在非网络直连的保密策略下，使维护人员在办公室计算机上，通过公共服务器计算机间接连接试车台试验软件计算机，实现多个试验场所、多个试车台的间接远程试车台软件故障维护。试车台软件远程保障系统主要以试车台软件故障远程诊断、试车台软件故障远程维护两个步骤方法解决试车台软件的三类故障。
1.2 需求分析
1.2.1 试车台软件故障远程诊断
根据故障原因分类，试车台软件故障诊断分为软件日志诊断、配置同步查询以及软件运行环境模拟三种方法。其中软件日志诊断是指通过在软件（试车台试验软件、后台环境监控软件等）内部的使用日志服务控件，对软件运行的客观环境进行长时间监视并将异常实时记录至数据库中以供软件保障人员查阅诊断；配置同步查询是指通过主服务器数据库的分布式查询服务，软件保障人员间接将试车台软件配置数据库的数据同步至主服务器数据库中，进而供软件保障人员查询分析；软件运行环境模拟是指通过主服务器数据中转软件将试车台数据流中转至办公区排故计算机上，结合配置同步查询方法同步的软件配置，可以在办公区排故计算机上实时模拟复现试车台软件运行环境，进而在编译环境下复现软件故障，从而对软件代码缺陷进行诊断分析。
1.2.2 试车台软件故障远程维护
根据故障原因分类以及其对应的故障诊断方法，同样地将试车台软件故障远程维护分为运行环境维护、配置同步更新和软件自动更新三种方法。运行环境维护是指根据软件日志诊断出的结论，对网络策略、交换机状态、软件必要控件安装情况进行远程排除或本地手动维护。配置同步更新是指在根据试车台软件远程诊断出软件配置数据库异常后，将主服务器的配置数据库进行修正，并通过分布式查询服务，将修正后的软件配置数据库的数据同步至试车台现场数据库中，进而完成安全策略下的远程配置数据库排故；软件自动更新是指在试车台软件每次启动前，将自身版本信息与主服务数据库中的软件更新数据库进行版本比对，若主服务器上存在需要更新的软件版本，本地试车台将对软件进行文件下载替换，并自动启动更新后的软件版本，完成对试车台软件的自动更新，从而解决软件自身代码缺陷导致的故障。
1.3 其他需求
1.3.1 网络需求
试车台软件远程保障系统应运行于办公区排故计算机中，办公区排故计算机无法直连试车台计算机，其必须通过公共服务器间接访问试车台试验计算机进行故障诊断与排故，其运行环境的网络拓扑图如下：
图1 试车台软件远程保障系统运行环境网络拓扑图
1.3.2 安全需求
试车台软件远程保障系统在使用运行时应满足下述安全需求：
a) 试车台软件远程保障系统应具备用户密码验证功能，以控制系统使用权限。
b) 试车台软件远程保障系统应记录全部远程间接操作与命令。
c) 无改写操作系统必要文件威胁操作系统的情况。
d) 无频繁读写本地磁盘文件与数据的情况。
e) 无干扰Windows窗体桌面显示的情况。
f) 无内存泄露进而导致大量占用内存资源的情况。
g) 无占用本地计算机操作系统常用端口进而影响本地计算机操作系统相应功能的情况。
h) 无频繁远程访问其它计算机的常用端口，大量耗费网络资源以及影响对方计算机操作系统相应功能的情况。
i) 无频繁开闭网络端口或导致网络端口死锁无法复连的情况。
j) 无远程访问未包含在接口需求中的软件系统的情况。
k) 无长时间占用或高频使用非必要的网络资源而降低对方系统网络连接资源利用率的情况。
l) 无获取超越试车台软件远程保障系统功能范围的数据库访问权限的情况。
m) 无访问试车台软件远程保障系统功能范围外的数据库甚至存在读写操作的情况。
n) 无误删试车台软件远程保障系统功能范围外的数据库数据并无法恢复的情况。
o) 无其他可能威胁到操作系统、网络环境、数据库安全的情况。
2 系统设计与实现
2.1 总体设计
通过试车台标准化软件架构设计、试车台软件远程故障维护和试车台软件自动更新系统，试车台软件远程保障系统实现对试车台软件故障诊断和试车台软件故障远程维护的六种试车台软件故障诊断与维护方法。
2.2 试车台标准化软件架构设计
试车台标准化软件架构基于模块化的理念，将软件拆分为通用功能模块与特异功能模块。通用功能模块包含同一试车台软件在不同试车台不同航空发动机型号下功能表达相同的功能模块，特异功能模块则与通用功能模块对应，包括因不同试车台不同航空发动机型号而需要试车台软件具备差异性功能表达的功能模块。
日志模块将通过SQL通讯模式将试车台软件关键信息记录至软件日志数据库中，以作为试车台软件远程故障维护系统的关键参考。
通讯模块通过TCP协议进行试车台软件进行数据交互，对于有数据交互需求的试车台软件，该数据流以及其通讯协议在试车台软件远程故障维护系统中是试车台网络环境关键的模拟对象。
配置模块通过SQL通讯与软件配置数据库进行交互，试车台软件通过配置模块读取差异性的软件配置表达差异性的软件功能，软件配置数据库保存记录试车台软件全部配置信息，以作为试车台软件远程故障维护系统的重要信息和关键维护对象。
2.3 试车台标准化软件架构实现
试车台软件日志系统基于SQL数据库搭建，软件通过开发语言中SqlClient类将软件状态记录至公共网络服务器的数据库，最终通过办公区保障计算机SQL远程登录公共网络服务器数据库查询的方式实现远程间接获取试车台软件状态日志。
软件日志系统结构设计如下：
图2 试车台软件日志数据库结构示意图
2.4 试车台软件远程故障维护系统设计
试车台软件远程故障维护系统主要通过试车台数据环境模拟软件实现。保障人员以账号密码登陆访问试车台数据环境模拟软件，将各个试车台的试车台网络数据流以TCP协议通讯中转至办公室保障计算机，从而在办公室保障计算机获取诊断目标试车台的试车台数据流。保障人员可以通过将SQL查询命令发送至试车台数据环境模拟软件，试车台数据环境模拟软件收到SQL命令后将SQL查询命令通过SQL分布式查询服务执行，并将查询结果以TCP协议返回给办公室保障计算机，进而实现对诊断目标试车台软件日志数据库信息、软件配置数据库信息和试车台网络数据流环境的获取，实现诊断目标试车台软件日志诊断、配置同步查询以及软件运行环境模拟。
保障人员通过日志诊断手段，可确定网络策略、交换机状态等情况，进而对试车台硬件设备、软件控件安装等试车台软件运行环境实施远程检查与维护。保障人员可通过试车台数据环境模拟软件的SQL分布式查询服务的方式，将本地已更正的软件配置模拟数据库的数据复制替换至保障目标试车台的软件配置数据库中，实现保障目标试车台的配置同步更新。
2.5 试车台软件远程故障维护系统实现
试车台软件远程故障维护系统通过在公共网络服务器布置远程排故服务端软件，接收办公区保障计算机上远程排故客户端软件的TCP连接与登录请求，并根据客户端软件传输的命令执行相应的SQL查询、TCP远程数据中转传输等操作。
2.6 试车台软件自动更新系统设计
试车台软件自动更新系统在公共网络服务器上建立远程软件自动更新服务、软件版本管理模块和软件文件管理模块。办公区保障计算机完成试车台软件设计错误更正或功能更新后，将新版本试车台软件的文件与版本信息分别上传至软件版本管理与软件文件管理模块中。
当试车台软件启动时发出版本对比请求，远程软件自动更新服务根据对应试车台试验软件的版本信息在软件版本管理模块中对比版本是否一致。若有差异，则对试车台软件文件进行替换更新，实现试车台软件的远程自动对比更新。
2.7 试车台软件自动更新系统实现
试车台软件自动更新系统通过读取本地XML格式文件，获取本地软件版本信息，并与公共网络服务器端的自动更新系统的XML格式文件进行软件文件数量与版本的比对，对于具有差异的比对结果，软件将通过WebService服务，从自动更新系统下载最新版本的软件文件，XML文件内容如下：
图3 试车台软件自动更新比对文件格式示意图
3 实施效果
软件远程故障维护系统自2018年上线运行以来，已稳定运行4年，期间管理维护13座试车台共78台试车台测试计算机。
通过查询试车台软件远程故障维护系统的命令日志数据库，获取试车台软件远程故障维护系统全部命令执行与反馈，根据登录与注销时间计算每次排故时间，最终统计试车台软件远程故障维护系统安装调试以来，共处理故障30次，平均排故用时6.93分钟，对于解决数十公里外多座试车台软件故障诊断维护问题，极大降低了人力资源与管理成本。
4 结 论
试车台软件远程保障系统充分发挥信息化技术在航空发动机试验领域的优势，通过数据库技术实现安全策略下试车台软件远程保障功能，该系统支持多地试验场所、多试车台、多发动机型号的试车台软件故障的诊断与维护。该系统可大幅减少试车台软件维护成本，提高试车台软件开发、运维效率，对未来军工院所新建航空发动机试车台有着重要意义。经实践证明，该系统结构健壮，操作简单，对提高航空发动机试验效率、航空发动机试车台试验能力起到关键支撑作用。
参考文献
[1] 廉莜纯，吴虎.航空发动机原理[M].西安：西北工业大学出版社，2005：13-19.
[2] 程荣辉，张志舒，陈仲光.第四代战斗机动力技术特征和实现途径[J].航空学报，2019，40(3);022698.
[1] 陈懋章.航空涡轮风扇发动机试验技术与方法[M].上海：上海交大出版社，2014：200-249.