Устройство для воспроизведения зависимости коэффициента силы лобового сопротивления от числа Маха и угла атаки Советский патент 1985 года по МПК G06G7/26 

двухвходового инвертора, вторые входы которых объединены и соединены с первым входом сумматора и выходом первого диодного кусочно-линейного функционального преобразователя,вход которого через формирователь зоны нечувствительности соединен с выходом источника напряжения, пропорционального числу Маха, выход второго диодного кусочно-линейного функционального преобразователя соединен с входом инвертора выход которого и выход двухвходового инвертора через первый и второй суммирующие резисторы соответственно подключены к информационному входу ключа,вьгход которого соединен с вторым входом сумматора,выход которого является выходом устройства .

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЗАВИСШ-ЮСТИ КОЭФФИЦИЕНТА СИЛЫ ЛОБОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ЧИСЛА МАХА И УГЛА АТАКИ, содержащее источник напряжения, пропорционального числу Маха, источник напряжения, пропорционального углу атаки, и два диодных кусочно-линейных функциональных преобразователя , выполненных в виде операционного усилителя с группой цепочек обратной связи, состоя1цих из последовательно соединенных первого и второго ограничительных резисторов и управляющего диода, первые выводы первых ограничительных резисторов всех цепочек обратной связи в каждом диодном кусочно-линейном функциональном преобразователе соединены с выходами операционных .усилителей и являются выходами соответствующих диодных кусочно-линейных функциональны преобразователей, первые выводц вторых ограничительных резисторов всех цепочек обратной связи объеди- i неиы и подключены к выходу источника напряжения, пройорционального углу атаки, в первом диодном кусочно-линейном функциональном преобразователе катоды всех управляющих диодов соединены с входом операционного усилителя и через ограничительный резистор с входом первого кусочно-линейного функционального преобразователя, а аноды управляющих диодов соединены с соответствукицими объединенными вьтодами ограничительных резисторов соответствукщей цепочки обратной связи, во втором диодном кусочно-линейном функциональном преобразователе аноды всех управляюрщх диодов соединены с входом операционного усилителя и через ограничительный резистор - с | входом второго диодного кусочно-ли нейного функционального преобразова-теля, а катоды управляющих диодов соединены с объединенными выводами ограничительных резисторов соответствующей цепочки обратной связи, в каждом диодном кусочно-линейном функ циональном преобразователе между входом и выходом операционного усилителя включен резистор обратной связи, выход источника напряжения, пропорционального числу Маха, подключен к входу второго диодного кусочнолинейного функционального преобразо.вателя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно дополнительно содержит два суммирующих резистора, формирователь зоны нечувствительности, двухвходовый инвертор, схему сравнения, инвертор, сумматор и ключ, управляюпщй вход которого соединен с выходом схемы сравнения, выход источника напряжения, пропорционального углу атаки, подключен к первым входам схемы сравнения и

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для моделирования зависимости коэффициента силы лобового сопротивления от числа Маха и угла атаки при исследовании динамики полета летательного аппарата. Известно устройство для моделирования барометрической высоты полета Л , основанное на применении блока нелинейности во входных цепях операционных усилителей, функциональный преобразователь (zj, выполненный в. виде операционных усилителей с группой цепочек обратной связи, состоящих из двух последовательно соединен ных первого и второго ограничительны резисторов и управлякщего диода, пер вые выводы первых ограничительных резисторов Всех цепочек обратной свя зи соединены с выходами операционных усилителей и являются выходами соответствующих функциональных преобразо вателей, другие выводы вторых ограни чительных резисторов объединены и подключены к выходу источника напряжения, управляющие диоды в функциональных преобразователях включены в требуемой полярности, причем первые лектроды соединены с входом операционного ускгштеля и через ограничительный резистор - с входом функционального преобразователя, другие Электроды управляющих диодов соедине ны с объединенными выводами ограничительных резисторов соответствующей цепочки обратной связи, а меаду входом и выходом операционных усиЛНтелей включен резистор обратной связи, выход одного источника напряжения подключен к входу второго функционал ного преобразователя. Они формируют простейшие кусочно-линейные функции одной переменной, обладающие как свойством выпуклости, так и вогнутости. Последние наиболее близки к изобретению и строятся на базе операционного усилителя с набором резистивнодиодных ячеек в цепи обратной связи способ включения которых определяет выпуклость или вогнутость моделируемой функции. Общим недостатком перечисленных устройств является ограниченная их возможность в силу моделирования функции только одной переменной, а в. случае применения функционального преобразователя двух переменных аргумент представляет собой разность двух переменных,, что в итоге приводит ю получению функции одной переменной и низкой точности воспроизведения. Кроме того, конфигурация моделируемых функций достаточно проста, что не позволяет применять эти устройства при исследовании объектов со сложными статическими характеристиками, представляющими собой семейства кривых, не обладающих свойством зкв1адистантностиk Цель изобретения - повышение точности воспроизведения зависимости. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее источник напряжения, пропорционального числу Паха, источник напряжения, пропорционального углу атаки, и два диодных кусочно-линейных функциональных преобразователя, выполненных в виде операционного усилителя с группой цепочек обратной связи, состоящих из последовательно соединенных первого и второго ограничительных резисторов .всех цепочек обратной связи в каждом диодном кусочно-линейном функциональ ном преобразователе соединены с выхо дами операционных усилителей и яв1 яются выходами соответствующих кусочно-линейных функциональных преобразователей, первые выводы вторых ограничительных резисторов всех цепочек обратной связи объединены и подключены к выходу источника напряжения, пропорционального углу атаки, в первом диодном кусочно-линейном функционгшьном преобразователе катод |Всех управляющих диодов соединены с входом операционного усилителя и через ограничительный резистор - с вхо дом первого кусочно-линейного функционального преобразователя, а аноды управляющих диодов соединены с соответствующими объединенными выводами ограничительных резисторов соответствующей цепочки обратной связи, во втором диодном кусочно-линейном функциональном преобразователе аноды всех управляющих диодов соединены с входом операционного усилителя и через ограничительный резистор - с входом второго диодного кусочно-линейного функционального прегобразовате ля, а катоды управляющих диодов соеди нены с объединенными вьгаодами ограничительных резисторов соответствующей цепочки обратной связи, в каждом диодном кусочно-линейном функциональном преобразователе между входом и выходом операционного усилителя включен резистор обратной связи, выход источника напряжения, пропорционального числу Маха, подключен к входу второго диодного кусрчно- линейного функционального преобразователя введены формирователь зоны нечувствительности, двухвходовый инвертор, схема сравнения, инвертор, сумматор, два суммирукицих резистора и ключ, управляющий вход которого соединен с выходом схемы сравнения, вькод источника напряжения, пропорционального углу атаки, подключен к первым входам схемы сравнения и двухвходового инаертора, вторые входы которых объединены и соединены с первым входом сумматора и выходом первого диодного кусочно-линейного функционального преобразователя, вход которого через формирователь зоны нечувствительности соединен с выходом источника напряжения, пропорционального числу Маха, 1 52 выход второго диодного кусо но-линейного функционального преобразователя соединен с входом инвертора, выход которого и выход двухвходового инвертора через первый и второй суммирующие резисторы соответственно подклю чены к информационному входу ключа, выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход которого является выходом устройства. На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 и 3 - зависимость С f(M,(i); на фиг.4 и 5 - схемы соответственно первого и второго диодных кусочно-линейных функциональных преобразователей . Устройство содержит источник 1 напряжения, пропорционального числу Маха, источник 2 напряжения, пророрционапьного углу атаки, формирователь 3 1зоны нечувствительности, первый 4 и второй 5 диодные кусочно-линейные функциональные преобразователи, двухвходовый инвертор 6, схему 7 сравнения, инвертор 8, ключ 9, сумматор 10, суммирующие резисторы 11, резисторы 12, диоды 13, операционные усилители 14. Идея устройства для моделирования функции двух переменных, имеющей сложную конфигурацию, базируется на расчленении всего интервала изменения независимой переменной М на три характерных участка, в границах которых моделируемая функция аппроксимируется достаточно простыми функциями: участок А - горизонтальная прямая, проходящая на уровне С, зависящем от значения второй независимой переменной otj , являнщейся в данном случае параметром функции С(M,cfe); участок криволинейно нарастающая функция C(M,U;;), аппроксимируемая кусочнолинейньми сопрягающимися отрезками вида , где Kjg- коэффициент наклона отрезка прямой наj -м интервале аппроксимации участка В, соответствующий 4-му значению независимого параметра Л ,; участок С - криволинейная ниспадаюЕ(ая функция, представимая с конечным числом аппроксимирующих отрезков прямых вида К| M+etj, зависящим от заданной точности. Здесь Кв., - коэффициент наклона отрезка «С рямой на с -м интервале участка С Имитация независимых переменных существляется при помощи источников

напряжения. Аргумент М число Маха, характеризующее скорость полета летательного аппарата имитируется напряжением Им первого источника, а

/параметр yi - -угол атаки - задается напряжением QQ второго источника напряжения. Участок А (прямая 1) создается формирователем 3 зоны нечувствительности, представляющим собой диодную ячейку, в котором к аноду диода прикладьшается отрицательное

запирающее напряжение -Ид, в результате чего положительное напряжение 11(1д первого источника поступает на вход первого диодного функционального преобразователя4 только с того момента, когда его величина превысит модулю уровень запирающего напряжения, задаваемого в соответствии с шириной интервала А моделируемой характеристики. Поступающее в это же время напряжение Ц/ непосредственно на первый вход второго диодного, функционального преобразователя 5 на выход схемы не передается, так как ключ 9 заперт. Следовательно, в диапазоне изменения входного напряжения Од1 от О до Ijg на выходе схемы формируется постоянный положительный сиг-; нал, уровень которого определяется заданным постоянным значением, пропорциональным параметру Q - положительного напряжения и 5, подаваемого с выхода второго источника напряжения на второй вход первого диодного функционального преобразователя, так как на сумматор 10 поступает сигнал только по первому входу, поскольку резисторы 11 блокированы ключом 9 Чдиод 13 заперт).

При дальнейшем увеличении напряжения при выполнении условия (J ( Уд) напряжение Ищ поступает на первый вход блока 4, используемого для формирования криволинейно нарастающего участка .8 моделируемой функщш до некоторого уровня насыщения

(ПОД

определякнцего положение максимума функции i {М,в1{). Нарастающая кривая на участке В представляется отрезками ломаных с коэффициентами наклонов задаваем1з1ми резисторами в цепи обратной связи, причем нелинейный характер изменения сопротивления диодов при малых значениях напряжения на переходе сглаживает характеристику в точках излома и способствует более точному воспроизведению моделируемой

кривой. Нарастающий по модулю (при возрастании UM). выходной сигнал пер-, вого диодного функционального преобразователя - Uni (блока 4), отрицательного знака, подается одновременно на первые входы сумматора 10, двух- , входового инвертора и схемы 7 сравнения. На вторые входы двухвходового инвертора и схемы сравнения пода.ется положительное напряжение

с выхода второго источника наI ot

пряжения . Тогда на выходе двухвходового инвертора будет формироваться напряжение У (j -U , являющееся зеркальным отображением выходного напряжения -llfif блока 4 относительно оси абсцисс, но с некоторым постоянным сдвигом -U, .определяемым величиной напряжения И и коэффициентом передачи блока 6по второму входу. Однако выходной сигнал блока 6 не поступает на вход сумматора 10, так как на участке В в диапазоне изменения входного сигнала U от Kg до значения и, при котором напряжение -Ц,, , подаваемое на первый вход схемы сравнения , становился равным по модулю напряжению (1 , подаваемому на второй вход схемы сравнения, выходной сигнал схемы сравнения имеет отри цательную полярность и совместно с напряжением Е опорного источника напряжения надежно запирает диод 13 ключа 9, что одновременно препятствует прохождению сигнала от второго диодного функционального преобразователя (блок 5) на вход сзгмматора в этом диапазоне изменения UM Таким образом, на выходе сумматора в диапазоне изменения выходного напряжения первого источника от Ujj до U|(t, формируется функциональнал зависимость, оп1 еделяемая только напряжением, поступающим на первьй вход сумматора, т.е. положительная криволинейно нарастающая функция, аппроксимирующая статическую характе ристику на участке В.

I ::

Как только напряжение U,jn становится равным максимальному, напряжение на выходе схемы 7 сравнения меняет свою полярность; Следовательно, напряжение схемы сравнения компенсиjpyeT запирающее напряжение S на аноде диода 1.3, ключ 9 рткрьюается, и на вход сумматора поступают сигналы напряжения, формируемые первым и вторым функциональными преобразователями и двухвходовым инвертором. При этом форма и уровень сигнала на выходе двухвходового инвертора повторяет форму и уровень выходного сигна ла первого диодного функционального преобразователя, но эти сигналы разнополярны, поэтому они компенсируют друг друга на входе сумматора. Кроме того, на выходе двухвходового инвертрра за счет постоянного напряжения и , подаваемого от второго источника напряжения на второй вход блока 6, создается постоянный уровень сигнала, определяю111ий максимальное значение функции С Тогда, начиная с момента, когда UJ достигает максимума, на .выходе сумматора 10 будет формироваться характеристика, форма которой полностью зависит от сигнала, поступающего на вход сумматора от инвертора, так как за счет сигналов первого входа и вьгхода инвертора 6 формируется постоянный уровень, т.е. прямая, параллельная оси абсцис Поскольку от блока 8 поступает инвер тированный сигнал с второго функциональногр преобразователя, то на выхо де сумматора при Uy будет формироваться криволинейная характеристика (участок С), получаемая как результат суммирования разнополярных сигналов. Итак, криволинейный ниспадающий участок С , формируется вторым диодным функционал1.ным преобразователем, резисторы в котором обеспечивают необходимый наклон отрезков прямых, аппроксимирующих криволинейную функцию. Как видно, точность аппроксимации моделируемой функции сложной конфигу рации .определяется количеством диод«о-резисторных ячеек, вводимых в цепи обратных связей первого и второго диодных функциональных преобразователей 4 и 5, поэтому за счет увеличения этих элементов схемы можно добиться требуемой точности формирования статической характеристики. Анализ работы устройства показывает, что при постоянном значении напряжения второго источника и постепенном изменении выходного сигнала первого источника напряжения на выходе устройства формируется характеристика Ujj,,, f(U,U), совпадающая с учетом масштабных коэффициентов с моделируемой кривой С) f(M,Xj). Получение семейства характеристик достигается за счет изменения величи и второго источника ны напряжения напряжения. Наряду с моделированием рассмотренной функциональной зависимости устройство позволяет формировать семейства криволинейных статических характеристик с насыщением, характеристики с зоной нечувствительности наcьщ eниeм, симметричных и асимметричных пикообразных характеристик и их семейств с различной шириной и уровнем пика. Это достигается соответствующим подбором резисторов. Технико-экономический эффект предлагаемого изобретения заключается в том, что отсутствие подобного устройства не позволяет осуществлять исследование динамики полета летательного аппарата при его описании в нелинейной форме, наиболее полно отражающей свойства реального объекта, на моделях непрерывного типа, сопряжение непрерывной модели с реальным объектом, продуваемым в аэродинамической трубе в процессе исследования, требует больших материальных затрат, особенно в диапазоне изменений М , превышающих единицу. Применение цифровых моделей для исследования сопряжено с большими затратами машинного времени и времени на разработку и отладку программы моделирования динамики полета , .описываемой дифференциальными уравнениями высокого порядка.