УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯ СКОРОСТЕЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЫ Советский патент 1994 года по МПК G01M9/06 

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к устройствам для измерения поля скоростей в рабочей части аэродинамической трубы.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения составляющих поля скоростей в рабочей части аэродинамической трубы.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

В состав устройства входят: сопло 1 аэродинамической трубы, первое поворотное основание 2, электрод 3 искрового разрядника, электрод 4 искрового разрядника, изолятор 5, кольцевой выступ 6, основной источник 7 импульсного высоковольтного напряжения, задающий генератор 8, дополнительный источник 9 импульсного высоковольтного напряжения, второе поворотное основание 10, диффузор 11, изоляторы 12, регистрирующий электрод 13, жесткий поводок 14, аттенюатор 15, зарядочувствительный усилитель 16, экстрематор 17 и измеритель 18 интервала времени.

На сопле 1 аэродинамической трубы установлено поворотное основание 2, в котором закреплены электроды 3 и 4 искрового разрядника с помощью изолятора 5. Электрод 4 имеет кольцевой выступ 6 и может перемещаться в радиальном направлении. Электроды 3 и 4 соединены с выходом основного источника 7 импульсного высоковольтного напряжения, вход которого подключен к выходу задающего генератора 8, при этом электрод 4 подключен к дополнительному источнику 9 высоковольтного импульсного напряжения. На поворотном основании 10, установленном на диффузоре 11, закреплен в изоляторах 12 регистрирующий электрод 13. Поворотное основание 10 синхронно вращается с поворотным основанием 2 посредством жесткого поводка 14. Регистрирующий электрод 13 установлен параллельно электродам искрового разрядника 3 и 4 и подключен через аттенюатор 15 к зарядочувствительному усилителю 16. Аттенюатор 15 подключен к выходу задающего генератора 8, а выход зарядочувствительного усилителя 16 соединен через экстрематор 17 со "стоп"-входом измерителя 18 интервала времени, "старт"-вход которого соединен с входом задающего генератора 8.

Устройство работает следующим образом.

С помощью задающего генератора 8 запускается источник 7, высоковольтный импульс от которого подается на электроды 3 и 4 и вызывает искровой разряд между выступом 6 и электродом 3, при этом в процессе искрового разряда формируется ионная область, имеющая положительные ионы, отрицательные ионы и свободные электроны. Для формирования электрического разряда из этой области служит дополнительный источник 9, который позволяет формировать ионную область (метку) с явно выраженным электростатическим зарядом.

В связи с тем, что кольцевой выступ 6 может совместно с электродом 4 искрового разрядника перемещаться в радиальном направлении, а электроды 3 и 4 установлены на поворотном основании 2 искровой разряд, а, следовательно, и метку можно создавать в любой точке сечения потока, проходящего через оси электродов 3 и 4. На чертеже электрод 4 условно развернут на 90^о относительно электрода 3, хотя конструктивно плоскость, проходящая через оси электродов 3 и 4, перпендикулярна потоку.

Созданная метка переносится потоком и регистрируется электродом 13, при этом время пролета меткой базового расстояния S однозначно определяет среднюю скорость V потока по линии, соединяющей разрядный промежуток и регистрирующий электрод 13. Индуцируемый меткой на регистрирующем электроде электростатический заряд преобразуется в импульс напряжения колоколообразной формы в зарядочувствительном усилителе 16. Момент достижения максимума выходного сигнала зарядочувствительного усилителя 16 соответствует моменту, когда метка находится на ближайшем расстоянии от регистрирующего электрода 13. При расположении регистрирующего электрода 13 на срезе диффузора 11, где поток не имеет скосов, максимум индуцируемых зарядов, а, следовательно, и максимум выходного сигнала с зарядочувствительного усилителя 16, совпадает с моментом, когда метка находится в плоскости сечения потока, проходящей через ось регистрирующего электрода 13. Такое конструктивное выполнение регистрирующего электрода 13 устраняет погрешности измерения за счет скорости потока вблизи регистрирующего электрода 13.

Зарядочувствительный усилитель 16 имеет высокоомный вход и при непосредственном подключении его входа к регистрирующему электроду 13, за счет его электромагнитных наводок в момент создания искры, заходит в насыщение, для предотвращения которого между регистрирующим электродом 13 и входом зарядочувствительного усилителя 16 включен аттенюатор 15, замыкающий в момент создания искры регистрирующий электрод 13 на корпус. Управление аттенюатором 15 производится импульсом от задающего генератора 8, при этом в качестве аттенюатора 15 может быть использован полевой транзистор с изолированным затвором, исток которого соединен с корпусом, сток - с регистрирующим электродом 13, а на затвор подается импульс от задающего генератора 8, открывающего этот транзистор.

С выхода зарядочувствительного усилителя 16 импульс колоколообразной формы поступает на экстрематор 17, который формирует прямоугольный импульс, передний фронт которого совпадает с моментом достижения максимума сигнала, снимаемого с зарядочувствительного усилителя. Импульс с выхода экстрематора 17 поступает на "стоп"-вход измерителя 18, на "старт"-вход которого в момент формирования метки поступают импульсы запуска измерителя 18 от задающего генератора 8, в результате чего измеритель 18 фиксирует интервал времени τ пролета меткой базового расстояния S.

Для получения значения средней скорости на линии, определяемой значениями R и ϕ (R - расстояние от оси рабочего потока аэродинамической трубы до разрядного промежутка; ϕ - угол поворота оснований меточного измерителя относительно корпуса трубы), необходимо провести операцию вычисления по формуле V = S/ τ (R, ϕ), которая может быть выполнена, например, с помощью микропроцессора, встроенного в измеритель 18.

Введение аттенюатора, зарядочувствительного усилителя, экстрематора, поворотного основания, кольцевого выступа, жесткого поводка и дополнительного источника импульсного высоковольтного напряжения позволяет за счет более точной фиксации пролета меткой базового расстояния и исключения медных проволочек, выступающих из экранирующих трубок, повысить точность измерения составляющих поля скоростей рабочей части аэродинамической трубы, расширить диапазон измеряемых скоростей и обеспечить измерение без существенного искажения контролируемого потока. (56) Горлин С. М. , Слезингер И. И. Аэромеханические измерения, М. , Наука, 1964, с. 289-298.

Повх И. Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении, М. -Л. , Машиностроение, 1974, с. 324-326.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯ СКОРОСТЕЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЫ, содержащее искровой разрядник, соединенный с основным источником импульсного высоковольтного напряжения, вход которого подключен к задающему генератору, регистрирующий электрод, зарядочувствительный усилитель и измеритель интервала времени, "старт" - вход которого соединен с задающим генератором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения составляющих поля скоростей в рабочей части аэродинамической трубы, в него введены два поворотных основания, жесткий поводок, дополнительный источник импульсного высоковольтного напряжения, аттенюатор и экстрематор, при этом искровой разрядник выполнен в виде двух параллельных стержней, установленных в изоляторах диаметрально срезу сопла аэродинамической трубы на первом поворотном основании, причем один из стержней имеет кольцевой выступ, выполнен с возможностью перемещения в радиальном направлении и подключен к дополнительному источнику импульсного высоковольтного напряжения, второй вход которого соединен с поворотным основанием, входы основного и дополнительного источников импульсного высоковольтного напряжения соединены с выходом задающего генератора, регистрирующий электрод выполнен в виде стержня, установленного диаметрально срезу диффузора аэродинамической трубы на втором поворотном основании, связанном с первым поворотным основанием посредством жесткого поводка, и подключенного к аттенюатору, управляющий вход которого соединен с задающим генератором, а выход через зарядочувствительный усилитель - с экстрематором, выход которого подключен к "стоп" - входу измерителя интервала времени, выход которого является информационным выходом устройства.