Устройство для моделирования обтекания транспортных средств Советский патент 1987 года по МПК G06G7/48 

пу промежуточных усилителей , 12, измерительные датчики, группу контролирующих датчиков 18, коммутатор 19 и блок 11 регистрации. Устройство

1

Изобретение относится к аналого- вой вычислительной технике и предназначено для электромагнитного аналогового моделирования трехмерных потоков при обтекании с постоянной или переменной скоростью транспортных средств произвольной формы с учетом движительно-рулевых комплексов путем задания граничных условий, позволяющих учесть вязкость жидкости и скорость движения потока.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения моделирования потока вязкой жидкости с постоянной или переменной скоростью,

На чертеже показано предлагаемое устройство .Устройство содержит; блок 1 модели рования среды,-выполненный в виде катушки 2 индуктивности, нанесенной на диэлектрический каркас 3,- блок 4 накопительных конденсаторов, металли- зированную модель 5 несущей поверхности, снабженной задними кромками 6j элементы моделирования пелены свободных вихрей, выполненные в виде П-образных проводников 7, соленоид

8,группу дополнительных соленоидов

9,вход 10 запуска устройства, блок 11 регистрации, группу промежуточных усилителей 12, генератор 13 переменного напряжения, усилители 14, изме- рительные датчики 15-17, группу контролирующих датчиков 18 и коммутатор 19. ,

Устройство работает следующим образом.

В области блока 1 устанавливаются металлизированная модель 5 и соленоид 8j на задних кромках 6 закрепляются П-образные проводники 7 и все устройство запитывается от генератора 13. Устанавливаются измерительные датчики 15-17 и включаются на разпозволяет повысить точность моделирования за счет учета вязкости жидкости при различной скорости обтекания транспортного средства. 1 ил.

O

5

5 О

0

5

дельные входы коммутатора 19. Регулируя ток по показаниям блока 11 от датчика 17, устанавливают величину магнитной индукции, являющейся аналогом скорости движения потока (или обращенной скорости движения транспортного средства). Включается питание обмотки соленоида 8 и по показаниям на блоке 11 от датчика 15 устанавливается расход магнитного потока через торец соленоида 8, соответствующий приращению скорости потока жидкости в сечении движителя (винта, реактивного сопла и т.д.). Если у модели 5 есть острые кромки 6, распб- ложенные под углом к направлению V , то для вьшолнения подобия обтекания модели и натуры необходимо выполнение так называемого постулата Чаплыгина- Жуковского о плавном сходе потока с выходящих острых кромок. В натуре это обусловливает появление распределенной циркуляции вокруг кромок, за- мыкаихцихся пеленой сходящих свободных вихрей, что на модели обеспечивается заданием усилителями 14 токов в проводники 7, величины которых контролируются бликом 11 по показаниям датчиков 16. Далее датчиками 17 выполняются необходимые измерения в блоке 1 и на поверхности модели 5. Таким образом вьшолняется аналоговое моделирование обтекания транспортного средства с движителем и управлякяцими элементами (руляю, закрьтками и т.д.), имею1цнми выходящие острые кромки, потоком несжимаемой невязкой жидкости, при этом все параметры потока не за- .висят от абсолютной скорости.

Учет вязкости жидкости и влияние изменения скорости течения может быть вьтолнен лишь на основе введения дополнительных граничных условий, соответствующих моделируемому явлению. В потоке вязкой жидкости в слое, примыкающем к поверхности

тела, происходит торможение частиц жидкости и, как следствие, появление составляющей скорости, перпендикулярной направлению движения, что приводит к появлению вихрей в зоне потока, прилегающего к поверхности тела. Форма, направление и интенсивность вихрей определяются геометрической формой тела, скоростью движения и коэффициентом кинематической вязкости жидкости. Начало такого вихревого пограничного слоя определяется критическим числом Рейнольдса и называется точкой перехода :

где V; VL,i.

(2г4 ).10

абсолютная скорость в точке i;

t - характерный линейный размер твердого тела; V - коэффициент кинематической вязкости.

В соответствии с законами неразрывности потока и сохранения количества движения вихревые образования сходят с поверхности твердого тела в поток за кормой, при этом вся система находится в динамическом равновесии в каждый момент времени.

Дополнительные соленоиды 9 с датчиками 18 устанавливаются в кормовой части модели 5, обмотки соленоидов включаются на независимые усилители 12, а датчики 18 - на раздельные входы коммутатора 19. Регулировка токов в соленоидах 9 и их положения контролируются по показаниям блока 11 переменным включением П-образных контуров датчиков последовательно или параллельно. Интенсивность всех соленоидов в потоке за кормой устанавливается одинаковой и равной интенсивности последнего соленоида,ох- ватывакяцего корму модели 5. Изменение интенсивности по оси удобнее задавать в безразмерном виде, приняв, например, за единицу (эталон) интенсивность крайнего кормового соленоида.

Далее корректируется положение соленоидов 9, соответствующее состоянию равновесия вихря в потоке. Для этого рамки датчика 18 .включаются так, что при этом параллельные оси соленоида стороны рамок реагируют на внешнее магнитное поле, исключая поле самого соленоида, т.е. в случае нулевого показания датчика его поло-

жение (и положение участка соленоида, где установлен датчик) соответствует граничному условию динамического равновесия вихря в потоке, т.е. отсутствию составляющей скорости перемещения (аналог - магнитная интенсивность BX ) на поверхности вихря.Датчик 18 перемещают по контзфу соленоида 9 и, сдвигая соленоид в сторону от первоначального положения, по уменьшению показания датчика 18 на блоке 11 корректируют его положение. Таким же образом корректируется положение соленоидов 9 за кормой в пото- ке блрка 1. Однако при этом, кроме отклонения относительно оси ОХ, могут быть изменения по оси ОУ, что допускает гибкая основа соленоида. При удалении от твердого тела вихри при- обретают более плавные стремящиеся к круговым замкнутые оси, что и является критерием к изменению их формы. После подбора соответствующей формы соленоиды 9 закрепляются на Диэлек- трических каркасах, вьтолненных, например, из картона или фанеры.

0

0

После изменения положения соленоидов может возникнуть необходимость корректировки интенсивности токов в соленоидах, что производится по показаниям датчиков 18, а потом снова уточняется положение соленоидов. Однако изменение на каждом этапе со- ставляет не более 10-15% и двух кор- рекщ1й бывает достаточно для достижения точности 1-3% от первоначальных максимальных значений.

Изменение скорости движения, коэффициента динамической вязкости жидкости и размеров тела определяет положение точек перехода и, соответственно, изменение элементов в моделируемом потоке.

После вьшолнения граничных условий, соответствующих заданной скорости движения и вязкости жидкости, с помощью датчиков 17 измеряются аналоги скоростей в заданных точках на поверхности .модели 5 и в потоке блока 1 . С помощью датчика 15 уточняется расход движителя, а датчиками 18 уточняется распределение интенсивности соленоидальных вихрей, причем дат- 5 чики переключаются по очереди коммутатором 19 на блок 11.

Таким образом, предложенное устройство по сравнению с известным позволяет получить на основе злектро5

0

магнитногидродинамической аналогии модель пространственного потока вязкой жидкости при обтекании транспортного средства произвольной формы с учетом движительного и рулевого комплекса при произвольных скоростях обтекания и коэффициента динамической вязкости потоков путем задания, регулирования и контроля граничных условий вязкого обтекания в самом общем случае.

Формула изо б.р е т е н и я

Устройство для моделирования обтекания транспортных средств, содержащее блок регистрации, четыре усилителя, генератор переменного напряжения, выход которого подключен к входам первого, второго, третьего и четвертого усилителей, блок накопительных конденсаторов, блок моделирования среды, выполненный в виде катушки индуктивности, размещенной на диэлектрическом каркасе, модель несущей поверхности транспортного Средства, выполненная в виде метал- лической йластины, расположенной вдоль оси внутри полости катушки индуктивности j выводы которой соединены с выходными вьшодами первого усилители и вывЬдами блока накопительных конденсаторов, первьй и второй элементы моделировагшя пелены сво- бодных вихрей,/ каждый из которых выполнен в виде П-образных проводников, з5 Усилителей, группы выходных выводов закрепленных на задних кромках метал- которых соединены с соответствующими

парами выводов дополнительных соленоидов группы, выходы контролируняцих

лизированной модели несущей поверхности, блок моделирования движителя, .выполненный в виде соленоида, расподатчиков группы подключены к группе

ложенного вдоль оси катушки индуктив- 40информационных входов коммутатора.

Составитель В,Рыбин Редактор И.Николайчук Техред В.Кадар

7527/52Тираж 670

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Корр Подпи

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Ц)оектная,4

ности между П-образными проводниками, первый и второй выходные вьгооды второго усилителя соединены соответст- , венно с первым и вторым выводами соленоида, выводы П-образного проводника первого элемента моделирования пелены свободных вихрей соединены с двумя выходными выводами третьего усилителя, два выходных вывода четвертого усилителя подключены к П-об- разному проводнику второго элемента моделирования пелены свободных вихрей, три измерительных датчика, выходы которых соединены соответствен-

5 но с первым, вторым и третьим информационными входами коммутатора, выход которого подключен к входу блока регистрации, вход запуска устройства соединен с управляющим входом коммутатора, отличающееся- тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет учета вязкости потока жидкости, в него введены группа контролирующих датчиков, группа промежу- точньос усилителей, блок моделирования вязкости потока жидкости, вьшол- ненньй в виде группы дополгштельных соленоидов, размещенных на гибких

0 диэлектрических каркасах тороидальной формы, охватываиицих соленоид и металлическую пластинуj причем выход генератора переменного напряжения подключен к входам промежуточных

0

5

датчиков группы подключены к группе

Корректор Т.Колб Подписное

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для электромагнитного аналогового моделирования трехмерных потоков при обтекании с постоянной или переменной скоростью транспорт- ных средств произвольной формы с. учетом движительно-руЛевых комплексов путем задания граничных условий, позволяющих учесть вязкость жидкости и скорость движения потока. Целью изобретения является повьтение точности и расширение класса решаемых задач. Устройство содержит блок 1 моделирования среды, выполненный в виде катушки индуктивности 2, нанесенной на диэлектрический каркас 3, блок 4 накопительных конденсаторов, модель транспортного средства, снабженного П-образными проводниками, соленоид 8, группу дополнительных соленоидов 9, генератор 13 переменного напряжения, усилители 14, груп§ W /J