Устройство для исследования трехмерных циркуляционных гидроаэродинамических полей Советский патент 1987 года по МПК G06G7/48 

Изобретение относится к аналоговой ычислительной технике и может быть спользовано при решении задач аэрогидродинамики, в частности при исследовании пространственного поступательно-циркуляционного обтекания тел.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия.

На чертеже изображена схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 напряжения, блок задания магнитного поля, вьшолненный в виде полого соленоида 2, проводники 3 моделирования вихревой пелены, установленные на выходящих кромках модели 4 из электропроводного материала, размещенной во внутренней области полого соленоида, контролирующие датчики 5, установленные на выходящихкромках 6 модели 4, блок 7 коммутации, измерительные датчики 8, задатчики 9 напряжения питания, измерительный блок 10, магнитные усилители П, согласующие усилители 12, задатчики 13 фазы, согласующий усилитель 14, задатчик 15 фазы, усилитель 16, блок 17 регистрации. Измерительный блок 10 включает резонансный усилитель 18 и фазовый детектор 19, блок регистрации 17 включает цифропечатающее устройство 20, цифровой .вольтметр 21 . Блок коммутации 7 содержит первый 22, второй 23, третий 24, четвертый 25 и пятый 26 ключи и две группы двухпозиционных переключателей, первая группа которых имеет первый 27, второй 28 и третий 29 двухпози- ционные переключатели, а вторая группа - четвертый 30, пятый 31 и шестой 32 двухпозиционные переключатели, причем входы первого 22, второго 23 и третьего 24 ключей соединены с первой группой входов блока коммутации 7, а входы четвертого 25 и пятого 26 ключей - с его второй группой входов, выходы всех ключей 22-26 объединены и соединены с выходом блока 7. Замыкающие контакты всех двухпозиционных переключателей 26- 32 объединены в общу шину, замыкающие контакты первого 27 и четвертого 30, второго 28 и пятого 31 , третьего 29 и шестого 32 двухпозиционных переключателей соединены попарно и через них связаны группа выходов с

третьей группой входов данного блока 7 коммутации. Генератор 1 напряжения служит для формирования переменного напряжения ультразвуковой частоты. Магнитные усилители 11 представляют собой амплитудно-фазоинверс- ные регуляторы, в которых при изменении полярности управляющего сигнала

Uy, подаваемого на их управляющие входы, фаза тока нагрузки на выходе меняется на 180, а увеличение по абсолютной величине управляющего сигнала Uy приводит к увеличению

5 амплитуды сигнала на выходе. В устройстве применен ( двухтактный) магнитный усилитель трансформаторной схемы. Такой усилитель имеет хорошее согласование по входу (за счет

0 трансформаторной входной обмотки ) . Нагрузкой двухтактных магнитных усилителей 11 на выходе являются низ- коомные проводники 3 моделирования вихревой пелены, прикрепленные к вы5 ходящим кромкам 6 модели 4, а транс-- форматорный выход хорошо согласуется с низкоомной нагрузкой, при этом в случаях некоторого искажения сигнала на выходе последовательно ста0 вится дополнительное низкоомное сопротивление (на чертеже не показано). До.тех пор, пока на входы магнитных усилителей 11 не подано управляющее напряжение Uy, ток в проводниках 3

g моделирования вихревой пелены не

протекает. Согласующие усилители 12,

14предназначены для развязки сигнала с генератора 1. Задатчики 13 и

15фазы.предназначены для подстройки 0 на синфазность сигналов в обмотке блока

2 и в проводниках 3 моделирования вихревой пелены с опорным сигналом, подаваемым на второй вход блока 10. Проводники 3 моделирования вихревой

45 пелены предназначены для создания циркуляционных потоков вокруг модели и за ней (спутный след|. Проводники 3 являются аналогами присоединенных и свободных вихревых жгутов,

0 возникающих при обтекании модели

вязкой несжимаемой жидкостью С газом). Резонансный усилитель, 18 предназначен для селективного (с целью повышения помехозащищенности усиления

55 сигналов с контрольных и измерительных датчиков. Фазовый детектор 19 предназначен для преобразования переменного сигнала,, поступающего на его вход, в аналоговый сигнал в виде

-

напряжения, полярность которого будет зависеть от соотношения фаз сигналов, поступающих на его входы, а амплитуда - от величины сигнала, поступающего с резонансного усилителя 18. В качестве фазового детектора может быть использован аналоговый перемножитель, выходное напряжение которого пропорционально произвдению входных напряжений U, и Ujf и масштабному коэффициенту К,. Цифровой вольтметр 21 предназначен для визуального наблюдения за величиной сигналов и для преобразования аналогового напряжения, поступающего на его вход, в цифровой код для его последующей подачи на цифропечатаю- щее устройство 20. Выход измерительного блока 10 служит для обеспечени возможности подключения ЭВМ для обработки результатов измерений. За- датчики 9 напряжения служат для подачи управляющих напряжений на вторые входы магнитных усилителей. В качестве данных блоков 9 могут быть использованы промьшленные блоки питания .

Устройство работает следующим образом.

От генератора 1 напряжения ультразвуковой частоты питания подают на обмотку блока 2 через последовательно соединенные согласующий усилитель 14, задатчик фаз 15 и усилитель 16, через согласующие усилители 12, задатчики фаз 13 на первые входы магнитных усилителей II, а также на второй вход измерительного блока 10. Магнитный поток, созданный током в обмотке блока 2, набегает под определнным углом на модель 4, при этом на контролирующих датчиках 5, установленных на выходных кромках 6 модели 4, наводится ЭДС, величина которой соответствует интенсивности перетекания магнитного потока в контрольных точках. Измеряют и- регистрируют величину ЭДС в контрольных точкак выходных кромок модели 4. При этом величины ЭДС соответствуют интенсивности перетекания магнитного потока относительно выходных острых кромок 6 модели 4 (т.е. регистрируют исходную величину ЭДС для данного угла атаки и данной модели, соответствующую рассогласованию по условию Чаплыгина-Жуковского U ,1 ,.. . ,U) . Данные действия производят при по36053

мощи контролирующих датчиков 5, блока 7 коммутации и измерительного блока, 10, Для этого производят последовательное подключение первой группы входов блока 7 к его выходу при помощи ключей 22-24. Затем отключают поток в блоке 2. Далее поочередно подают электрический единичный 10 сигнал (например, + 1 BJ от задатчи- ка 9 напряжения через магнитные усилители 11 на проводники 3 моделирова- ния вихревой пелены. Данные действия

производят при помощи переключате- 15 лей блока 7. Для этого подают единичный аналоговый сигнал с одного из блоков 9 (например, с блока 9, связанного с переключателем 28) в следующей последовательности. Замыкают 20 двухпозиционный переключатель 28 для подачи единичного управляющего сигнала с блока 9 на общую шину. Затем последовательно включают и выключают переключатели 30-32. При этом единич- 25 ный сигнал сначала через замкнутые контакты двухпозиционных переключателей 28 и 30 поступает на управляющий вход первого магнитного усилителя . В этом положении производят ре- 30 гистрацию показаний ЭДС всех контролирующих датчиков 5 при помощи последовательного подключения клю- чей 22-24. Двухпозиционный переклю чатель 30 выключают, а 31 включают и 35 данный единичный сигнал подают на управляющий вход второго магнитного усилителя. Вновь производят регистрацию всех контролирующих датчиков при помощи последовательного подклю 40 чения ключей 22-24. Таким же образом при помощи переключателя 32 подают единичный сигнал на управляющий вход последнего магнитного усилителя 1 1 и производят регистрацию пока- 45 заний ЭДС всех контролируемых датчиков 5. Затем возвращают двухпозиционный переключатель 28 в исходное положение. Таким образом, все переключатели и ключи оказываются в исход- 5Q ном положении и завершена регистрация всех исходных данных для систем уравнений. Уравнения, решение которых обеспечивает- точную настройку всей системы, составляют из следую- 55 щего-условия. При запитанных проводниках 3 моделирования вихревой пелены, на всех датчиках 5 будет наво-, дится ЭДС, которая на каждом из датчиков 5 представляет сумму ЭДС от

каждой пары проводников. Для вьшол- нения граничных условий, при запи- танных проводниках 3 моделирования вихревой пелены и при наличии потока в блоке 2, суммарная ЭДС на каждом из из датчиков 5 должна быть равна нуUz

0;

0;.

Щ/ ,и

U

.V

Uj о,

наводимая полем блока 2 на соответствующих датчиках 5; ЭДС, наводимая полем проводников 3, причем первый индекс при и - порядковый номер проводников 3, от которых наводится ЭДС.

Из электродинамики известно, что ЭДС индукционного датчика прямо пропорциональная магнитному потоку, в который он помещен, а также и электрическому току, вызьшающему этот . поток. Поэтому, если взять два ( или более) индукционных датчика, расположенных в различных местах относительно проводника с током, индуцируюИспользуя данные, полученные путе указанных действий, систему уравнений решают определяя величины ЭДС (11 ) необходимые для установки на выходах задатчиков напряжения 9. Определенные точным решением системы уравнений величины управляющих сигналов, подают на управ- ляющие входы магнитных усилителей 11 при помощи задатчиков 9 напряже

щего магнитный поток, то соотношение ЭДС этих датчиков при различных значениях тока в проводнике будет постоянным. В данном устройстве магнитные усилители I1 работают в линейном участке характеристики, поэтому соотношение ЭДС датчиков не зависит от величины управляющего сигнала магнитного усилителя, т.е.

и;,. у ,,,

и.

и

11

где и - ЭДС, наведенная полем проводников 3 моделирования вихревой пе30

лены при единичных управляющих сигналах, поступающих на магнитные усилители. II. Таким образом, система уравнений, определяющая величины напряжений, необходимых для их выстав- 25 ления на задатчиках 9 напряжения, имеет вид

ния и переключателей 27-32 блока 7 коммутации. При этом токи проводников 3 моделирования вихревой пелены создают магнитные потоки, наводящие ЭДС на контролирующих датчиках 5, равную соответственно

-и, , -Uj..... -Uj.

Далее включают питание блока 2 (включением усилителя 16J, при этом ЭДС,

наводимая на контролирующих датчиках 5 от поля блока равна.

и/, и,

и.

следовательно, суммарная (от поля блока 2 и поля проводников 3) ЭДС на контролир5пощих датчиках 5 равна нулю, что соответствует выполнению граничных условий Жуковского-Чаплыг на во всех контрольных точках. В этом положении производят снятия аэродинамических характеристик с модели 4 путем измерения сигналов при помощи измерительных датчиков 8, установленных в точках, определяемых потавленной задачей. Для этого сигналы с датчиков 8 подают на первый вход измерительного блока 10 через вторую группу входов блока 7 коммутации. Для этого включают ключи 25 26 блока 7. Регистрацию результатов измерений осуществляют визуально по показаниям цифрового вольтметра 21 и отпечаткой величин сигналов цифропечатающим устройством 20.

Применение устройства позволяет повысить точность моделирования за счет определения токов в проводниках моделирования вихревой пелены точным решением, а также позволяет повысить быстродействие за счет однозначной установки величин управляющих напряжений на магнитные усилители .

Формула изобретения

Устройство для исследования трехмер ных циркуляционных гидроаэродинамических полей, содержащее генератор напряжения ультразвуковой частоты, вькоды контролирующих датчиков, установленных на выходящих кромках модели из электропроводного материала.

15

20

- 10 р

3360538

блок задания магнитного поля в виде полого соленоида, во внутренней области которого размещены модель .из электропроводного материала и измерительные датчики, выходы измерительных датчиков соединены соответственно с входами первой и второй групп блока коммутации, блок регистрации, проводники моделирования вихревой пелены, установленные на выходящих кромках модели из электропроводного материала, отличающееся тем, что, с целью повьшения точ- ности -и быстродействия, в него введены группа задатчиков напряжения питания, измерительный блок, согласующий усилитель, задатчик фазы, усилитель и цепочки из последовательно соединенных согласующего усилителя, задатчика фазы и магнитного усилителя, причем выход генератора напряжения ультразвуковой частоты соединен с входом опорного напряжения измери- 25 тельного блока, с входом согласующего усилителя и с входами согласующих усилителей цепочек, выход согласующего усилителя через задатчик фазы соединен с входом усилителя, вькод которого подключен к обмотке полного соленоида блока задания магнитного поля, выходы магнитного усилителя каждой цепочки соединены с проводниками моделирования вихревой пелены, выходы задатчиков напряжения питания группы соединены с третьей группой входов блока коммутации, г руппа выходов которого соединены с управляющими входами магнит30

35

ных усилителей соответствующих цепочек , выход блока коммутаций подклю - чен к входу измерительного блока, выход которого соединен с входом блока регистрации.

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано при решений задач аэрогидродинамики, в частности при исследовании пространственного поступательно-циркуляционного обтекания тел. Цель изобретения - повышение . точности и быстродействия. Цель дос- тигается введением в устройство группы задатчиков напряжения питания, измерительного блока, согласующего усилителя, задатчика фазы, усилителя и цепочки из последовательно сое диненных согласующего усилителя, задатчика фазы и магнитного усилителя. Применение данного устройства позволяет повысить точность моделирования за счет задания точных значений управляющих сигналов с задатчиков напряжения на магнитные усилители. Это обеспечивает точное соблюдение граничного условия Чаплыгина-Жуковского на модели вихревой пелены. За счет одноразового определения и задания токов провддника.х моделирования вихревой пелень повышается быстродействие устройства. 1 ил. (Л со со ел со