Устройство для решения задач аэрогидромеханики Советский патент 1987 года по МПК G06G7/70 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для решения задач аэрогидромеханики, в частности для исследования циркуляционно-поступа- тельного обтекания твердых тел трех- ,мерным потоком идеальной жидкости.

Цель изобретения - повышение точ- -ности и производительности устройства.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства;на фиг. 2 - векторные диаграммг.

Устройство содержит блок моделирования воздушной среды, выполненный в виде соленоида i, модель несущей поверхности летательного аппарата, выполненную в виде прямоугольной пластины из диамагнетика 2, узел моделирования вихревого следа, выполненный из двух металлических электродов 3, блок 4 питания высокой частоты, измерительный индукционньй датчик 5, контролирующий индукционный датчик 6, индукционный датчик 7 опорного сигнала, блок 8 питания низкой частоты, трансформатор 9, фильтр 10 высоких частот, нуль-органы 11 и 12 фильтры 13 и 14 высоких частот, коммутатор 15, ключи 16 и 17, интеграторы 18 и 19,коммутатор 20, фильтры 21 и 22 нижних частот и блок 23 ре- гистрации.

Устройство работает следующим образом.

Отличие принципа предлагаемого устройства от известного заключается в том что в соленоиде 1 одновременно создаются два переменных электромагнитных поля,, одно льтразву- ковой частоты (25 - 150 кГц) и другое низкой частоты ( 1 кГц),Кроме того, измерения проводятся по двум каналам: высоко- и низкочастотному.

Для поля ультразвуковой частоты металлическая модель непрозрачна, так как возникающие в поверхностном слое металла токи (скин-эффект) создают собственное магнитное поле, компенсирующее внешнее поле в объеме модели, т.е. высокочастотное поле огибает металлическое тело, за счет чего и выполняется граничное условие непротекания его поверхности.

Характеристики НЧ-магнитного поля не зависят от размеров, и пространственного положения исследуемого объекта, так как практически не

5

0

5

вызывая с кин-эффекта, оно пронизывает металлическое тело без искажения. Если соленоид 1 построен так,что НЧ и ВЧ магнитные поля в нем однородны и равномерны, то измерение компонент вектора магнитной индукции НЧ-поля позволяет вычислить угловые координаты произвольно ориентированного измерительного /датчика в заданной системе координат.

Для простоты рассмотрим двумерное поле (фиг. 2). На диаграммах XOY - система координат, связанная с измерительным датчиком; В,, ,5 ,, ,,- компоненты магнитной индукции НЧ-поля в системе координат ХСУ, меходу осями систем координат XOY и XOY определяющие простра.нственное положение измерительного датчика, помещенного в заданную мерную точку,вычисляются из соотношений

1- В 90

/3 arc tg

IB.

х Н

(1)

Проведя одновременно тем же датчи- ком измерения компонент ЕЧ-поля Б,.

и

V

ЕЧ

ач в той же точке, аолучают данные о компонентах и направлении вектора магнитной индукции ВЧ-поля,возмущенного моделью, в связанной с соленоидом 1 системе координат;

iBxIex : с о S о/ ;

|Вх1

XI 84

COS /5 +

V и

I В j I ЦК

xsin ;

V 6 Ч

COS - iBxU.

(2)

.. arctg I

IAU / )

Таким образом, предлагаемое уст- ройство позволяет получить полную информацию о векторе магнитной индукции возмущенного поля при произвольном положении измерительного датчика в заданной точке. Следователь- но, гфи проведении измерений нет необходимости ориентировать да.тчик специальным образом,

В соленоид 1, запитанньй от двух блоков 4 и 8 питания через трансфор- матор 9, устанавливают пряг гоуголь- ную пластину 2 из диамагнетика.Выходные кромки пластины 2 подсоединяют системой из двух электродов 3, моделирующих пелену свободных вихрей в

3

потоке за телом, к ВЧ-блоку 4 пита- ния.На достаточном удалении от пластины 2, там где НЧ и ВЧ магнитные поля не искажены присутствием . модели в соленоиде 1 устанавливают датчик 7 опорного сигнала так, что ось его катушки совпадает с вектором магнитной индукции невозмущенных НЧ и ВЧ полей, т.е. параллельно продольной оси соленоида.

На пластину 2 в заданных точках помещают контролирующие датчики 6. С помощью ВЧ-блока А питания в электродах 3 задают такие токи, что на выходных кромках пластины 2 выполняется условие схода потока, заданное при моделировании, например условие, аналогичное постулату Чаплыгина-Жуковского.Затем Б заданных точках на поверхности пластины 2 и в окружающем ее пространстве производят измерения векторов магнитной индукции НЧ и ВЧ полей с помощью изме- ритехГьных датчиков 5.

Измерения производятся следующим образом. С датчика 7 опорного сигнала снимаются синусоидальные напряжения, пропорциональные величинам магнитных индукций НЧ и ВЧ полей,созданных в солениоде 1, и подаются в фильтры 10 и 21, где происходит разделение низкочастотной и высокочастотной составляющих опорного напряжения, НЧ и ВЧ составляющие опорного напряжения поступают соответственно в НЧ и ВЧ нуль-органы 11 и 12, кото- пые вырабатывают импульсные сигналы прямоугольной формы с частотой НЧ и ВЧ сигналов во время, соответствующее 1/4 периодов синусоид НЧ и ВЧ составляющих опорного сигнала, и подают их на управляющие входы НЧ и ВЧ ключей 16 и 17.

Сигнал с измерительного датчика 5 проходит фильтры 13 и 22 и так же как и опорный сигнал, разделяется на НЧ и ВЧ составляющие, имеющие вид синусоидальных напряжений,пропорциональных величинам магнитных индукций НЧ и ВЧ полей. НЧ-составляю- щая подается на сигнальный вход НЧ- ключа 16 непосредственно,а ВЧ-состав ляющая на сигнальный вход ВЧ-ключа 17 через коммутатор 15. Ключи 16 и 17 преобразуют переменные измеряемые напряжения в импульсные сигналы временные характеристики которых тождественны управляющим сигналам,пос

тупающим с нуль-органов 11 и 12,а амплитуды - соответствуют амплитудам НЧ и ВЧ составляющих напряжений измеряемого сигнала в момент проведения измерений.Импульсные сигналы, вырабатываемые ключами 16 и 17,поступают в НЧ и ВЧ интеграторы 18 и 19, где преобразуются в постоянные напряжения, величины которых пропорциональны усредненным (за время измерения) значениям амплитуд с троби- рованньгх НЧ и ВЧ-сигналов. Постоянные напряжения подаются на входы вто- рого коммутатора 20, а затем в блок

23 регистрации В

В

Вв,

0

вч

В

у ВЧ

В.

64

Блок 23 регистрации обрабатывает поступающую информацию по заданному формулами (1) и (2) алгоритму и выдает значения компонент вектора магнитной индукции - аналога вектора скорости - в связанной с магнитной кабиной системе координат. Далее по 5 известным соотношениям вычисляются значения относительных скоростей

В

ВЦ

Vi

и pog

1 - (VJ

в,

коэффициентов давлений

0

5

0

5

0

5

Р; 1 - (.V. И других характеристик векторных полей..

Контролирующие датчики 6 устанавливаются на пластине 2 одноразово при подготовке эксперимента для кон- троля выполнения заданного граничного условия схода потока с выходных кромок. Оси катушек контролирующих датчиков 6 ориентируются по нормали к вьпсодным кромкам, т.е. определять их положение относительно модели и магнитной кабины нет необходимости, поэтому измерение сигналов, поступающих с контролирующих датчиков,производится только по ВЧ- тракту. С этой целью напряжение,снимаемое с контролирующих датчиков 6, фильтруется от НЧ-составляющей фильтром 14 выделения высокой частоты и подается через коммутатор 15 в высокочастотный измерительный канал.

Предлагаемое устройство для реще- ния задач аэрогидромеханики и для моделирования трехмерных векторных потоков выполнено достаточно простыми техническими средствами. По сравнению с известными моделирующими устройствами предлагаемое обеспечивает более простую технологию и повышает производительность моделирования за счет исключения операции ориентирования измерительного датчика при установке его в заданные мерные точки при исследовании трехмерных полей скоростей на поверхности исследуемого тела и в окружающем его пространстве и,кроме того, повышает точность.

Формула изобретения Устройство для решения задач аэрогидромеханики, содержащее блок моделирования воздушной среды, выполненный в виде соленоида, модель несущей поверхности летательного аппарата,выполненную в виде прямоугольной пластины из диамагнетика, узел моделирования вихревого следа, выполненный из первого и второго металлических электродов, первые выводы которых подключены соответственно к первой и второй фазным выходным клеммам блока питания высокой частоты,измерительный индукционный датчик, контролирующий индукдионный датчик, первый коммутатор, первый ключ, выход которого соединен с входом первого интегратора, первый нуль-орган,индукционный датчик опорного сигнала, расположенный в одной половине внутренней полости Соленоида, внутри вблизи другого торца которого размещена прямоугольная пластина из диамагнетика, к первой и второй боковым сторонам которой прикреплены вторые выводы соответственно первого и второго металлических электродов, между которыми на поверхности прямоугольной пластины из диамагнетика размещен контролирующий индукционный датчик, измерительный индукционный датчик, расположенный в другой половине внутренней полости- соленоида над прямоугольной пластиной из диамаг не- тика, отличающееся тем, что,г целью повышения точности, в

него введены второй нуль-орган,три фильтра йысоких частот, два фильтра нижних частот, блок питания низкой частоты, трансформатор,второй ключ второй интегратор и второй коммутатор, выход которого подключен к входу блока регистрации, первый и второй фазные выходные клеммы блока питания низкой частоты подключены к выводам первой первичной обмотки трансформатора, выводы второй первичной обмотки которого соединены с первой и. второй фазными выходными клеммами блока питания высокой частоты, выводы вторичной обмотки трансформатора подключены к паре выводов, соленоида, выход контролирующего индукционного датчика через первый фильтр высоких частот подключен к первому информационному входу первого коммутатора, второй информационный вход которого через второй фильтр высоких частот соединен с выходом измерительного индукционного датчика и с вхо дом первого , фильтра нижних частот, выход которого подключен к информационному входу первого ключа, управляющий вход которого через второй нуль-орган соединен с выходом второго фильтра нижних частот, вход которого подключен к выходу индукционного датчика опорного сигнала и с входом третьего фильтра высоких частот5 выход которого через первый нуль-орган подключен к управляющему входу второго ключа, информационный вход которого соединен с выходом первого коммутатора,выход второго ключа через второй интегратор соединен с первым информационным входом второго коммутатора, второй информационный вход которого подключен к выходу первого интегратора,управляющие входы первого и второго коммутаторов являются входом пуска уст-ройства.

за-

. . - - s a

.ЗР Я fiv

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для решения задач аэрогидромеханики. Цель изобретения - повышение точности и надежности работы. Устройство содержит блок моделирования воздушной среды, выпол- ненный в виде соленоида 1, модель несущей поверхности летательного аппарата, выполненную в виде прямоугольной пластины 2 из диамагнетика, узел моделирования вихревого следа, выполненный из двух металлических электродов 3, блок 4 питания высокой частоты, измерительный индукционный датчик 5, контролирующий индукционный датчик 6, индукционный датчик 7 опорного сигнала, блок 8 питания низкой частоты, трансформатор 9, фильтр 10 высоких частот, нуль-органы 11, 12,фильтры 13, 14 высоких частот, коммутатор 15, ключи 16,17,интеграторы 18,19,коммутатор 20, фильтры 21, 22 нижних частот, блок 23 регистрации. Устройство позволяет повысить точность и надежность работы за счет решения поставленной задачи более простыми техническими средствами. 2 ил. с S (Л оэ СП . сриг.1

Составитель В.Рыбин Редактор И.Николайчук Техред И.Попович:..

Заказ 5284/48 Тираж 671Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

п6 делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор О.Кравцова