УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ПОСТУПАТЕЛЬНО-ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ ПОТОКОВ Советский патент 1971 года по МПК G06G7/57 

Изобретение относится к средствам аналоговой вычислительной техники.

Устройства для моделирования трехмерных поступательно-циркуляционных потоков невязкой несжимаемой жидкости при обтекании твердых тел, содержащие модель обтекаемого тела из диамагнетика, блок питания, измерительный блок, контролирующие и измерительные датчики, известны.

Предложенное устройство отличается тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, оно содерл ит блок задания неременного однородного магнит1ного поля, блок трансформаторов, кнопочный пульт управления и блок реле с автонереключателем и синхронизатором.

Блок задания переменного однородного магнитного поля в виде колебательного контура с обмоткой на диэлектрическом каркасе, в рабочей части которого расположена модель обтекаемого тела с установленными на ней контролирующими и измерительными датчиками, подключен с помощью проводников, моделирующих пелену свободных вихрей, к блоку трансформаторов тока. Вход блока трансформаторов соединен с блоком питания, содержащим систему вращающихся воздущных трансформаторов, образующих совместно с каждой парой проводников, моделирующих пелену свободных вихрей, и конденсатором.

соединенным с ним последовательно, резонансный колебательный контур, а контролирующие и измерительные датчики блока задания переменного однородного магнитного поля через блок реле, соединенный но входу с кнопочным пультом управления, подключены к измерительному блоку.

Па чертел е изображена блок-схема устройства. Устройство содержит следующие блоки:

-блок / задания однородного переменного магнитного поля ультразвуковой частоты (магнитную кабину) с моделями обтекаемых тел 2, линейными проводниками 3, имитирующими

пелену свободиых вихрей в потоке за телом, измерительными 4 и контролирующими 5 индукционными датчиками;

- блок 6 трансформаторов тока с натяжным устройством для крепления проводников;

- блок питания 7, содержащий систему воздушных трансформаторов 8 и электронный генератор 9 ультразвуковой частоты с выходами на магнитную кабину, воздущные трансформаторы и измерительный блок;

- кнопочный пульт 10, управляющий блоком реле с автопереключателем и синхронизатором;

-блок реле 11, переключающий измерительные 4 и контролирующие 5 индукционные

- измерительный блок 12, позволяющий измерять комненсациопным методом напряжения, индуцируе.мые в катушках измерительных и контролирующих датчиков и выходные наирял ения блока 6 в долях опорного напряжения.

Блок 1 задания однородного неремеиного магнитного ноля (магнитная кабина) нредставляет еобой соленоид ироизБОльной формы, витки которого расиоложены но расчетной разметке, определяемой из условия однородности магнитного ио.тя но всему объему соленоида.

Генератор однородного магнитного ноля представляет собой прямоугольный тороид с прямоугольным поперечным сечением, витки которого расположены ио расчетной разметке. Тороид состоит из двух основных частей: .магнитной кабины с равномерной обмоткой и IIобразного соленоида для замыкания магнитного потока магнитной кабины. Устранение рассеивания магнитного потока вызвано влиянием его на высокочувствительную аппаратуру измерит ельной схе.мы установки, а помехами, влияющими на работу устройств, находящихся рядом с магнитной кабиной. Параллельно обмотке тороида подключена батарея емкостей, образующая вместе с ней колебательный контур.

Внутри каоины устаиавливают металлическую модель 2 обтекаемого тела, к выходящи.м кромка.м которой припаивают нроводиики 3, имитирующие пелену свободных вихрей в нотоке за телом. Для натяжения проводников служат иружины, вмонтированные в натяжные ролики в блоке 6.

Каждый двухкомпонентный индукционный датчик 4 состоит из двух идентичных катущек, оси которых расиоложены ортогонально друг к другу. Конструктивно они выполнены в виде цилиндрических катушек, укрепленных в плоском диске. Двухкомионентные датчики предназначены для измерения вектора магнитной индукции на поверхности модели или экрана.

Трехкомпонентный датчик содержит три идентичные катущки, аналогичные катущкам двухкомионентного датчика. Он иредназначен для измерения трех составляющих вектора магнитной индукции в нроизвольиой точке иространства. Конструктивно датчик оформлен в виде кубика с дер мателем, в трех гранях которого на минимальном удалении от угла, образованного эти.ми гранями, установлены катущки. Оси катущек строго ортогональны друг к другу.

Датчик нотенциалов представляет собой гибкий двухслойный соленоид. Экранированный кабель от датчика идет к блоку реле. Сам соленоид также экранирован по всей длине электростатическим экраном. Датчик предназначен для построения сеток поля как на новерхиости модели, так н в ирострапстве около нее.

Датчик интеисивности набегающего потока представляет собой катушку, витки которой уложены на тонком диске, подсоединенную

экранированным кабелем к блоку реле. Датчик измеряет интенсивность однородного нотока при вычислении величииы безразмерной циркуляции ири моделировании поступатель5 но-циркуляционного обтекаиия тел.

Двухко.мпонеитный датчик для измерения полного вектора магнитной индукции аналогичен двухкомнонентно.му датчику, описанному выше, но в отличие от него одна катушка под0 ключепа ко вспомогательному усилителю с иуль-индикатором, а кабель от второй катущки - к блоку реле. Измерения проводятся следующим образом: датчик устаиавливают на модель и поворотом вокруг его оси, иериенди5 кулярной плоскости диска, добиваются минимальных показаний на нуль-индикаторе вспомогательного ус лителя. Это значит, что плоскость витков катущки, подключенной к усилителю, совпадает с направлением силовых

0 лиинй поля на модели. Плоскость витков второй катушки автоматически устанавливается строго нерпендикулярио силовым линиям и. следо15ательно, величина, которая из.меряется эти.м датчиком, оказывается полным вектором

5 индукции.

При моделировании нелепы свободных вихрей используют контролирующпе индукционные датчики 5. Датчики первого рода для контроля выполнения на выходящих острых кро.мках обтекаемого тела граничного условия первого рода

( - - .S.V) содержат две небольшие идентичные катушки, укрепленные соосно в зажиме таким образо.м, чтобы оси их были ортогональны обтекаемой острой кромке при устаиовке датчика на модели тела. Катушки соединены навстречу друг другу, и в однородном магнитном поле напряжение в измерительной цепи равно нулю, вне завнсимости от направлепия оси датчика.

Датчики второго рода для контроля выполиеиия на выходящих кромках обтекаемого тела граничного условия второго рода (В i

.6/ ) конструктикио оформлены аналогично 11редыдуш,пм, одиако их измер1 тельные катушки, расиоложепиые вплотную к боковому торцу зажилта, соединены таким образом, что при

равиых по величине и противоположно направленных потоках магиитиой ипдукщщ через каждую пз катушек ток в цепи датчика равен нулю. В датчиках третьего рода для контроля выполиения в .модо.ли условия непротекания через вихревую нслену на равных расстояннях от середииы иа боковой стороне цилиндра ироточены два круговых паза, в которые уложены две катушки. Вдоль диаметра сделано отверстие для закрепления на проводнике, имитирующем вихревую иить.

Датчик регистрирует значение магнитной иидукции от всей системы проводников и модели тела, включая элемент проводника с тока. При расположении катушки в плоскости силовых линий магнитного поля ток в цепи датчика отсутствует, и, следовательно, элемент проводника, схваченный контуром катушки датчика, расположен в магнитном поле по линии тока.

Блок 6 трансформаторов тока с натяжным устройством для крепления проводников, имитирующих вихревую пелену, состоит из десяти ограниченно регулируемых воздуплных трансформаторов тока и десяти реле, включенных в общий магнитный экран. Первичные обмотки трансформаторов ключены последовательно в каждый канал, который представляет собой контур, состоящий из вторичных обмоток воздущных трансформаторов, батарей емкости и двух имитирующих пелену проводников, соединенных последовательно. Вторичные обмотки этих трансформаторов подключены при помощи реле через общий кабель к измерительному блоку.

Блок трансформаторов тока предназначен для измерения токов в проводниках при определении интенсивности вихрей (циркуляции). После первичных обмоток трансформаторов кабели питания проводников распределяются по натяжным роликам, натягиваемым установленными внутри них пружинами. Блок трансформаторов тока и натяжные ролики смонтированы на деревЯНной консоли, укрепленной за торцом магнитной кабины.

Блок питания 7 предназначен для пптапия магнитной кабины и системы линейных проводников. С разделительного трансформатора блока снимается опорное напряжение, в долях которого измеряются все величины напряжения.

Блок питания содержит электронный генератор 9 переменного тока частотой 25 кгц с двумя независимыми выходами мощностью по 80 вт с напряжениями, сдвинутыми по фазе на 90°. Генератор служит источником напряжения частотой 25 кгц.

Регулируемые воздушные трансформаторы 8 предназначены для питания проводников, имитирующих вихревую пелену. Двадцать трансформаторов объединены по два в десять комплектов. В комплекте трансформаторы установлены соосно, так что ось нижнего проходит внутри полой оси верхнего. Каркасы для первичных обмоток выполнены из фанеры в виде прямоугольных тороидов с прямоугольным поперечным сечением.

Первичная обмотка уложена на каркас но разметке, произведенной с учетом отсутствия рассеянного магнитного потока. Внутри каркаса расположена двойная вторичная обмотка, выполненная бескаркасно сразу двумя проводами. Она может поворачиваться вокруг продельной оси на 380°.

С выходного трансформатора генератора 9 нанряжение поступает на первичные обмотки воздущных трансформаторов 5 каждого комплекта. Первичные обмотки каждого трансформатора с параллельно включенными е.мкостями образуют колебательные контуры с резонансной частотой 25 кгц.

Вторичные обмотки каждого воздушного трансформатора соединены последовательно попарно со вторичными обмотками другого трансформатора того же комплекта. Последовательно со вторичными обмотками включены батареи емкостей, которые с проводниками образуют последовательный колебательный контур, настроенный на частоту 25 кгц.

Один комплект воздушных трансформаторов позволяет регулировать величину и фазу тока одповременно в двух контурах раздельным регулированием двух токов, находящихся

Б квадратуре. Подбором величины этих токов можно получить результирующий ток любой фазы (0-360°) и величинь (О-2а).

Сдвоенные обмотки воздущных трансформаторов позволяют получить одновременно два

синхронно изменяющихся тока в раздельных цепях, необходимых при исследовании обтекания симметричных моделей.

С выходного трансформатора генератора 9 иодаются также напряжения: на магнитную

кабину, к обмотке которой параллельно подсоединена батарея конденсаторов (резонанс; ая частота контура 25 на первичную обмотку воздушного трансформатора опорного напряжения; на тороидальный воздушный

трансформатор, компенсирующий ток в теле пллпнлра. моделирующего например, кольцевое крыло.

Кнопочный пульт W содержит 90 контактных кнопок для управления реле, которые подключа ют коптролирующие и измерительные датчики через общий кабель к измерительному блоку. Конструктивно оформлен в виде металлической коробки с плата МП. содержащими кнопки. Fla лицевую панель выведена сигналыая лампочка, загорающаяся при одновремеппом нажатии двух кнопок, которое может привести к ошибкам при измерениях.

Блок реле // содержит 90 реле, устройство для их питания и переключатель, автоматически 11ереключаюн11 Й контролирующие датчики при выполнении условия согласования иптенси .постп составляющих полей.

Автопепеключатель содержит шаговый искатель. синхронизатор и .двигатель с редуктором, приводящим во впащение щетки шагового искателя и ротор синхронизатора. Напряжение с К011тролпр -юп1их индукционных дагчпков поступает на неподвижные ламели шагового искателя, щетки ротора последнего обегают по очереди все ламели, и сиимаемое с них нанряжение подается через усилитель на вертикальные пластины осциллографа. Синхрои1 зипуется изображение при помощи напряжения, поступающего со статора синхронизатора, ротор которого питается постоянным током. Таким образом, на экране осциллографа получается одновременное изобрал ение величин и напряжений всех контролирующих

Включением двигателя и подачей напряжения на синхронизатор управляют с кнопочного пульта.

Измерительные индукционные датчики подключены к измерительному блоку 12, управляемому с кнопочного пульта реле.

Блок располол ен над магнитной кабиной. В дне его корпуса установлены шесть разъемов для подключения датчиков. Разъемы для подключения питания и проводов управления находятся сбоку.

Измерительный блок представляет собой потенциометр переменного тока прямоугольнокоординатного типа с безотсчетной компенсацией квадратурной составляющей измеряемого напряжения.

В магнитной кабине / устанавливают модель обтекаемого тела 2 из хорошо проводящего металла. Присоединив к выходящим кромкам модели проводники 3, имитирующие пелену свободных вихрей за телом, устанавливают контролирующие индукционные датчики 5, включают блок питания 7, содержащий воздущные трансформаторы 8 и электронный генератор 9. После этого включают напряжение питания обмотки генератора однородного переменного магнитного поля. Подстроив резонанс во всех колебательных контурах устройства, включают автонсреключатель и методом последовательных приближений изменением тока, текущего по проводникам, и их взаимного расположения выполняют условия первого. второго и третьего рода, что соответствует выполнению на модели аналога условия Чаплыгина-Жуковского и условия отсутствия свободных вихрей через пелену.

Выполнение условия Чаплыгина-Жуковского соответствует выравниванию по модулю величины магнит1ной индукции сверху и снизу вблизи острой кромки, что равносильно равенству нормальных к кромке величин вектора магнитной индукции на обеих плоскостях, образующих кромку модели (условие первого рода) и равенству величин составляющих вектора магнитной индукции вдоль острой кромки (условие второго рода). Выполнение условия первого рода контролируют с помощью датчиков, устанавливаемых на кромке посередине между проводниками, второго рода - с помощью датчиков, устанавливаемых в точках присоединения проводников к кромке модели.

Выполнение условия третьего рода - отсутствия перетекания через пелену - контролируют по нулевым показаниям датчиков третьего рода, устанавливаемых на проводниках. Условие выполняется методом последовательных изменений поверхности, образуемой проводниками, с помощью специального координатного устройства.

После выполнения условий первого, второго и третьего рода с помощью блока реле 11, управляемого с кнопочного пульта W, подклЕочают к измерительному блоку 12 выходы трансформаторов тока, установленных в блоке 6, и измеряют величины токов, текущих в каналах, распределение которых соответствует распределению интенсивностей вихрей, образующих иелену. Это позволяет определить суммарную циркуляцию скорости и ее распределение при моделировании крыльев конечного размаха.

Составляющие безразмерной скорости по поверхности и в пространстве измеряются двухкомпонентными и трехкомпонентными датчиками, потенциалы - датчиком потенциалов. Датчики 5 подключаются к измерительному блоку 12 блоком 11, реле которого управляются с пзльта 10.

Папряжение, поступающее с измерительпых датчиков на потенциометр измерительного блока 12, вызывая разбаланс нуль-индикатора.

Вращая ручку регулировки квадратурной составляющей опорного напряжения, сводят к минимуму показания нуль-индикатора. Затем, вращая ручку декадного переключателя и реохорда, сводят показания пуль-индикатора к более глубокому мипимуму. Продолжая эти операции, добиваются нулевых показаний нуль-индикатора при максимальной чувствительности. Отсчет, снимаемый со шкал реохорда и переключате; я, пропорционален измеряемой величине э.д.с. датчика.

Предмет изобретения

Устройство для моделирования трехмерных поступательно-циркуляционных потоков, содержащее модель обтекаемого тела из диамагнетика, блок питания, измерительный блок, контролирующие и измерительные датчики, отличающееся тем, что, с целью расщирения класса рещаемых задач, оно содержит блок

задания переменного однородного магнитного поля, блок трансформаторов, кнопочный пульт управления и блок реле с автопереключателем и синхронизатором; причем блок задания переменного однородного магнитного поля, выполненный в виде колебательного контура с обмоткой на диэлектрическом каркасе, в рабочей части которого расположена модель обтекаемого тела с установленными на ней контролирующими и измерительными датчиками,

подключен с помощью проводников, моделирующих пелену свободных вихрей, к блоку трансформаторов тока, вход которого соединен с блоком питания, содержащим систему вращающихся воздущных трансформаторов,

образующих совместно с каждой парой проводников, моделирующих пелепу свободных вихрей, и конденсатором, соединенным с ним последовательно, резонансный колебательный контур; а контролирующие и измерительные

датчики блока задания переменного магнитного поля через блок реле, соединенный по входу с кнопочным пультом управления, подключены к измерительному блоку.