Научный журнал
Международный журнал экспериментального образования

ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,431

СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ НЕСТАЦИОНАРНОГО АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

Башуров В.В. 1 Гилев В.М. 1, 2 Саленко С.Д. 2 Слободской И.В. 2 Шпак С.И. 1
1 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН
2 Новосибирский государственный технический университет
1. Кураев А.А., Обуховский А.Д., Однорал В.П., Подружин Е.Г., Саленко С.Д. Лабораторный практикум по аэродинамике. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. – 52 с.
2. Гилев В.М., Батурин А.А., Саленко С.Д., Слободской И.В. Автоматизация сбора и обработки данных при проведении экспериментов в учебной аэродинамической трубе // Международный журнал экспериментального образования. – 2010. – № 7. – С. 112–114.
3. Гилев В.М., Саленко С.Д., Слободской И.В. О стабилизации скорости потока в рабочей части аэродинамической трубы // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2013. – № 8–3. – С. 130–131.
4. Грек Г.Р., Бойко А.В., Гилев В.М., Зверков И.Д., Сорокин А.М. Автоматизированная система сбора термоанемометрической информации в аэрофизическом эксперименте // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 5–1. – С. 11–14.
5. Башуров В.В., Гилев В.М., Саленко С.Д., Слободской И.В., Шпак С.И. Автоматизированное управление экспериментальным оборудованием аэродинамической трубы дозвуковых скоростей // Современые наукоемкие технологии. – 2014. – № 10. – С. 128–130. – URL: http://www.rae.ru/snt/?section=content&op=articles&month=10&year=2014.
6. Башуров В.В., Гилев В.М., Саленко С.Д., Слободской И.В., Шпак С.И. Автоматизированный сбор данных и управление нестационарным аэродинамическим экспериментом // Индустриальные информационные системы (ИИС-2015) (Новосибирск, 20–24 сент. 2015 г.): сборник тезисов докладов Всероссийской конференции с международным участием. – Новосибирск: КТИ ВТ СО РАН, 2015. – С. 10–11. – URL: http://conf.nsc.ru/files/conferences/iis2015/291418/Pr_IIS2015.pdf.

Представлены аппаратно-программные средства автоматизации нестационарного аэродинамического эксперимента. С помощью данных средств обеспечивается сбор экспериментальных данных, а также управление отдельными элементами аэродинамической трубы.

Введение. В представляемой работе описывается система автоматизированного управления и сбора информации аэродинамического эксперимента. В качестве объекта управления используется аэродинамическая труба дозвуковых скоростей Т-503 кафедры аэрогидродинамики (АГД) НГТУ с открытой рабочей частью.

В Новосибирском государственном техническом университете (НГТУ) проводятся фундаментальные и прикладные научные исследования в области нестационарной аэродинамики. Для выполнения подобных исследований, а также обучения студентов, магистрантов НГТУ основам аэродинамики и гидромеханики на кафедре аэрогидродинамики университета используется аэродинамическая труба дозвуковых скоростей Т-503 [1]. Данная установка является аэродинамической трубой замкнутого типа с открытой рабочей частью и имеет следующие основные характеристики:

– рабочий диапазон скоростей от 0 до 60 м/с;

– диаметр рабочей части 1,2 м, длина 2 м;

– неравномерность скорости в ядре потока диаметром 0,8 м не более 0,8 %;

– степень турбулентности без турбулизирующих устройств около 0,3 %.

Для обеспечения эффективной работы аэродинамической трубы в настоящее время создается система управления и сбора данных для указанной физической установки [2].

Управление и сбор экспериментальных данных производится с использованием персональной ЭВМ (ПЭВМ) с подключенными к ней, серийно выпускаемыми многофункциональными модулями ввода-вывода (Е14-440 фирмы «L-Card»), счетчиками (СИ30 фирмы «ОВЕН»), подсоединенными через USB-порт, и термоанемометром ТПС3-2, подключенным через COM-порт.

Поток воздуха в трубе создается вентилятором с электродвигателем постоянного тока 120 кВА, получающим питание от управляемого преобразователя (выпрямителя). Датчик скоростного напора, ПИД-регулятор, реализованный в ПЭВМ, аналоговый выход модуля Е440 и преобразователь позволяют поддерживать скорость потока с высокой точностью [3].

3-осевой координатник позволяет перемещать исследовательские зонды в пределах рабочей части трубы (1,2×1,2×2,0 м). Ходовые винты, снабженные двигателями постоянного тока и энкодерами, позволяют позиционировать измерительный зонд с точностью 0,1–0,2 мм. Двигатели управляются при помощи реле, подключенными к плате ввода-вывода, энкодеры подключены к счетчикам СИ30. Кроме этого, имеется возможность менять курсовой угол зонда. Для этого используется цепочка «двигатель – энкодер – счетчик».

В качестве зонда может выступать 3-осевой термоанемометр ТПС3-2 [4].

Модель, помещенная в поток, может менять под управлением ПЭВМ угол наклона. Для этой цели используется Альфа-механизм, также, реализованный с применением цепочки «двигатель – энкодер – счетчик».

Таким образом, с помощью ПЭВМ обеспечивается управление, как вводом экспериментальных данных, так и непосредственно работой экспериментальной установки при подготовке и проведении эксперимента. Здесь же осуществляется обработка вводимых данных, их накопление, отображение в требуемом виде. С использованием представляемой системы производиться сбор данных, как с датчиков пользователя, так и ввод технологической информации о параметрах потока в аэродинамической трубе [5].

Программное обеспечение системы реализовано в рамках системы LabVIEW. Пользователь имеет на экране все необходимые виртуальные кнопки для задания режима работы и управления установкой.

Ниже представлен перечень программно-технических комплексов и выполняемых ими функций, с помощью которых производится управление как самой экспериментальной установкой, так и ходом проведения в ней экспериментов:

1. Аэродинамические тензовесы. Предназначены для измерения сил и моментов сил, действующих на исследуемую модель в процессе проведения эксперимента. Использование аэродинамических весов позволяет определить силу лобового сопротивления, подъемную силу, момент тангажа испытываемой модели.

2. Альфа-механизм. С помощью альфа-механизма по команде экспериментатора производится установка требуемого угла атаки, под которым испытываемая модель устанавливается в рабочей части аэродинамической трубы. Данный механизм позволяет проводить экспериментальные исследования моделей под разными углами атаки. Изменение угла атаки в процессе проведения эксперимента может производиться как ручным способом, так и в автоматическом режиме по заранее заданной программе с погрешностью не более ±0,1°.

3. Координатное устройство (или, просто, координатник). Это устройство, предназначенное для перемещения измерительного датчика (например, датчика термоанемометра) в трехмерном пространстве рабочей части аэродинамической трубы по координате и по углу. Таким образом, можно измерять профили скорости потока и их пульсаций, распределения давления в различных сечениях аэродинамической трубы. Перемещение датчика может производиться как ручным способом, так и в автоматическом режиме по заранее заданной программе.

4. Главный двигатель вентилятора аэродинамической трубы. Обеспечивает вращение вентилятора для создания в трубе воздушного потока. Система осуществляет управление и поддержание постоянства скорости потока в аэродинамической трубе за счет формирования сигналов для цепи управления тиристорным приводом главного двигателя аэродинамической трубы [3].

Управление скоростью потока и поддержание ее постоянства осуществляется на основе алгоритмов PID-регулирования.

Заключение. К настоящему времени отработаны основные алгоритмы ее функционирования системы управления и сбора данных аэродинамической трубы [6]. Разработаны также аппаратных и программных средства для управления экспериментальным оборудованием аэродинамической трубы. Осуществляется разработка и тестирование АРМ оператора, с помощью которого производится взаимодействие пользователя с экспериментальным оборудованием аэродинамической трубы.

Представляемая работа выполнялась при финансовой поддержке грантов РФФИ № 14-07-00421 и 12-07-00548.


Библиографическая ссылка

Башуров В.В., Гилев В.М., Гилев В.М., Саленко С.Д., Слободской И.В., Шпак С.И. СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ НЕСТАЦИОНАРНОГО АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 12-1. – С. 33-35;
URL: http://expeducation.ru/ru/article/view?id=8677 (дата обращения: 23.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074