Модель движущегося объекта

 

Сущность изобретения: устройство содержит датчик скорости, подключенный к регистратору, источник переменного тока, диэлектрические тела вращения, снаружи которых размещены кольцевые электропроводники, наборы кольцевых электропроводников, переменные сопротивления, стойки и набор дополнительных диэлектрических тел вращения. Диэлектрические тела вращения выполнены в виде шаров, снаружи каждого из которых расположены два кольцевых электропроводника и плоскости которых перпендикулярны, при этом плоскость кольцевого электропроводника перпендикулярна продольной оси ОХ шаров. Электропроводники кольцевые проводами соединены последовательно, при этом первый конец кольцевого электропроводника при помощи провода присоединен к первой клемме источника переменного тока. Кольцевые электропроводники проводами соединены последовательно, при этом первый конец первого кольцевого электропроводника при помощи провода подключен через переменное сопротивление к первой клемме источника переменного тока, а второй конец последнего кольцевого электропроводника подключен к второй клемме источника переменного тока. Наборы кольцевых электропроводников подключены к источнику переменного тока параллельно. Шары соединены диэлектрическими стержнями и установлены на диэлектрических стойках. 6 ил.

Изобретение относится к электромагнитным движущимся моделям для использования скоростей обтекающей объект жидкой среды, в частности к электромагнитным моделям рыб. Оно может быть использовано в учебном процессе для демонстрации гидродинамического поля вызванных скоростей и давлений, создаваемых необитаемым подводным аппаратом (НПА) при исследовании их формы и подбора рыболовного трала.

Известны модели объектов, например рыб, построенные в соответствии с методом физического моделирования.

Для определения гидромеханических характеристик модель рыбы в виде рыбообразного твердого тела сбрасывалась и падали в вертикальном бассейне с водой.

Такая модель рыбы малопригодна для демонстрации в учебном процессе в аудитории гидродинамического поля рыбы.

Известны модели объектов, рыб, построенные в соответствии с магнитодинамической аналогией. Модель рыбы представляет собой магнитный диполь. При выборе модели пренебрегают поперечными колебаниями тела рыбы во время ее движения, формой тела и т. п. Для демонстрации гидродинамического поля рыбы над диполем помещают фотографическую пластину, посыпают ее железными опилками и получают силовые линии.

Эта модель рыбы обеспечивает качественную демонстрацию линий тока гидродинамического поля, но не позволяет получить количественной картины.

Известно техническое решение, содержащее проводники, заложенные в продольные пазы боковой поверхности эбонитового цилиндра диаметром 40 мм и длиной 120 мм. Спаянные с обоих концов проводники подключались к источнику переменного напряжения. Цилиндр вставлялся в отверстие в эбонитовой пластине. При пропускании тока по проводникам можно получить сугубо приближенную как качественную картину поля, так и количественную. Однако из-за моделирования поля рыбы плоским магнитным диполем точность моделирования недостаточная, а картина поля не отражает реальной картины гидродинамического поля рыбы, движущейся без изменения своей формы.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому решению является модель движущегося объекта, содержащая датчик, подключенный к регистратору, источник переменного поля, первое и второе диэлектрические тела вращения, снаружи которых соответственно размещены первый и второй кольцевой электропроводник, плоскость которого перпендикулярна продольной оси тела вращения, первый и второй наборы кольцевых электропроводников, при этом первый и второй кольцевые электропроводники последовательно соединены с кольцевыми электропроводниками первого набора, кольцевые электропроводники второго набора соединены между собой последовательно, первый конец первого кольцевого проводника подключен к первой клемме источника переменного тока, а второй конец последнего кольцевого электропроводника второго набора подключен к второй клемме источника переменного тока [1] Известная модель позволяет исследовать гидродинамическое поле (ГДП) вызванных скоростей и давление движущегося объекта, например, рыбы в аудитории.

Однако точность модели и ее дидактические возможности ограничены при исследовании ГДП рыбохозяйственного необитаемого подводного аппарата (НПА), используемого при определении формы подборы буксируемого рыбного трала.

Дело в том, что при исследовании формы подборы буксируемый НПА при помощи его рулей движется над подборой. При этом обтекание его потоком воды происходит под углом атаки. Известная же модель обеспечивает исследование НДП только при обтекании НПА под нулевым углом атаки, что является основным недостатком устройства.

Целью изобретения является повышение точности и расширения дидактических возможностей модели движущегося объекта за счет демонстрации распределения скоростей, обтекающей под углом атаки рыбохозяйственной необитаемый подводный аппарат среды.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что устройство модели движущегося объекта отличается тем, что снабжена переменными сопротивлениями и наборами дополнительных диэлектрических тел вращения и кольцевых электропроводников, при этом первое, второе и дополнительные диэлектрические тела вращения выполнены в виде жестко скрепленных друг с другом шаров, крайние из которых установлены на вертикальных стойках, причем центры всех шаров расположены на горизонтальной прямой, а суммарная площадь поперечных сечений шаров пропорциональна площади соответствующего поперечного сечения моделируемого объекта, снаружи каждого шара расположены по два соответствующих кольцевых электропроводника, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом первый вывод источника переменного тока соединен через последовательно включенные первое переменное сопротивление и лежащие в первых из соответствующих взаимно перпендикулярных плоскостей кольцевые электропроводники с вторым выводом источника переменного тока, подключенным через последовательно соединенные второе переменное сопротивление и лежащие во вторых из соответствующих взаимно перпендикулярных плоскостей кольцевые электропроводники к первому выводу источника переменного тока.

Благодаря введению отличительных признаков предлагаемая модель позволит обеспечить моделирование ГПД необитаемого подводного аппарата. Так как электропроводники, нанесенные на тела вращения соответствующим образом, однозначно моделируют ГПД вызванных скоростей и давлений НПА, то решение поставленной задачи обеспечивается.

Известен соленоид, представляющий собой намотанный на цилиндрическую поверхность проводник.

При пропускании тока по проводнику вокруг него возникает магнитное поле, которое, вообще говоря, может имитировать гидродинамическое поле НПА, имеющего такую же цилиндрическую поверхность.

Совокупность отличительных признаков обеспечивает имитацию гидродинамического поля НПА, обтекаемого под углом атаки, с необходимой для практики точностью.

На фиг.1 представлена блок-схема модели; на фиг. 2 схема расположения на шаре электропроводников первого и второго наборов; на фиг. 3 строевая по шпангоутам НПА; на фиг. 4 рыбохозяйственный НПА; на фиг. 5 схема замены НПА набором шаров; на фиг. 6 схема обтекания НПА, при движении его над подбором трала.

Модель движущегося объекта содержит датчик скорости 1, подключенный к регистратору 2, источник переменного тока 3, диэлектрические тела вращения 4 и 5, снаружи которых размещены кольцевые электропроводники 6 и 7, наборы кольцевых электропроводников 8 и 9, переменные сопротивления 10 и 11, стойки 12, набор дополнительных диэлектрических тел вращения 13. Диэлектрические тела вращения 4, 5 и 13 выполнены в виде шаров, снаружи каждого из которых расположены два кольцевых электропроводника 6 (или 7, или 8) и 9, плоскости которых перпендикулярны, при этом плоскость кольцевого электропроводника 6 (или 7, или 8) перпендикулярна продольной оси Оx шаров 4, 5 и 13 (фиг. 1 и фиг. 2).

Электропроводники кольцевые 6, 7, 8 проводами 14 соединены между собой последовательно, при этом первый конец кольцевого электропроводника 6 при помощи провода 15 присоединен к первому выводу источника переменного тока 3.

Кольцевые электропроводники 9 выводами 16 и 17 соединены между собой последовательно, при этом первый конец первого кольцевого электропроводника 9 при помощи проводника 18 подключен через переменное сопротивление 10 к первому выводу источника переменного тока 3, а второй конец последнего кольцевого электропроводника 9 подключен к второму выводу источника переменного тока 3.

Таким образом, наборы кольцевых электропроводников 6, 7, 8 и 9 подключены к источнику переменного тока 3 параллельно. Шары 4, 5 и 13 соединены между собой диэлектрическими стержнями 19 и установлены на вертикальных диэлектрических стойках 12 (фиг. 2).

Работа с моделью осуществляется следующим образом.

Исходя из строевой по шпангоутам 20 (см. фиг. 3) необитаемого подводного аппарата 21 (см. фиг. 4) в качестве примера выбран НПА ВОС-1000 (см. Шимянский С. П. Необитаемые подводные аппараты в рыбном хозяйстве, М. "Агропромиздат". 1990, рис. 44).

Из дерева в принятом линейном масштабе m L/l, где L длина НПА; l - длина модели, вытачивают шары 4 (5, 13), наносят на каждый из них по два кольцевых электропроводника 6 (7, 8) и 9, шары соединяют между собой штырями 19 и устанавливают их горизонтально на диэлектрических стойках 12. При этом диаметр каждого шара соответствует соответствующей площади S1.S7. Соединяют наборы кольцевых электропроводников 6, 7, 8 и 9 проводами 14, 16, 17 последовательно и подключают их к источнику переменного тока 3 проводами 15 и 18 через переменные сопротивления 11 и 10 параллельно.

При прохождении по электропроводникам 6, 7, 8 и 9 переменного тока звуковой частоты (в проведенных опытах 800 Гц) в окружающем модель НПА пространстве возникает переменного магнитное поле, которое в соответствии с магнитогидродинамической аналогией имитирует гидродинамическое поле вызванных скоростей движущегося под углом атаки α НПА.

Для того, чтобы напряженность магнитного поля Н модели имитировала гидродинамическое поле вызванных скоростей и рыбохозяйственного НПА 21, буксируемого над подборой 22 трала под углом атаки a,, необходимо электропроводники 6, 7, 8 и 9 запитать токами i₁ и i₂, имеющими соответствующую величину. Эти величины находят из следующих соображений.

При движении над подборой НПА обтекается потоком V под углом атаки α (см. фиг. 6). Обычно в гидромеханике поток V раскладывают на продольный V₁ и поперечный V₂ потоки.

При продольном обтекании V₁ модель НПА выполнена в виде набора кольцевых электропроводников 6, 7, 8, плоскости которых перпендикулярны продольной оси Оx шаров. При поперечном обтекании V₂ модель НПА выполняется в виде набора кольцевых электропроводников 9, плоскости которых перпендикулярны плоскостям кольцевых электропроводников 6, 7, 8. Так как отношение v₁/v₂=ctgα,, то и отношение i₁/i₂ должно быть равно ctgα,, т. е. i₁/i₂ i₁/i₂=ctgα Величины токов i₁ и i₂ устанавливают при помощи переменных сопротивлений 10 и 11. Так как согласно аналогии напряженность Н магнитного поля является аналогом вызванной скорости W, то, измерив значение Н в окружающем модель пространстве, получают картину поля вызванных скоростей W.

Измерение Н может быть осуществлено одним из известных способов, например индукционным датчиком, подключенным к ламповому вольтметру.

Величина Δ_p гидродинамического поля, в частности, может быть найдена из уравнения Бернулли: Δ_p=ρvW_x, Па где ρ массовая плотность воды, кг/м³; V скорость движения необитаемого подводного аппарата, м/с; W_х продольная составляющая вектора вызванной скорости W, м/c.

Технико-экономический эффект изобретения по сравнению с прототипом заключается в создании возможности повышения эффекта демонстрации реальной картины гидродинамического поля вызванных скоростей и давлений рыбохозяйственного необитаемого подводного аппарата и повышения точности моделирования за счет правильного выбора величин токов и диаметров шаров, соответствующих действительному обтеканию НПА и его размеров.

Изобретение может быть использовано в учебных целях в качестве технических средств обучения для демонстрации изолиний гидродинамического поля рыбохозяйственного НПА, движущегося под углом атаки над подборой трала.

Формула изобретения

Модель движущегося объекта, содержащая датчик скорости, подключенный к регистратору величины скорости, вертикальные стойки, пару диэлектрических тел вращения, имеющих суммарную площадь поперечных сечений пары, равной площади соответствующего поперечного сечения моделируемого объекта, и источник переменного тока, отличающаяся тем, что она снабжена переменными сопротивлениями и наборами дополнительных диэлектрических тел вращения и кольцевых электропроводников, при этом первое, второе и дополнительные диэлектрические тела вращения выполнены в виде жестко скрепленных друг с другом шаров, крайние из которых установлены на вертикальных стойках, причем центры всех шаров расположены на горизонтальной прямой, а суммарная площадь поперечных сечений шаров пропорциональна площади соответствующего поперечного сечения моделируемого объекта, снаружи каждого шара расположены по два соответствующих кольцевых электропроводника, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом первый вывод источника переменного тока соединен через последовательно включенные первое переменное сопротивление и лежащие в первых из соответствующих взаимно перпендикулярных плоскостей кольцевые электропроводники с вторым выводом источника переменного ток, подключенным через последовательно соединенные второе переменное сопротивление и лежащие во вторых из соответствующих взаимно перпендикулярных плоскостей кольцевые электропроводники к первому выводу источника переменного тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6