Устройство для моделирования трехмерных поступательно- циркуляционных потоков

 

-т в-н-и-и

ОПИ

ИЗО Е

305487

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 28.XI.1969 (№ 1379880/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 04.VI.1971. Бюллетень ¹ 18

Дата опубликования описания 29Х1I.1971

МПК G 06g 7/44

Комитет ло делам изобретений и открытий лри Совете Министроя

СССР

УДК 681.333(088.8) Авторы изобретения

А. О. Дитман, С. М, Филатов и С. Н. Окунев

Ленинградский институт водного транспорта

Заявитель

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 содержит блок задания переменного однородного магнитного поля, блок трансформаторов, кнопочный пульт управления и блок реле с автопереключателем и сшгхронпзатором.

Блок задания переменного однородного магнитного поля в виде колебательного контура с обмоткой на диэлектрическом каркасе, в рабочей части которого расположена модель оотекаемого тела с установленными на ней контролирующими и измерительными датчиками, подключен с помощью проводников, моделирующих пелену свободных вихрей, к блоку трансформаторов тока. Вход блока трансформаторов сосдинен с блоком питания, содержащим систему вращающихся воздушных 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 по входу с кнопочным пультом управления, подключены к измерительному блоку.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

10 Устройство содержит следующие блоки: — блок 1 задания однородного переменного магнитного поля ультразвуковой частоты (магнитную кабину) с моделями обтекаемых тел 2, линейными проводниками 8, пхтитирующими

15 пелену свободных вихрей в потоке за телом, измерительными 4 и контролирующими 5 индукционными датчиками; — блок б трансформаторов тока с натяжным устройством для крепления проводников;

20 — блок питания 7, содержащий систему воздушных трансформаторов 8 и электронный генератор 9 ультразвуковой частоты с вылодамп на магнитную кабину, воздушные трансформаторы и измерительный блок;

25 — кнопочный пульт 10, управляющий блоком реле с автоперсключателем н синхронизатором; — блок реле 11, переключающий измерительные 4 и контролирующие 5 индукционные

30 датчики;

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ

ПОСТУПАТЕЛЬНО-ЦИРКУЛЯЦИОНHblХ ПОТОКОВ

65 — измерительный блок 12, позволяющий измерять компенсационным методом напряжения, индуцирусмые в катушках измер.пельных и контролирующих датчиков и выходBLli . напряжения блока (! в долях опорного напряжения.

Блок 1 задания однородного переменного магнитного поля (магнитная кабина) представляет собой соленоид произзольной формы, витки которого расположены 110 расчетной разметке, определяемой из условия однородности магнитного поля по всему обьему соленоида.

Генератор однородного магнитного поля представляет собой прямоугольный торопд с прямоугольным поперечным сечением, витки которого расположены по расчетной разметке.

Тороид состоит из двух основных частей: магнитной каспны с равномерной обмоткой и IIобразного соленоида для замыкания магнитного потока магнитной кабины. Устранение рассеивания магнитного потока Вызвано влиянием его на высокочулстлитсльную аппаратуру измерительной схемы установки, а также помехами, влияющими на работу устройств, находящихся рядом с магнитной кабиной. Параллельно обмотке торо!;да подклю(сна батарея емкостей, образующая вместе с ией колебательный контур.

Внутри кабины устанавливают металл(гчсскую модель 2 обтекаемого тела, к выходящим кромкам ко горой прппаивают проводники 3, имитирующие пелену свободных вихрей в потоке за телом, Для натяжения проводников служат пружины, вмонтированные в натяжные ролики в блоке б.

Каждый двухкомпонентный индукционньш датчик 4 состоит из двух идентичных катушек, оси которых расположены ортогонально друг к другу. Конструктивно опи выполнены в лиде цилиндрических катушек, укрепленных л плоском диске. Двухкомпонентные датчики предназначены для измерения вектора магнитной индукции на поверхности модели или экрана.

Трехкомпонентный датчик содержит тр и идентичные катушки, аналогичные катушкам двухкомпонентного датчика. 0п предназначен для измерения трех состалля!ощих векгора мягнитнси инду кции В прсизвс.!16ИОЙ 1 Очке пространства, Конструктивно датчик оформлен в виде кубика с дер;.;BTcJIeм, в трех гранях которого на минимальном удалеш)и от угла, образованного этими гранями, установлены катушки. Оси катушек строго ортогопальпы друг к другу.

Датчик потенциалов представляет собо;"! гибкий двухслойный соленоид. Зк!эаииров(!нный кабель от датчика идет к блоку реле.

Сам соленоид также экраниролан по всей длине электростатическим экраном. Датчик предназначен для построения сеток поля как на поверхности модели, так и л пространстве около нее.

Датчик интенсивности набегающего потока представляет собой катушку, витки которой уложены на тонком диске, подсоединен)у10

40 экра)гироваппым кабелем к блоку реле. ДатЧIIK ПЗМЕРЯCТ ИEIТЕПCИВНОCTЬ ОДНОРОДНОГО ПС— тока при вычпслешп1 величины безразмерной циркуляции при моделировании поступательно-циркуляционнсго обтекания тел.

Двухкомпонен THhlll датчик для измерения полного лектора магнитной индукции аналог;1чен двухкомпоце)ггпому датчику, описанному выше, но в отличие от него одна катушка подкл)счена ко ьспомогательному усилителю с нуль-индикатором, а кабель от второй катушки — к блоку реле. Измерения проводятся следующим образом: датчик устанавливают на модель и полоротом вокруг его оси, перпендикулярной плоскости диска, добиваются минимальных показаний «а нуль-индикаторе вспомогательного усилителя, Зто значит. что 7;IocKocTb витков катУ L IKH, IIQQKJIIO IckIIIOÉ лителю, совпадает с направлением силовых л(ший поля ня модели. Плоскость витков второй катушки автоматически устанавливается строго перпендикулярно силовым линиям и. следовательно, вели шна, которая измеряется этим дят !!!ком, сказыляется 1!Олпьl Вектором индукции.

При моден)1ролшгии пелены свободных вп:рей используют контролирующие индукционные датчики 5.

ДÇTull«I первого рода для контроля выполнения на выходящих остры.; кромках обтекаемого тела граничного условия первого род(! (Вх -= Вч) содер2кат дле:1ебольшие иден(!) (2) тичпые катушки, укрепленные сооспо в зажliме таким образом, чтобы оси их были ортогональны обтекаемой острой кромке при установке датчика на модели тела. Катушки соединены навстречу друг другу, и в однородном магнитном поле напряжение в измерительной цепи равно нулю, Bkle зависимости от направления ос:1 датчика.

Датчики второго рода для контроля выполнения на выходящих кромках обтекаемого тела граничного условия второго рода (о (!) (2), = В! ) Констрхктплпс оформлены аналоги !Во предыдушим, одп !ко их «s»epIITcльпые катушки, расположенные л! лотпую к бок(иному торцу 332кпма, соединены Tакпм образом, что Ilðè равных по !зели !!1!!е и прот;!вон()ложно папраллепп1>)х ИОтОках магнитной индукции через каждуlс ИЗ кятуIlIQK 1ск В цеп!1 датчика равен нулю.

В дат )яках 1Рет! 010 Рода PJ1Я KoEITPOJIH выполнения л мод!.лп условия пепротекаиия через вихревую пелену на равных расстояниях от середины па боковой стороне цилиндра про гсчены двя Kp) ÃO3ûõ паза, В которые у Iож!. ны дле кат шкп. Вдоль д)1аметра сделано отверстие для закрепления »а проводнике, имитирующем вихревую нить.

Датчик регистрирует значение магнитной ипдукl!1111 GT всей системы проводников и модели тела, включая элемент проводника с током, сграпичеш)ый контуром катушки датчи305487

55 ка. 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 воздушных тр" Icформаторов 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 воздушных трансформаторов, батарей емкости и двух имитирующих пелену проводников, соединенных последовательно. Вторичные обмотки этих трансформаторов подключены при помощи реле через общий кабель к измерителт.ному блоку.

Блок трансформаторов тока предназначен для измерения токов в проводниках при определении интенсивности вихрей (циркуляции).

После первичных обмоток трансформаторов кабели питания проводников распределятотся по натяжным роликам, натягиваемым установленными внутри них пружинами, Блок трансформаторов тока и натяжные ролики ciio»TIIрованы на деревянной консоли. укрепленной за торцом магнитной кабины.

Блок питания 7 предназначен для питания 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 кги с двумя независимыми выходами мощностью по

80 вт с напряжениями, сдвинутыхти по фазе на

90 . Генератор служит источником напряжения частотой 25 кгтт.

Регулируемые воздушные трансформаторы

8 предназначены для питания проводников, имитирующих вихревую пелену. Двадцать трансформаторов объединены по два в десять комплектов. B комплекте трансформаторы установлены соосно, так что ось нижнего проходит внутри полой оси верх него. Каркасы лля первичных обмоток выполнены из фанеры в виде прямоугольных тороидов с прямоуго7Eным поперечным сечением.

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

С выходного трансформатора генератора 0 напряжение поступает на первичные обмотки воздушных трансформаторов 8 каждого комплекта. Первичные обмотки каждого трансформатора с параллельно включенными емкостя5

45 ми образу!от колебательные контуры с резоIIaiIcIE0iI частотой 25 кгц.

Вторичные обмотки каждого воздушного т!ра!тсформатора соединены последовательно попарно со вторичными обмотками другого трансформатора того же комплекта. Последовательно со вторичными обмотками включены оатареи емкостей, которые с проводниками образуют последовательный колебательный контур, настроенный на частоту 25 кгтт.

Один комплект воздушных трансформаторов позволяет регулировать величину и фазу тока олповремешю в двух контурах раздельштм регулированием двух токов, находящихся в квадратуре. Подбором величины этих токов можно получить результирующий ток любой фазы (Π— 360 ) п величины (Π— 2а) .

Сдвоенные обмотки воздушных трансформаторов позволяют получить одновременно два синхронно изменяющихся тока в раздельных цепях. необходимых при исследовании обтекания симм"-Tрпчных моделей.

С выходного трансформатора генератора 9 пол".10òñÿ также напряжения: на магнитную кабину, к обмотке которой параллельно подсоединены батарея конденсаторов (резонансная частота контура 25 hãö); на первичную оомотку валлуIIIEIOI O трансформатора опорногî Hаттря)кепи!!; на тороидальный воздушный тра и сфор ма тот!, кО ттепси п у!отнят! ток В теле ци лт!ттлра, молслирующего например. кольцевое крыло.

Кнопочный пульт 10 содержит 90 контактттых кнопок Лля управления реле, которые подключают контролирующие и измерительные д2Tчики через общий кабель к измерительному блоку. Конструктивно оФормлен в виде мета лической коробки с платамп, содеожащими кнопки. На лицевую панель выведена сигпаль! ая лампочка. загорающаяся при одновременном нажатии двух кнопок, которое могкет привести I< oIU тбкам "тпп измерениях.

Блок реле ll соле!!)кттт 90 реле, устройство для пх питания и пепеключатель, автоматическтт переклю т а!о!ц!!й конт,10лттрутотцие датчики при выполнении уc,÷îâèÿ согласования иптенcI H0cTII c0" тавляющих полей.

ЛВТОттЕПЕКЛ10Ча-.ЕЛЬ СОЛЕРжит ШаГОВЫй ИСкатель, сппхпонпзатор и двигатель с редуктором, приволянц!и зо вт1ащенпе щетки шагового искателя и ттотор синхронизатора. Напряже!тие с ко ттролпрующих пндукцпонттых дагчпков поступает на неподвижные ламели шагового искателя. щетки ротора последнего обегают по очерели все T3мелп. и снимаемое с нпх папряжеттпе полается через усилитель на верттткальньте п",acT»H1 остцтллографа. Синхпопизипуется изображение при помощи наппя кет!ия, поступающего со статора синхронизатора, ротор котопого питается постоянным током. Тактп! образом, на экране осциллограАа получается одновременное изображение величин и напряженит! всех контролирующих д 1 тчиков.

305487

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 расположен 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 1 устанавливают модель обтекаемого тела 2 из хорошо проводягцего металла. Присоединив к выходящим кромкам модели проводники 8, имитирующие пелену свободных вихрей за телом, устанавливают контролирующие индукционные датчики

5, включают блок питания 7, содержащий воздушные 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 автопсреключатель 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 магнитной 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 последователь ных 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 10, подключают 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 пелену. Это позволяет определить суммарную циркуляцию скорости и ее распределение прп моделировании крыльев конечного размаха.

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

Напряжение, поступающее с измерительных датчиков па 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 нуль-индикатора к более глубокому минимуму. Продолжая эти операции, добиваются нулевых показаний пуль-индикатора при максимальной .увствительпости. 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 расширения класса решаемых задач, оно содержит блок задания переменного однородного магнитног> поля, блок трансформаторов, кнопочный п1 льт управления и блок реле с автопереключателем и синхронизатором; причем блок задания переменного однородного магнитного поля, выполненный B виде колебательного контура с обмоткой на диэлектрическом каркасе, в рабочей части которого расположена модель обтекаемого тела с установленными на пей 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 воздушных 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 магнитного поля с„ .ез блок реле, соединенный по входу с кнопочным пультом управления, подключены к измерительному блоку.

305487

Составитель Е. Тимохина актор В. Федотов Техред А. A. Камышникова Корректор T. А. Джаманкулова

Заказ 1965/8 Изд. ¹ 853 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2