АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ТРУБАХ ДОЗВУКОВЫХ СКОРОСТЕЙ

1

• Авторы
• Файлы

Гилев В.М. Статья в формате PDF 296 KB

В данной работе представлены подходы к созданию систем автоматизации научных исследований для проведения экспериментов в аэродинамических трубах дозвуковых скоростей. Рассматриваются системы сбора и обработки экспериментальных данных, созданные для следующих аэродинамических установок:

1. Малотурбулентная аэродинамическая труба Т-324 Института теоретической и прикладной механики (ИТПМ) им. С.А. Христиановича СО РАН (г. Новосибирск). Данная экспериментальная установка хаpaктеризуется малой степенью турбулентности набегающего потока. Поэтому ее основное применение - проведение научных исследований по изучению процесса перехода ламинарного течения в турбулентное состояние.

Одним из основных методов исследования подобных процессов является возбуждение в пограничном слое искусственно созданных возмущений и наблюдение за их развитием. Экспериментальные исследования по изучению развития искусственно создаваемых возмущений хаpaктеризуются малой величиной измеряемых сигналов и, следовательно, плохим соотношением сигнал/шум. В экспериментах подобного типа сигналы, получаемые с датчиков, представляют собой суперпозицию случайных (недетерминированных) компонент, коррелируемых с вводимыми в поток волновыми возмущениями. Анализ получаемых в эксперименте сигналов такого типа представляет большие трудности, особенно в случае высокого уровня случайной составляющей.

Для улучшения соотношения сигнал/шум при выполнении экспериментов в аэродинамической трубе была разработана специальная синхронизирующая аппаратура и методика, в соответствие с которой в компьютер производится ввод большого количества синхронизированных по фазе реализаций одного и того же исследуемого процесса и усреднение их путем суммирования в памяти компьютера [1]. Это позволяет значительно уменьшить уровень шумов в исследуемом сигнале.

2. Учебная аэродинамическая труба СС-19 Новосибирского государственного технического университета (НГТУ). Данная аэродинамическая труба представляет собой установку дозвуковых скоростей замкнутого цикла с открытой рабочей частью [2]. Для обеспечения автоматизированного сбора данных с датчиков аэродинамической трубы был разработан и запущен в эксплуатацию информационно-измерительный комплекс для данной физической установки [3].

В рабочей части трубы установлены трехкомпонентные аэродинамические весы, с помощью которых производится измерение сил и моментов сил, действующих на модель:

Х - продольная сила;

Y - нормальная сила;

Mz - продольный момент.

Обpaбатывая полученные данные можно определить аэродинамические силы: силу лобового сопротивления и подъемную силу. В рабочей части трубы располагается датчик давления, кроме этого имеется стандартный датчик измерения скорости потока. Для проведения измерений скорости дополнительно также установлен вихревой датчик скорости.

Назначение и основные функции информационно-измерительной системы. С помощью представляемой системы осуществляется выполнение следующих функций:

1. Ввод в компьютер экспериментальных данных с аэродинамических весов (X, Y и Mz компоненты), а также с технологических датчиков установки.
2. Компьютерная обработка вводимых экспериментальных данных и их представление на экране монитора в удобной для экспериментатора форме (в виде таблиц, графиков и т.п.).
3. Занесение результатов проведенных экспериментов в архивный файл с целью их последующего просмотра и математической обработки;

С помощью программы обработки и представления результатов измерений обеспечивается получение следующих параметров и хаpaктеристик регистрируемого процесса:

• среднее значение;
• дисперсия;
• текущее значение.

При этом производится отображение изучаемого процесса на экране монитора с настраиваемым масштабом по обеим осям.

Структура информационно-измерительного комплекса. Подсистема сбора и обработки экспериментальных данных аэродинамической трубы выполнена на базе модуля Е14-140 российской фирмы L-CARD.

Разработанная система привязана к имеющемуся ПУТВ (пульт управления тензовесами), с помощью которого имеется возможность автономно настраивать тензовесы. На аналоговые входы (каналы 0, 1, 2) модуля Е14-140 подаются сигналы с тензовесов (X, Y, Mz соответственно); сигнал с датчика давления P подключен к аналоговому каналу 3.

Модуль Е14-140 подключен к компьютеру через USB-порт. Программа сбора данных опрашивает данные 4-х аналоговых каналов и производит соответствующую обработку и отображение измеренных параметров на экране компьютера.

Программное обеспечение информационно-измерительной системы. Программное обеспечение предназначено для сбора данных с тензовесов (компоненты X, Y и Mz), измерения скорости потока в трубе, а также для математической обработки полученных данных.

Отображение информации и взаимодействие оператора с программой осуществляется с помощью ряда вкладок, которые отображаются непосредственно на экране монитора. Информация, выводимая на вкладки, поступает из компьютера, а также заносится оператором с помощью «мыши» и клавиатуры.

Заключение. Таким образом, представленные в данной работе автоматизированные информационно-измерительные комплексы предназначены для проведения экспериментальных исследований в аэродинамических трубах дозвуковых скоростей. Использование этих комплексов позволяет существенно увеличить эффективность проведения аэрофизических экспериментов. Дальнейшие перспективы данной работы - создание на основе термоанемометрической аппаратуры программно-технических средств и методик для ввода в память компьютера и последующего анализа профилей средней скорости течения, а также их пульсаций.

Работа выполнялась при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант РФФИ № 09-07-00480).

Список литературы

1. Вышенков Ю.И., Гилев В.М., Грек Г.Р., Качанов Ю.С., Козлов В.В., Рамазанов М.П. Методика изучения детерминированных структур в пограничном слое // III Всесоюзная школа по методам аэрофизических исследований: сборник докладов. - Новосибирск, 1982. - Ч. 2. - С. 167-170.
2. Кураев А.А., Обуховский А.Д., Однорал В.П., Подружин Е.Г., Саленко С.Д. Лабораторный пpaктикум по аэродинамике. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. - 52 с.
3. Гилев В.М., Батурин А.А., Саленко С.Д., Слободс- кой И.В. Автоматизация сбора и обработки данных при проведении экспериментов в учебной аэродинамической тру- бе // Международный журнал экспериментального образования. - 2010. - №7. - С. 112-114.

---