Устройство для моделирования двухмерных полей

О П И С А Н И Е (и 1 5 з 1169ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистических Республик/48 Государственный камит Совета Министров ССС по делам изобретений и открытий(45) Дата опубликования описания 19,04.7 итман, С, М, филатов, А. Н, филиппо овский(72) Авторы изобретеии Заявитель Ленинградскии институт водного транспор(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАН ДВУХМЕРНЫХ ПОЛЕЙвуПредлагаемое устройство относится каналоговой вычислительной технике и предназначено для моделирования двухмерныхфизических полей с произвольным распределением источников или вихрей, т,е, векторных полей, описываемых вобщемслучаеуравнением Пуасс она,Известны устройства для моделированиядвухмерных полей 1 . Двухмерное полевоспроизводится в плоскости с помощью системы бесконечно длинных параллельных вихревых шнуров, При использовании достаточно больших квадратных рамок возможно воспроизведение системы прямолинейных вихрей с разными напряжениями и с общей циркуляцией, отличной от нуля,Однако это устройство обладает большими габаритными размерами и не позволяетзадавать требуемые граничные условия поконтуру моделируемой области,Наиболее близкое к изобретению устройство содержит две пластины из материалас высокой электропроводностью, источник питания и измерительный блок 2.Однако класс решаемых задач этим устроиством ограничен, точность моделирования недостаточна из-за того, что изгибдвухслойного листа модели по закону, определяемому правой частью уравнения Пуассона,5 возможен только по законам, допускающимразвертку плоского листа,Цель изобретения - расширение классарешаемых задач и увеличение точности моделирования,О Поставленная цель достигается тем, чтов воздушном зазоре между параллельно устайовленными пластинами помещена вертикально пластина, выполненная в форме исследуемой области, из того же материала,5 в воздушном зазоре установлены проводники токовводов, соединенные с ис гочником питанияультразвуковой частоты, причем на токовводакустановлены индукционные датчики, подключенные к измерительному блоку.Питание модели от источника ультрвзковой частоты необходимо для вьптолненияграничных условий в магнитном поле В =011(нормвльная составляющая магнитной инду%.ции к плоскости электропроводящего листаравна нулю). В этом случае элементы то-, ковводов создают в вэздушной полости модели ппоско-параппельнэе магнитное поле,функция потока которого удовлетворяет моделируемому уравнению Пуассона,Действительно, в соответствии с первымуравнением Максвелла(1)где В - магнитная индукция, 4 о - магнитная постоянная,- плотность тока, вокруг каждого проводника токоввода существует циркуляция вектора ф о 1 где 3 - тэк, текущий в проводнике тэкэввэда,д - элемент контура интегрирования.Один тэковвод обслуживает некоторую плошадь ь 5, и средняя величина плотности тока равна форме конкретнэй исследуемэй области, Причем пластина 2 выполнена съемной, что необходимо дпя изменения гранчцы исследуемой области, Токоввод 5 соединяется с плас5 тиной 2 при помощи зажимного контакта6, а от пластины 3 он изолирован втулкой7 Проводники токоввода 8 соединяются спластиной 3 при помощи пайки, Питание модели 1 осуществляется от блока питания10 9 ультразвуковой частоты,Измерительный блок 10 устройства содержит измерительный узел 11 с выходомна цифропечатающее устройство 12, Измерение магнитного поля осуществляется спе 15 циапьными индукционными датчиками 13,расположенными на токовводах 5 внутри модели 1 и подключенными к измерительномуузлу 11 через коммутатор 14, При этомсоставляющие магнитной индукции Ви Ву20 измеряются соответственно обмэтками 15,16 индукционного датчика 13(4) 35 Вводя функцию потока Ч вектора Ь соотношениями 25 и пэдставляя уравнения (3) и (4) в равен 30ство ( 1), получим При заданной величине площадок АЯ величина тока моделирует правую часть уравнения Пуассона. 40В отличие от известных случаев моделирования уравнения Пуассона с помощью потенциальных электрических полей в рассматриваемом варианте применяется вихревое магнитное поле, что позволяет моделировать 45 вихревые векторные поля на основе прямой математической аналогии,Измерение магнитного поля в воздушном зазоре модели осуществляется индукционными датчиками, расположенными на токо вводах внутри модели.На фиг, 1 изображена функциональная схема устройства для моделирования двухмерных полей; на фиг. 2 - элемент модели; на фиг, 3 - блок-схема измерительного узла. 55Модель 1 исследуемой области содержит две параллельные пластины 2 и 3 из материала с высокой электрэпроводностью с воздушным зазором между ними и вертикально расположенную пластину 4, выполненную в 60 Измерительный узел 11 устройства представляет собой (см,.фиг, 3) фазочувствительгую схему, состэяшую из усилителя 17, фазового детектора 18, фазоврашатепя 19опорного напряжения, снимаемого с блокапитания 9, цифрового вольтметра 20 с выходом на цифропечатающее устройство 12.При решении задачи по исследуемой области модели 1 путем принудительного задания токов с помощью блоке питания 9 реапизуется требуемое распределение токов,определяемое правой частью моделируемогоуравнения Пуассона. Затем индукционныедатчики 13 поочередно с помощью коммутатора 14 подключаются к усилителю 17 измерительного узла 11. Усиленный сигналс обмоток 15 и 16 подается на вход фазового детектора 18, постоянное напряжениена выходе которого пропорционально координатным составляющим Вх и В вектора магнитной индукции, что соответствует производным по направлению от моделкруемэйфунккции р, удовлетворяющей уравнению Пуассона. Этэ постоянное напряжение регистрируется цифровым вольтметром 20,Граничные условия У=соъь выполняются в модели 1 автоматически при любой Форме моделируемой области,Предлагаемое устройство сокращает трудоемкость при решении задач, связанных с отыскиванием оптимального строения поля в реальных аэрогидродинамических, теплотехнических, к еханических и других кэнстру)- циях и устройствах, и повышает производительность работ пэ расчету физических полей,6 б фиг,Р фиг,формула из обретения Устройство для моделирования двухмерных полей, содержащее две пластины из5 материала с высокой электропроводностью, источники питания и измерительный блок, о т л и ч а ю щ е е с я темчто, с целью увеличения точности моделирования и расширения класса решаемых задач, в воздушномзазоре между параллельно установленнымипластинами помещена вертикально пластина,выполненная в форме исследуемой области из того же материала в воздушном зазореустановлены проводники токовводов, соединенные с источником питания ультразвуковой частоты, причем на токовводах установлены индукционные датчики, подключенныек измерительному блоху,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Рязанов Г. А. Электрическэе моделирование с помощью вихревых полей, МфНаукаф, 1969, с, 189,2, Авт,свид, СССР370616 по кл.6 Обг 7/42 от 1971 г, (прототип),НИИПИ Заказ б 297/128ираж 864 Подписное илиал ППП -Патент",