Устройство для моделирования трехмерных поступательно циркуляционных потоков

ОПИ ИЗО Е 30 вЫ 87 Союз Советских Социалистических РеспубликЗависимое от авт. свидетельстваПК Ст 06 д 7/4 969 ( 1379880/18 явлен с присоединением ваявПриоритетОпубликовано 04.Ъ.197 Комитет яо делам обретений и открытий ри Совете Министроя СССРДК 681.333(088.8 1. Бюллетень18исания 29 Х 11.1971 ата икованпя Авторыизобретени А, О. Дитман, С. М, Филатов и С. Н, О Заявит Ленинградск нститут водного транспорта СТРОЙСТВО ДЛЯ М ПОСТУПАТЕЛЬНО-Ц ЛИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЬ КУЛЯЦИОННЬХ ПОТОКОВ Изобретение относится к средствам аналоговой вычислительной техники,Устройства для моделирования трехмерныхпоступательно-циркуляционных потоков невязкой несжимаемой жидкости при обтекании 5твердых тел, содержащие модель обтекаемого тела из диамагнетика, блок питания, измерительный блок, контролирующие и измерительные датчики, известны.Предложенное устройство отличается тем, 10что, с целью расширения класса решаемыхзадач, оно содержит блок задания переменного однородного магнитного поля, блок трансформаторов, кнопочный пульт управления иблок реле с автопереключателем и сппхронпзатором.Блок задания переменного однородного магнитного поля в виде колебательного контура собмоткой на диэлектрическом каркасе, в рабочей части которого расположена модель обтекаемого тела с установленными на ней контролирующими и измерительными датчиками,подключен с помощью проводников, моделирующих пелену свободных вихрей, к блокутрансформаторов тока. Вход блока трансформаторов сосдинен с блоком питания, содержащим систему вращающихся воздушныхтрансформаторов, образующих совместно скаждой парой проводников, моделирующихпелену свободных вихрей, и конденсатором, ЗО 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.Устройство содержит следующие блоки: - блок 1 задания однородного переменного магнитного поля ультразвуковой частоты (магнитную кабину) с моделями обтекаемых тел 2, линейными проводниками 8, пхтитирующими пелену свободных вихрей в потоке за телом, измерительными 4 и контролирующими 5 индукционными датчиками;- блок б трансформаторов тока с натяжным устройством для крепления проводников;- блок питания 7, содержащий систему воздушных трансформаторов 8 и электронный генератор 9 ультразвуковой частоты с вылодамп на магнитную кабину, воздушные трансформаторы и измерительный блок;- кнопочный пульт 10, управляющий блоком реле с автоперсключателем и синхронизатором;- блок реле 11, переключающий измерительные 4 и контролирующие 5 индукционные датчики;45 50 55 60 65- измерительный блок 12, позволяющий измерять комценсаццсцньм методом напряяения, индуцирусмые в катушках измерительных и контролирующих датчиков и выходныенапряжения блока 6 в долях опорного напряжения,Блок 1 задания однородного переменногомагнитного поля (магнитная кабш)а) представляет собой соленоид цроиззольцой формы,витки которого расположены цо расчетной разметке, определяемой из условия однородностимагнитного поля по всему обьему соленоида.Генератор однородного магнитного поляпредставляет собой прямоугольный тороцд спрямоугольным поперечным сечением, вцт)спкоторого расположены по расчетной разметке.Тороид состоит из двух основных частей; магнитной каоцны с равномерной обмоткой и 11 образного соленоида для замыкания магнитного потока магнитной кабины. Устранениерассеивания магнитного потока Вызвано влиянием его на высокочувствитсльную аппаратуруизмерительной схемы установки, а также помехами, влияющими на работу устройств, находящихся рядом с магнитной кабиной, Г 12 раллельнс ООыстке торсда псдкл 10 ецс О(1 ирея емкостей, образующая вместе с цей колебательный контур.Внутри кабины устанавливаю металлическую модель 2 обтекаемого тела, к выходящимкромкам которой црццаивают проводники 3,имитирующие пелену свободных вихрей в потоке за телом, Для нат 515 кеция проводниковслуРкат пружины, вмонтированные в натяжныеролики в блоке б.Каждый двухкомпонентный индукцион нылдатчик 4 состоит из двух идентичных катушек,оси которых расположены ортогонально другк другу. Конструктивно оци выполнены в видецилиндрических катушек, укрепленных В плоском диске. Двухкомцонентные датчики предназначены для измерения вектора магнитнойиндукции на поверхности модели или экрана.Трехкомпонентный датчик содержит триидентичные катушки, аналогичные катушкамдвухкомпонентного датчика, Оц предназначендля измерения трех составляощцх векгорамагнитной индукции в произвольной точкепространства, Конструктивно датчик оформленв виде кубика с дер)катслем, в трех граныкоторого на минимальном удалеши от угла,образованного этими гранями, установленыкатушки. Оси катушек строго ортогоцальшядруг к другу.Датчик потенциалов представляет собо;"1гибкий двухслойный соленоид. Зк)эаццровынный кабель от датчика идет к блоку реле.Сам соленоид также экранирован цо всей д;ине электростатическим экраном. Датчик предназначен для построения сеток поля как цаповерхности модели, так и в пространстве около нее.Датчик интенсивности набегающего потокапредставляет собой катушку, витки которойуложены на тонком диске, подсоединен 1 уО 5 10 15 20 25 30 35 40 экраццровапцым кабелем к блоку реле. Датч 1 К измеряет и)1 тецсивнссть однородного тока црц вычислении велпчццы безразмерной циркуляции цри моделировании поступательно-циркуляцисннсго обтекания тел,Двухкомпонентный датчик для измерения полного вектора магцР)тцой индукции аналог;1- чен двухкомпоце)ггпому датчику, оццсацш)му выше, но в отличие от него одна катушка подКЛ 101 сца Кс ВСПОМОГПТЕЛЬЦОМ, УСЦЛЦТЕЛО нуль-индикатором, а кабель от второй катушки - к блоку реле. Измерения проводятся следу)сщц:1 Ооразсм: дачик устацавлива)ст модель и поворотом вокруг его оси, перпендикулярной плоскости диска, добиваются минимальных показаний па нуль-индикаторе вспомогательного усилителя, Зто значит, что плоскость Вит(ОВ нату" шки, подк 110 ченной к силителю, совпадает с направлением силовых линий поля на модели, Плоскость витков второй катушки автоматически устанавливается строго перпендикулярно силовым линиям и. следовательно, вели шца, которая измеряется ЭТИМ ДЯ ГЦЦ(0:1, СК 2 ЗЫВЯЕТС 51 ЦОЛП 11 М ВЕКТОРО индукции,При модел)1 ровгнши пелены свободных вихрей используют контролирующие индукционные датчики б.Датчики первого рода для контроля выполнения на выходящих острых кромках обтекаемого тела грапцчцого услош я первого рода (Вх -- Вм ) содерРкат две ебольшие иден 12)тичцые катушки, укрепленные сооспо в зажиме 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, вце зависимости от направления ос:1 датчика. Датчики второго рода для контроля выполнения на выходящих кромках обтекаемого тела граничного условия второго рода (В 11)= В ) кснст 1) ктцвцс оформлены ацалогичс цредыдуц)им, одцако их измерительные катушки, расположенные в Лотцую к соковому торцу заРкцма соединены таким образом, что црц равных цо велцчш)е ц прот;1 воцоложцо цаправлешцх потоках магцитцой индукции через 1;2 жДУ 10 Р 3 КЯТУШЕ 1( 101 В ЦЕПИ Д 2 ТЧИК 2 Р 2 ВЕЦ нулю,В дат 1 цках трстьегс рода д:1 я коетрсля Выполнения в модели условияцецротекация че 1 зез вцхревую цслецу ца равных расстояниях от середццы ца боковой стороне цилиндра цроточены два круговых паза, в которые уложены две катушки. Ьдоль дцаметра сделано отверстие для закрепления ца проводнике, имитируюцем вихревую нить.Датчик регистрирует значение магнитной индукции от всей системы проводников и модели тела, включая элемент проводника с током, сграпцчешый контуром катушки датчц 30548750 55 60 65 ка, Прц 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 трансформаторов 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 измерител 1- ному блоку.Блок трансформаторов тока предназначен для измерения токов в проводниках при определении интенсивности вихрей (циркуляции). После первичных обмоток трансформаторов кабели питания проводников распределя 1 отся по натяжным роликам, натягиваемым установленными внутри цих пружинами. Блок трансформаторов тока и патя 5 кные ролики смонтированы на деревянной консоли, укрепленной за торцом магнитной кабины.Блок питания 7 предназначен для пцтяцця 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, сдвинутыми по фазе ня 90. Генератор служит источником напряжения частотой 25 кгпв.Регулируемые воздушные трансформаторы 8 предназначены для питания проводников, имитирующих вихревую пелену. Двадцать трансформаторов объединены по два в десять комплектов. В комплекте трансформаторы установлены соосно, так что ось нижнего проходит внутри полой оси верхнего, Каркасы лля первичных обмоток выполнены из фанеры в виде прямоугольных тороидов с прямоугольным 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 О напряжение поступает на первичные обмотки воздушных трансформаторов 8 каждого комплекта. Первичные обмотки каждого трансформатора с параллельно включенныии емкостя 5 10 15 20 25 30 35 40 45 мц образуот колебательцые контуры с резонансной частотой 25 кгц.Вторичные обмотки каждого воздушного трансформатора соединены последовательно попарно со вторичными обмотками другого трансформатора того же комплекта, Последовательно со вторичными обмотками включены оатарец емкостей, которые с проводниками образуют последовательнь 1 й колебательный контур, настроенный ня частоту 25 кгпв.Одцц комплект воздушных трансформаторов позволяет регулировать величину и фазу тока одновременно в двух контурах раздельць 1 м регулированием двух токов, находящихся в квадратуре, Подбором величины этих токов можно получить результирующий ток любой фазы (О - 360) п величины (О - 2 а).Сдвоенные обмотки воздушных трансформаторов позволяют получить одновременно два синхронно изменяющихся тока в раздельных цепях, необходимых при исследовании обтекания симметричных моделей.С выходного трансформатора генератора 9 подаются также напряжения: на магнитную кабину, к Обмотке которой параллельно подсоедцнена батарея конденсаторов (резонансная частота контура 25 кгц); на первичную Обмотю воздушного трансформатора опорно- ГО цяпряженц 51; нл тороцдяльный Возлу 1 цн 11 Й трансформатор, 1 Омпецсипу 1 ощцйццлццлря, молслцрлоц 1 его например, кольце- ВОЕ КПЬ 1 ЛО.Кцопочньц пульт 10 содержит 90 контактных кнопок для управления реле, которые подключают контролирующие и измерительные датчики через общий кабель к измерительному блоку. Конструктивно оФормлен в виде метя,лцческо 1 й коробки с плятамп. содеожащимц кнопки. На лицевую панель выведена сигнальная лампочка. загорающаяся при одновременном нажатии двух кнопок, котопое мо;кет привести к о 1 цт 1 бкям тпц измерениях.Блок реле 11 солевкит 90 реле, устройство для пх питания ц пепеключатель, автоматически переклюс 1210 цц 1 контролцру 101 цие датчики прц выполнении ус,ловця согласования ицтенс". Ности составляющих полей. ЛнтОИЕПЕКЛ 1 ОЧа-.ЕЛ 1. СОЛЕРжпт ШаГОВЫй ИС- катель, сццхпонпзатор и двигатель с редуктором, приводящим зо внащенце щетки шагового искателя ц 1 тотор синхронизатора. Напряжение с ко 1 тролцру 1 ОН 1 цх индукционных даг 1 цков поступает ня неподвижные ламели шагового искателя. щетки ротора последнего обегают по очерелц все ламелп, и снимаемое с нпх напряжение поляется через усилитель на вертпкальнь 1 е пластины ос 0 ллографя. Синхпоццзцпуется изображение при помони няппя 5 кеция, поступающего со статора синхронизатора, ротор котопого питается постояпнь 1 м током. Таким образом, на экране оспиллогряАа получается одновременное изображение величин н напряжении всех контролирующих датчиков.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 б 0 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 дляподключения питания и проводов управлениянаходятся 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 выходящимкромкам модели проводники 3, имитирующиепелену свободных вихрей за телом, устанавливают контролирующие индукционные датчики5, включают блок питания 7, содержащий воздушные трансформаторы 8 и электронный генератор 9. После этого включают напряжениепитания обмотки генератора однородного переменного магнитного поля. Подстроив резонанс во всех колебательных контурах устройства, включают автопсреключатель и методомпоследовательных приближений изменениемтока, текущего по проводникам, и их взаимного расположения выполняют условия первого,второго и третьего рода, что соответствует выполнению на модели аналога условия Чаплыгина в Жуковско и условия отсутствия свободных вихрей через пелену.Выполнение условия Чаплыгина - Жуковского соответствует выравниванию по модулювеличины магнитной индукции сверху и снизувблизи острой кромки, что равносильно равенству нормальных к кромке величин векторамагнитной индукции на обеих плоскостях, образующих кромку модели (условие первогорода) и равенству величин составляющих вектора магнитной индукции вдоль острой кромки (условие второго рода). Выполнение условия первого рода контролируют с помощьюдатчиков, устанавливаемых на кромке посередине между проводниками, второго родас 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 последовательных изменений поверхности, образуемой проводниками, с помощью специального координатного устройства.После выполнения условий первого, второгои 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 нрн моделировании крыльев конечного размаха,Составляющие безразмерной скорости по поверхности и в пространстве измеряются двухкомпопентными и трехкомпонентными датчиками, потенциалы - датчиком потенциа. лов. Датчики 5 подключаются к измерительному блоку 12 блоком 11, реле которого управляются с пульта 10.1-1 апряжение, 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 нуль-индикатора при максимальной чувствительности, Отсчет, снимаемый со шкал реохорда и переключате. я, пропорционален измеряемой величине э.д.с, датчика,Предмет изобретенияУстройство для моделирования трехмерных поступательно-циркуляционных потоков, содержащее модель обтекаемого тела из диамаг. нетика, 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 пульт управления и олок реле с автопереключателем и синхронизатором; причем блок задания переменного однородного магнитного поля, выполненный в 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 чс.ез блок реле, соединенный по входу с кнопочным пультом управления, подключены к измерительному блоку.Составитель Е. Тимохинактор В. федотов Техред А. А, Камышникова Корректор Т. А. Джаманкуло аказ 1965/8 Изд. ЛЪ 853 Тираж 473 Подписное НИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2