Устройство для воспроизведения зависимости коэффициента силы лобового сопротивления от числа маха и угла атаки

СОЮЗ СОВЕТСКИХайииапневРЕСПУБЛИК Ю 011 4(51) С 06 С 7/2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИдВй 0 М ййфй ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ. СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Харьковский ордена Ленина авиационный институт им. Н.Е. Жуковского(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 680000, кл, С 06 С 7/68, 1977.2. Смолов В.Б. Функциональныепреобразователи информации. Л., Энергонэдат, 1981, с. 117, табл. 3, 2,рис. 5-8 (прототип),(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЗАВИСИНОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА СИЛЫ ЛОБОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ЧИСЛА ИАХА ИУГЛА АТАКИ, содержащее источник напряжения, пропорционального числу Иаха, источник напряжения, пропорционального углу атаки, и два диодныхкусочно-линейных функциональных преобразователя, выполненных в виде операционного усилителя с группой цепочек обратной связи, состоящих изпоследовательно соединенных первогои второго ограничительньк резисторови управляющего диода, первые выводыпервых ограничительных резистороввсех цепочек обратной связи в каждомдиодном кусочно-линейном функциональном преобразователе соединены свыходами операционных, усилителей и. являются выходами соответствующихдиодных кусочно-линейных функциональньщ преобразователей, первые выводывторых ограничительных резистороввсех цепочек обратной связи объединены и подключены к выходу источниканапряжения, пропорционального углу атаки, в первом диодном кусочно-линейном функциональном преобразователе катоды всех управляющих диодов соедчнены с входом операционного усилителя и через ограничительный резистор - с входом первого кусочно-линейного функционального преобразователя, а аноды управляющих диодов соединены с соответствующими объединенными выводами ограничительных резисторовО соответствующей цепочки обратной связи, во втором диодном кусочно-линейном функциональном преобразователе аноды всех управлянщих диодов соединены с входом операционного усилителя и через ограничительный резистор - свходом второго диодного кусочно-линейного функционального преобразова.теля, а катоды управляющих диодов соединены с объединенными выводами ограничительных резисторов соответствующей цепочки обратной связи, в каждом диодном кусочно-линейном функ- ,циональном преобразователе между входом и выходом операционного усилителя включен резистор обратной связи, выход источника напряжения, :пропорционального числу Иаха, подключен к входу второго диодного кусочно- линейного функционального преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыщения точности, оно дополнительно содержит два суммирующих резистора, формирователь зоны нечувствительности, двухвходовый инвертор, схему сравнения, инвертор, сумматор и ключ, управляющий вход которого соединен с выходом схемы сравнения, выход источника напряжения, пропорционального углу атаки, подключен к первым входам схемы сравнения и1134952 двухвходового инвертора, вторые входы которых объединены и соединены спервым входом сумматора и выходомпервого диодного кусочно-линейногофункционального преобразователя, входкоторого через формирователь зоны нечувствительности соединен с выходомисточника напряжения, пропорционального числу Маха, выход второго диодИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для моделирования зависимости коэффициента силы лобового сопротивления от числа Маха и угла атаки при исследовании динамики полета летательного аппарата.Известно устройство для моделирования барометрической высоты полета 1, основанное на применении блока 10 нелинейности во входных цепях опе- рационных усилителей, функциональный преобразователь 21, выполненный в.виде операционных усилителей с группой цепочек обратной связи, состоя щих из двух последовательно соединенных первого и второго ограничительных резисторов и управляющего диода, первые выводы первых ограничительных резисторов всех цепочек обратной свя эи соединены с выходами операционных усилителей и являются выходами соот-, ветствующих функциональных преобразователей, другие выводы вторых ограни.чительных резисторов объединены к 25 подключены к выходу источника напря-. жения, управляющие диоды в функциональных преобразователях включены в требуемой полярности, причем первые ,электроды соединены с входом операционного усилителя и через ограничительный резистор - с входом функцио-, нального преобразователя, другие электроды управляющих диодов соединены с объединенными выводами ограничительных резисторов соответствующей;35 цепочки обратной связи, а между вхо- дом и выходом операционных усилите-"лей включен. резистор обратной связи, выход одного источника напряжения подключен к входу второго функционального кусочно-линейного функционального преобразователя соединен с входом инвертора, выход которого и выходдвухвходового инвертора через первыйи второй суммирующие резисторы соответственно подключены к информационному входу ключа, выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход которого является выходом устройства . ного преобразователя. Они формируют простейшие кусочно-линейные функции одной переменной, обладающие как свойством выпуклости, так и вогнутости. Последние наиболее близки к изобретению и строятся на базе операционного усилителя с набором резистивнодиодных ячеек в цепи обратной связи, способ включения которых определяет выпуклость или вогнутость моделируемой функции.Общим недостатком перечисленных устройств является ограниченная их возможность в силу моделирования функции только одной переменной, а в случае применения функционального преобразователя двух переменных аргумент представляет собой разность двух переменных, что в итоге приводит к получению Функции одной переменной и низкой точности воспроизведения. Кроме того, конфигурация моделируемых функций достаточно проста, что не позволяет применять эти устройства при исследовании объектов со сложными статическими характеристиками, представляющими собой семейства кривых, не обладающих свойством эквидистантности.Цель изобретения - повышение точности воспроизведения зависимости.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее источник напряжения, пропорционального числу Маха, источник напряжения, пропорционального углу атаки, и два диодных кусочно-линейных функциональных преобразователя, выполненных в виде операциончого усилителя с группой цепочек обратной связи, состоящих иэ последовательно соединенных первого3 1134 и второго ограничительных резисторов ,всех цепочек обратной связи в каждом диодном кусочно-линейном функциональном преобразователе соединены с выходами операционных усилителей и являются выходами соответствующих кусочно-линейных функциональных преобразователей, первые выводы вторых ограничительных резисторов всех цепочек обратной связи объединены и подключены к выходу источника напряжения, пропорционального углу атаки, в первом диодном кусочно-линейном функциональном преобразователе катоды всех управляющих диодов соединены с входом операционного усилителя и через ограничительный резистор - с вхо-, дом первого кусочно-линейного функционального преобразователя, а аноды управляющих диодов соединены с соответствующими объединенными выводами ограничительных резисторов соответствующей цепочки обратной связи, во втором диодном кусочно-линейном функциональном преобразователе аноды всех управляющих диодов соединены с входом операционного усилителя и через ограничительный резистор - с входом второго диодного кусочно-линейного функционального преобразователя, а катоды управляющих диодов соединены с объединенными выводами ограничительных резисторов соответствующей цепочки обратной связи, в каждом диодном кусочно-линейном функциональном преобразователе между входом и выходом операционного усилителя включен резистор обратной связи, выход источника напряжения, пропорционального числу Маха, подключенк входу второго диодного кусочно-линейного функционального преобразователя, введены формирователь зоны нечувствительности, двухвходовый инвертор, схема сравнения, инвертор, сумматор, два суммирующих резистора и ключ, 45 управляющий вход которого соединен с выходом схемы сравнения, выход источника напряжения, пропорционального углу атаки, подключен.к первым входам схемы сравнения идвухвходового инвер- .И тора, вторые входы которых объедйнены и соединены с первым входом сумматора и выходом первого диодного кусоч 1но-линейного функционального преобразователя, вход которого через форми рователь зоны нечувствительности соединен с выходом источника напряжения, пропорционального числу Маха,952 4выход второго диодного кусо но-линейного функционального преобразователя соединен с входом инвертора, выход которого и выход двухвходового инвертора через первый и второй суммирующие резисторы соответственно подклю чены к информационному входу ключа, выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход которого является выходом устройства.На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и 3 - зависимость С = ф (И,); на фиг.4 и 5 - схемы соответственно первого и второго диодных кусочно-линейных функциональных преобразователей.Устройство содержит источник 1 напряжения, пропорционального числу Маха, источник 2 напряжения, прорарционального углу атаки, формирователь 3 1 зоны нечувствительности, первый 4 и второй 5 диодные кусочно-линейные функциональные преобразователи, двухвходовый инвертар 6, схему 7 сравнения, инвертор 8, ключ 9, сумматор 1 О, суммирующие резисторы 11, резисторы 12, диоды 13, операционные усилители 14.Идея устройства для моделирования функции двух переменных, имеющей сложную конфигурацию, базируется на расчленении всего интервала изменения независимой переменной М на три характерных участка, в границах которых моделируемая функция аппроксимируется достаточно простыми функциями: участок- горизонтальная прямая,1проходящая на уровне С, зависящем от значения второй независимой переменной М;, являющейся в данном случае параметром функции С(И,); участок 5; - криволинейно нарастающая функция С(М,М;), аппроксимируемая кусочнолинейнымн сопрягающимися отрезками4вида К И+6;, где К - коэффициент1 Внаклона отрезка прямой на 1 -м интервале аппроксимации участка 9, соответствующий 1 -му значению независимого параметра К ,; участок С - криволинейная ниспадающая функция, представимая с конечным числом аппроксимирующих отрезков прямых вида К М+к зависящим от заданной точности. Здесь К) - коэффициент наклона отрезкаСпрямой на 1 -м интервале участка СИмитация независимых переменных осуществляется при помощи источников10 При дальнейшем увеличении напряже-, ния 0 при выполнении условия 0 м ",О напряжение 1 поступает на первый вход блока 4, используемого для формирования криволинейно нарастающего участка 8 моделируемой функции до некоторого уровня насыщения СМамам определяющего положение максимума Функции(И,Й). Нарастающая кривая на участке 5 представляется отрезками ломаных с коэффициентами наклонов задаваемыми резисторами в цепи обратной связи, причем нелинейный характер изменения сопротивления диодов при малых значениях напряжения на пе-М реходе сглаживает характеристику в точках излома и способствует более точному воспроизведению,моделируемой напряжения. Аргумент М - число Маха, характеризующее скорость полета летательного аппарата ймитируется напряжением О первого источника, а параметр ф - угол атаки - задается ,5 напряжением 0 второго источника напряжения. Участок 1 (прямая 1) создается формирователем 3 зоны нечувствительности, представляющим собой диодную ячейку, в котором к аноду диода прикладывается отрицательное запирающее напряжение -Ц, в результате чего положительное напряжение 3 первого источника поступает на вход первого диодного функционального 15 преобразователя 4 только с того момента, когда его величина превысит модулю уровень запирающего напряжения, задаваемого в соответствии с шириной интервала й моделируемой 20 характеристики. Поступающее в это же время напряжение Ц непосредственно на первый вход второго диодного. функционального преобразователя 5 на выход схемы не передается, так как 25 ключ 9 заперт. Следовательно, в диапазоне изменения входного напряжения Ощ от 0 до цо на выходе схемы Формируется постоянный положительный сигнал, уровень которого определяется ,Зр заданным постоянным значением, пропорциональным параметру положи 1тельного напряжения 1, подаваемого с выхода второго источника напряжения на второй вход первого диоднбго функционального преобразователя, так как на сумматор 10 поступает сигнал только по первому входу, поскольку резисторы 11 блокированы ключом 9 (диод 13 заперт). кривой. Нарастающий по модулю (при возрастании), выходной сигнал первого диодного функционального преобразователя - Нп, (блока 4), отрицательного знака, подается одновременно на первые входы сумматора 10, двухвходового инвертора и схемы 7 сравкения. На вторые входы двухвходового инвертора и схемы сравнения подается положительное напряжениес выхода второго источника напряжения. Тогда на выходе двухвходового инвертора будет формироваться напряжение 0,1, -, являющееся зеркальным отображением выходного напряжения -, блока 4 относительно оси абсцисс, но с некоторым постоянным сдвигом -1 определяемым величиной напряжения 0 и коэффициентом передаМчи блока 6 по второму входу. Однако выходной сигнал блока 6 не поступает на вход сумматора 10, так как на участке 6 в диапазоне изменения входного сигнала 0 от Оо до значенияпри котором напряжение -0, подаваемое на первый вход схемы сравнения, становится равным по модулю1 (напряжению и , подаваемому на второй вход схемы сравнения, выходной сигнал схемы сравнения имеет отрицательную полярность и совместно с напряжением Г опорного источника напряжения надежно запирает диод 13 ключа 9, чтоодновременно препятствует прохождению сигнала от второго диодного функциональногопреобразователя (блок 5) на вход сумматора в этом диапазоне изменения Цм . Таким образом, на выходе сумматора в диапазоне изменения выходного напряжения первого источника, от 06 до П формируется функциональ= ная зависимость, определяемая только напряжением, поступающим на первый вход сумматора, т.е, положительная криволинейно нарастающая функция, аппроксимирующая статическую характеристику на участке В.Как только напряжение Пц становится равным максимальному, напряжение на выходе схемы 7 сравнения меняет свою полярность. Следовательно, напряжение схемы сравнения компенсирует запирающее напряжениена аноде дйода 13, ключ 9 открывается, и на вход сумматора поступают сигналы напряжения, формируемые первым и вторым Функциональными преобразовате"лями и двухвходовым инвертором. Приэтом Форма н уровень сигнала на выходе двухвходового инвертора повторяет форму и уровень выходного сигнала первого диодного Функционального преобразователя, но эти сигналы раэнополярны, поэтому они компенсируют друг друга на входе сумматора. Кроме того, на выходе двухвходового инвертрра за счет постоянного напряжения 0 , подаваемого от второго источника ОУнапряжения на второй вход блока 6, создается постоянный уровень сигнала, определяющий максимальное значение функции С . Тогда, начиная с момента, когда Б достигает максиму ма, на.выходе сумматора 10 будет формироваться характеристика, форма которой полностью зависит от сигнала, поступающего на вход сумматора от инвертора, так как за счет сигна лов первого входа и выхода инвертора 6 формируется постоянный уровень, т.е. прямая, параллельная оси абсцисс. Поскольку от блока 8 поступает инвертированный сигнал с второго функцио нального преобразователя, то на выходе сумматора при Б Ч будет формироваться криволинейная характеристика (участок С ), получаемая как результат суммирования разнополярных ЗО сигналов.Итак, криволинейный ниспадающий участок С , Формируется вторым диодным функциональным преобразователем, резисторы в котором обеспечивают необходимый наклон отрезков прямых, аппроксимирующих криволинейную функцию.Как видно, точность аппроксимации моделируемой функции сложной конфигу 40 рации определяется количеством диод- .но-резисторных ячеек, вводимых в цепи обратных связей первого и второго диодных функциональных преобразователей 4 и 5, поэтому за счет увеличения этих элементов схемы можно добиться требуемой точности Формирования статической характеристики. Анализ работы устройства показывает, что при постоянном значении напряжения второго источника и постепенном изменении выходного сигнала первого источника напряжения на выходе устройства формируется характеристика У = Й(Ц,Б, ), совпадающаяЬЫхс учетом масштабных коэффициентов с моделируемой кривой Сй = Й(М,О,;). Получение семейства характеристик достигается за счет изменения величины напряжения 0второго источника напряжения.Наряду с моделированием рассмотренной функциональной зависимости устройство позволяет формировать семейства криволинейных статических характеристик с насьпцением, характеристики с зоной нечувствительности насьпцением, симметричных и асимметричных пикообразных характеристик и их семейств с различной шириной и уровнем пика. Это достигается соответствующим подбором резисторов.Технико-экономический эффект предлагаемого изобретения заключается в том, что отсутствие подобного устройства не позволяет осуществлять исследование динамики полета летательного аппарата при его описании в нелинейной форме, наиболее полно отражающей свойства реального объекта, на моделях непрерывного типа, сопряжение непрерывной модели с реальным объектом, продуваемым в аэродинамической трубе в процессе исследования, требует больших материальных затрат, особенно в диапазоне изменений М , превышающих единицу. Применение цифровых моделей для исследования сопряжено с большими затратами машинного времени и времени на разработку и отладку программы моделирования динамики полета , ,описываемой дифференциальными уравнениями высокого порядка.