На кафедре аэрогидродинамики (АГД) Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) совместно со специалистами Института теоретической и прикладной механики (ИТПМ) им. С.А. Христиановича СО РАН ведется широкий спектр исследований в области аэродинамики. В качестве модельной аэрофизической установки используется аэродинамическая труба дозвуковых скоростей НГТУ [1].
Данная установка является аэродинамической трубой замкнутого типа с открытой рабочей частью, имеющей следующие основные характеристики:
- рабочий диапазон скоростей от 0 до 60 м/с;
- неравномерность скорости в ядре потока диаметром 0,8 м не более 0,8 %;
- степень турбулентности без турбулизирующих устройств около 0,3 %.
В представляемой работе приведено описание автоматизированного информационно-измерительного комплекса, предназначенного для проведения экспериментальных исследований в аэродинамической трубе, а также для обучения студентов основам аэродинамики и гидромеханики. Для обеспечения автоматизированного сбора данных с датчиков аэродинамической трубы был разработан и запущен в эксплуатацию информационно-измерительный комплекс для данной физической установки. Представляемый кластер был создан при выполнении государственного контракта с Федеральным дорожным агентством № УД 47/182 от 12 октября 2011 г.
Структура информационно-измерительного комплекса. Информационно-измери-тельный комплекс состоит из следующих компонентов:
- подсистема сбора и обработки экспериментальных данных с датчиков аэродинамической трубы;
- подсистема измерения скорости потока в трубе на основе датчика давления;
- подсистема регулирования и поддержания скорости потока в аэродинамической трубе в ПИД-режиме.
Программное обеспечение информационно-измерительного комплекса предназначено для сбора данных с тензовесов, измерения скорости потока в трубе, управления и поддержания постоянства скорости потока, а также для математической обработки результатов измерений. Обрабатывая полученные данные, можно определить аэродинамические силы и моменты, действующие на модель: силу лобового сопротивления, подъемную силу, момент тангажа.
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.
Стабилизация скорости потока в аэродинамической трубе. Представленные программно-технические средства обеспечивают управление аэродинамической трубой дозвуковых скоростей в ходе проведения эксперимента за счет формирования сигналов для цепи управления тиристорным приводом аэродинамической трубы. Это позволяет поддерживать постоянной скорость потока, проводить сбор экспериментальной информации и ее первичную статистическую обработку в реальном масштабе времени, проводить обработку экспериментальных данных с учетом необходимых для аэродинамического эксперимента поправок и выдавать полученные данные в табличном и графическом виде. Программные средства и оборудование должны обеспечивать точность поддержания скорости потока в рабочей части аэродинамической трубы не хуже 0,3 м/с.
Однако при проведении многих экспериментов требуется более высокая точность поддержания скорости. В связи с этим с целью улучшения стабильности скорости в рабочей части трубы были проведены работы по настройке системы поддержания скорости, подбору оптимальных коэффициентов ПИД-регулятора. Испытания проводились при трех значениях скорости вращения вентилятора n1, n2 и n3, соответствующих скоростям потока V = 15, 30 и 45 м/с.
В процессе испытаний устанавливались заданные обороты вентилятора n1, и в течение 10 мин. производились отсчеты с интервалом в 1 мин. Такие же испытания проводились при скорости вращения вентилятора n2 и п3.
Для каждого отсчета при n = const по показаниям эталонного датчика рассчитывалась скорость, затем средняя по десяти измерениям скорость, относительное среднее квадратическое отклонение.
Оценка случайной составляющей относительной погрешности от нестабильности скорости при доверительной вероятности Р = 0,95 и объеме измерений не менее 10, представлялась в виде 
.
Пересчитав относительную погрешность δ из таблицы в абсолютную, находим, что проведенная настройка системы управления обеспечила поддержание стабильности скорости в рабочей части аэродинамической трубы в диапазоне 15–45 м/с с погрешностью не более 0,1 м/с при доверительной вероятности Р = 0,95.
Заключение. Таким образом, представленная в данной работе система позволяет проводить автоматизированное измерение параметров потока в рабочей части аэродинамической трубы. Описанные средства стабилизации скорости потока обеспечивают её постоянство в процессе выполнения эксперимента. Все это позволяет повысить надежность результатов измерений при проведении аэрофизических экспериментов.
Работа выполнялась при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант РФФИ № 12–07–00548).