В работе приведено обоснование необходимости создания автоматизированной системы сбора и первичной обработки данных на экспериментальном стенде, предназначенном для исследования сверхзвуковых струйных течений. С помощью системы будет производиться сбор данных эксперимента непосредственно в ЭВМ, их накопление и обработка.
В настоящее время, как в России, так и за рубежом большое внимание уделяется проведению научных исследований по изучению структуры и характеристик струйных течений. Это связано с широким распространением течений такого типа в практических приложениях. В частности, в системах ракетно-космической техники [1–2], газодинамических системах напыления различных материалов на твердую поверхность [3] и т.д.
Для моделирования струйных течений в Институте теоретической и прикладной механики (ИТПМ) СО РАН в настоящее время модернизируется вертикальная струйная установка (ВСУ) [4]. На установке будет исследоваться структура сверхзвуковой струи при вытекании ее из сопла, при различных режимах работы установки. Также будут исследоваться процессы взаимодействия сверхзвуковой струи с жесткой преградой (в частности, моделирующей условия старта/посадки космических летательных аппаратов).
Конструкция ВСУ. Установка ВСУ представляет собой вертикально расположенную форкамеру, в центре верхнего фланца которой имеется узел присоединения сменных сопел. Форкамера – сосуд с внутренним диметром 330 мм – содержит хонейкомб на входе и детурбулизирующую сетку для выравнивания воздушного потока. Вход в канал, подводящий воздух к соплу из форкамеры, выполнен по лемнискате.
ВСУ подключена к системе воздуха высокого давления (до 200 атм.) трубопроводом с условным диаметром 100 мм, обеспечивающим значительный расход газа (до 50 кг/с), и оборудована устройством регулирования для подержания постоянного давления в форкамере. На трубопроводе высокого давления установлены запорная задвижка и регулирующий пневмодроссель (запорно-регулирующий клапан). Верхний фланец форкамеры объединен с установочной плитой, на которой закреплены вертикальные направляющие штанги. Последние служат для крепления к ним подвижной траверсы, имеющей возможность перемещаться по вертикали (по оси xП) с помощью ходовых винтов и двигателя, на которую монтируется преграда. Управление запуском установки, поддержание газодинамического режима и перемещение преграды осуществляется с пульта установки, находящегося в отдельном помещении (пульте ВСУ).
Назначение системы автоматизации. Создание системы автоматизации ВСУ обусловлено необходимостью решения следующих задач:
– контроль за измерением давления и температуры в форкамере и помещении установки;
– регистрация положения xП и угла наклона α преграды.
Измеряемые параметры. При выполнении исследований струйных течений производится измерение различных параметров:
1. Газодинамические параметры, измеряемые во время эксперимента
P0f – давление в форкамере;
Pс – давление в помещении установки;
T0f – температура в форкамере;
Tc – температура в помещении.
2. Измерение положения преграды
В процессе проведения экспериментов производится перемещение преграды вдоль координаты x с шагом 0,05 мм. При этом максимальное верхнее положение составляет величину – 1000 мм. В процессе проведения эксперимента производится измерение величины xП – перемещение преграды вдоль координаты x.
3. Измерение угла наклона преграды
В процессе проведения экспериментов производится изменение угла наклона преграды α, диапазон ±30° с точностью по углу 0,1°. Такие исследования позволяют моделировать взлет/посадку летательного аппарата с наклонной поверхности.
Сопряжение датчиков с ПЭВМ. Сопряжение датчиков с ПЭВМ осуществляется с использованием модулей распределенной системы сбора и обработки данных серии I-7000 ICP-DAS. В состав системы входят:
– модуль I7019 – 8-канальный, 12-разрядный АЦП с поканальным программированием диапазона от ±150 мВ до ±10 В и 0…20 мА;
– 4-канальный реверсивный счетчик для подсчета импульсов энкодера xП с учетом направления вращения последнего;
– модуль I7043 – модуль вывода, служит для управления вводом данных счетчика и его сброса;
– модуль I7053 – модуль ввода, служит для считывания данных счетчика.
Модули серии I7000 объединены по интерфейсу RS485, имеют общее питание 24 В и через модуль I7520 (преобразователь интерфейсов) подсоединены к СОМ-порту ПЭВМ. Управление магистральной задвижкой, запорно-регулирующим клапаном и положением преграды осуществляется дистанционно с пульта управления и не связано с ПЭВМ.
Заключение
К настоящему времени смонтированы и отлажены все основные технические средства создаваемой системы. Ведутся работы по разработке и отладке необходимого программного обеспечения. Работа выполнялась при частичной финансовой поддержке гранта РФФИ № 12-07-00548.