Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

К СОЗДАНИЮ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СВЕРХЗВУКОВЫХ СТРУЙНЫХ ТЕЧЕНИЙ

Башуров В.В. 1 Гилев В.М. 1 Запрягаев В.И. 1 Киселев Н.П. 1
1 ФГБУН «Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН»
1. Дядькин А.А., Сухоруков В.П., Трашков Г.А., Волков В.Ф., Запрягаев В.И., Киселев Н.П. Структура течения в окрестности перспективного возвращаемого аппарата вблизи посадочной поверхности при наличии сверхзвуковых тормозных струй // Сб. трудов XXIII семинара по струйным, отрывным и нестационарным течениям. – Томск, 2012. – С. 122–123.
2. Экспериментальное исследование влияния вихрегенераторов и подвода жидкости на шум высокоскоростных струй / В.И. Запрягаев, Н.П. Киселев, Д.А. Губанов // Ученые записки ЦАГИ. – 2012. – Т. 43, № 4. – С. 57–68.
3. Baturin A.А., Gilyov V.M., Dobrovol’skaya T.N., Klinkov S.V., Kosarev V.F., Sova A.A. Computerization system for investigation of cold gasdynamic spraying processes // Intern. Conf. on the Methods of Aerophys. Research: Proc., Pt. III. Novosibirsk, 2007. – P. 22–26.
4. Гаркуша В.В., Запрягаев В.И., Певзнер А.С., Яковлев В.В., Яковлева Н.В. Автоматизированная система сбора, хранения и обработки экспериментальных данных // 16th International conference on the methods of aerophysical research (ICMAR’2012) (Kazan–Novosibirsk, Russia, 19–25 Aug., 2012): Abstracts. Pt. 1. – Kazan, 2012. – P. 102–103.

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.


Библиографическая ссылка

Башуров В.В., Гилев В.М., Запрягаев В.И., Киселев Н.П. К СОЗДАНИЮ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СВЕРХЗВУКОВЫХ СТРУЙНЫХ ТЕЧЕНИЙ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2013. – № 11-1. – С. 47-49;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=4309 (дата обращения: 21.09.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074