Устройство электромагнитного подвеса модели в аэродинамической трубе

 

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике и может быть использовано при исследованиях моделей в аэродинамических трубах. Цель изобретения - расширение области устойчивости и улучшение динамических свойств подвеса без увеличения потребляемой мощности усилителей, а также увеличение точности определения аэродинамических характеристик. Устройство содержит три основных электромагнита, расположенных на общем магнитопроводе, ферромагнитное тело, датчики положения модели, устройство управления и основные усилители мощности. Имеются в устройстве два дополнительных электромагнита, расположенных с противоположной стороны рабочей части трубы относительно основных, дополнительные усилители мощности и интеграторы. Основные усилители выполнены в виде электромеханических вариаторов с выпрямителями на выходе, а интеграторы выполнены в виде электроприводов вариаторов. Это позволяет более чем в два раза увеличить быстродействие системы стабилизации, уменьшить пульсации питающего тока, повысить измерения аэродинамических нагрузок на модель. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1518692 (51)4 С О1 М 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4226354/31-27 (22) 08„04.87 (46) 30.10.89. Бюл. В 40 (71) Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе (72) В.Н.Усачев, Ю„Д.Вышков, Ю.А.Сидоров и В.П.Коробков (53) 62-551.4(088.8) (56) Кацнельсон О.Г., Эдельштейн А,С.

Автоматические измерительные приборы с магнитной подвеской„ М.: Энергия, I97О, с.163-170. (54) УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО

ПОДВЕСА МОДЕЛИ В АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ

ТРУБЕ (57) Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике и может быть использовано при исследованиях моделей в аэродинамических трубах. Цель изобретения — расширение области устойчивости и улучшение динамических свойств подвеса без увеличения потребляемой мощности электромагнитов

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике и может быть использовано при исследованиях моделей в аэродинамических трубах.

Цель изобретения — расширение области устойчивости, улучшение динамических свойств подвеса без увеличения потребляемой мощности электромагнитов и требуемой мощности усилителей, увеличение точности определения аэродинамических характеристик.

На фиг.1 изображено устройство электромагнитного подвеса модели в

2 и требуемой мощности усилителей, а также увеличение точности определения аэродинамических характеристик.

Устройство содержит три основных электромагнита, расположенных на общем магнитопроводе, ферромагнитное тело, датчики положения модели, устройство управления и основные усилители мощности. Имеются в устройстве два дополнительных электромагнита, расположенных с противоположной стороны рабочей части трубы относительно основных, дополнительные усилители мощности и интеграторы. Основные усилители выполнены в виде электромеханических вариаторов с выпрямителями íà g выходе, а интеграторы выполнены в виде электроприводов вариаторов. Это позволяет более чем в два раза увеличить быстродействие системы стаби- С лизации, уменьшить пульсации питающего тока, повысить точность измерения аэродинамических нагрузок на модель.

I з.п. ф-лы, 2 ил. ©ч аэродинамической трубе; на фиг.2— выполнение основных усилителей в ви41з электромеханических вариаторов, а интеграторов — в виде электроприводов вариаторов.

Устройство (фиг.1) содержит модель 1, датчики 2 положения, устройство 3 управления, интеграторы 4, усилитель 5 мощности основных электромагнитов 6 и 7, магнитопровод 8, дополнительные усилители 9 мощности, дополнительные электромагниты 10 и

11, электромагнит 12, усилитель 13

l5IHh92

1О

20

40

55 мощности, электроприводы «и 15 вариаторов (фиг.2 ), выпрямители 16 и

)7, быстродействующие усилители 18 и

19. При этом выходы датчиков 2 положения подсоединены к входу устройства 3 управления, к выходам которого подсоединены интеграторы 4, которые своими выходами соединены с входами усилителей 5 мощности, соединенными с основными электромагнитами 6 и 7, установленными на общем магнитопроводе 8.

Дополнительные усилители 9 мощности подсоединены входами к выходам устройства 3 управления, а выходами — к дополнительным электромагнитам 10 и 11 с раздельными магнитопроводами. Электромагнит 12 подсоединен к усилителю 13 мощности. Основные электромагниты 6 и 7 установлены в верхней части аэродинамической трубы. Электромагнит 13 является кольцевым и установлен с внешней стороны аэродинамической трубы. Электропривод 14 и 15 вариаторов подсоединены к выходам устройства 3 управления и осуществляют интегрирование выходного сигнала. Выпрямители 16 и 17 подсоединены к выходам вариаторов.

Быстродействующие усилители 18 и 19 своими входами связаны с выходами устройства 3 управления, а выходами — с дополнительнымн электромагнитами 10 и 11.

Устройство работает следующим образом.

Когда модель находится в заданном положении, сила тяжести модели и аэродинамические силы, действующие на модель со стороны потока, направление которого показано на фиг.l стрелкой, уравновешены силами взаимодействия ферромагнитного тела, помещенного внутри модели, с магнитным полем, создаваемым электромагнитами 6, 7 н 12. Токи в электромагнитах 10 u II при этом равны нулю, Измерение сил, действующих на. модель, производится по токам в электромагнитах 6, 7 и 12. При отклонении модели от заданного положения через электромагниты IO и 11 начинают протекать токи, направление и величина которых регулируется системой 3 управления так, чтобы вернуть модель в заданное положение.

Если воздействие, вызвавшее это отклонение имеет кратковременный ха. рактер (нестабильность потока или его возмущение), то токи в электромагнитах 6, 7 и )2 не изменяют величины, а в электромагнитах 10 и 1! обращаются в нуль после окончания отклоняющего воздействия. Если воздействие сохраняется длительно (изменение скорости потока или угла атаки модели, определяемое требованиями аэродинамических исследований ), то происходит изменение токов в электромагнитах 6, 7 и !2 до тех пор, пока не достигается установившийся режим, при котором токи в электромагнитах

10 и Il равны нулю и аэродинамические силы определяются опять величинами токов в электромагнитах 6, 7 и 12 °

Улучшение стабильности и динамических свойств подвеса при сохранении общего магнитопровода достигается тем, что электромагниты 10 и 11 отделены друг от друга и от электромагнитов 6 и 7 воздушными промежутками, что обеспечивает минимальную связь между ними. При этом появляется возможность использовать для питания электромагнитов 6 и 7 электромеханические вариаторы постоянного тока, выходной ток которых имеет небольшое содержание высших гармоник.

Это повышает точность измерения, уменьшает потери на вихревые токи в магнитопроводах и снижает уровень помех, создаваемых установкой, и позволяет использовать для питания электромагнитов 10 и Il усилители относительно небольшой мощности. При этом значительно проще обеспечить требование к быстродействию этих усилителей.

Увеличение нагрузочной способности и расширение области устойчивости обеспечиваются в предлагаемом устройстве следующим образом. Верхние электромагниты устройства создают действующие на модель электромагнитные силы F, и F, направленные вдоль осей электромагнитов, Эти силы компенсируют действующие на модель внешний момент М „ и внешнюю силу Г „,так что в статическом положении выполняется

Мьн (" "))" Г + F, (1)

1 где 1 — расстояние между осями электромагнитов.

Электромагнитные силы F u F за2 висят от токов электромагнитов

1518692 (2) F1 Fã(s э

i 21 У ° У2)1

BFi . дF1

+ -т- Ji,+ --.— ii с71 д 7

2Е2 . дР2

+- -di + — -di к ь12 дF, + ду, аг

+ ду 1

PF, 2 У + -- ау у 2

8 F2

Py2 уг

Fr Fo (3) Fo с 8F7 (Л )

31 „81 F2 — -) (4)

)е маркс 1 d 1 мькс

R dF1

+ — (- ——

dy, и положения модели вдоль направления осей электромагнитов у, и у 7 где а i,, Л i,, ay, ау, — отклонения от средних значений.

Максимальный внешний момент,компенсируемый системой (момент вызывает лишь поворот модели, поэтому полагают, что центр масс модели не смещается и 21 у, - — Д у 2) . где М „„„,— максимально допустимое превыпение током обмотки среднего значения;

К вЂ” сопротивление обмотки; коэффициент пропорциональности регулятора тока, входящий в соотношение

Ы

Ь7. -- йУ

Из (4) видно, что допустимый нагрузочный внешний момент тем больше, >F2 F чем меньше величины --.— и —— У1

Последние величины уменьшаются при исключении общего сердечника у верхних электромагнитов. Однако при исключении сердечника уменьшаются, как это видно иэ выражений (3), силы электромагнитов, а это, как видно из второго выражения (1), уменьшает допустимую величину внешней силы, которая может быть скомпенсирована системой. Введение дополнительных электромагнитов без общего сердечника и сохранение общего сердечника в основных электромагнитах, подсоединение основных и дополнительных электромагнитов к раздельным выходам усилителей позволяют одновременно увеличить допустимые нагрузки М „ и F „, область устойчивости и улучшить динамические характеристикии.

Устройство электромагнитной подвески модели в аэродинамической трубе с электромеханическими вариаторами в цепи питания основных электроF 7 2 . (2-1 ° 1 ". эУ, У7 )

В линейном приближении магнитов с общим магнитопроводом показано на фиг.2. Электроприводы 14 и 15 вариаторов осуществляют интегрирование выходного сигнала устройства 3 управления и представляют со, бой двигатели с обмотками возбуждения, подсоединенными к выходам устройства 3 управления. Двигатели перемещают ползуны вариаторов с вьг

2О прямителями 16 и 17 на выходе. От вариаторов с выпрямителями питаются обмотки основных электромагнитов 6 и

7 с общим магнитопроводом 8. Токи дополнительных электромагнитов 10 и

25 11 с разделенными сердечниками регулируются быстродействующими. усилите-. лями 18 и 19, подсоединеннйми к выходам устройства 3 управМбйия. На вход устройства 3 управления подключаются

3р датчики 2 положения модели l.

Формула изобретения

1. Устройство электромагнитного подвеса модели в аэродинамической

35 трубе, содержащее три электромагнита, ферромагнитное тело, размещенное внутри модели, датчик положения модели, устройство управления, три уси4О лителя мощности, два интегратора, при этом выход датчика положения модели соединен с входом устройства управления, первый выход которого последовательно соединен с первыми

45 интегратором, усилителем мощности и электромагнитом, второй выход устройства управления последовательно соединен с вторыми интегратором, уситителем мощности и электромагнитом, 5О третий выход устройства управления последовательно соединен с третьим усилителем мощности и электромагни-том, первый и третий электромагниты расположены на общем магнитопроводе и установлены в верхней части аэродинамической трубы, а третий электромагнит является кольцевым и установлен с внешней стороны аэродинамической трубы, о т л и ч а ю щ е7 l.5!8692 8

Фиг. 1 е с я тем, что, с целью расширения области устойчивости, улучшения динамических свойств подвеса без увеличения потребляемой мощности электромагнитов и требуемой мощности уси5 лителей, оно снабжено четвертыми и пятыми электромагнитами, и усилителями мощности, причем выходы четвертого и пятого усилителей подключены к

10 четвертому и пятому электромагнитам, а входы соединены с первым и вторым выходами устройства управления, при этом четвертый и пятый электрэмагниты установлены в нижней части аэродинамической трубы.

2. Устройство по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения аэродинамических характеристик, уменьшения потерь на вихревые токи в магнитопроводе, усилители выполнены в виде электромеханических вариаторов с выпрямителями на выходе, а интеграторы — в виде электроприводов вариаторов.!

5!8692

Nb

3808

Составитель В. Пучинский

Редактор И.Касарда Техред Л.Олийнык Корректор В. ГиРнЯк

Заказ 6599/47 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101