Устройство для моделирования двухмерных

 

389522

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! 4Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 19.Ч11,1971 (№ 1684224/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 05.VII.1973. Бюллетень № 29

Дата опубликования описания З.XII.1973

М. Кл. G 06g 7!44

Гасударственный комитет

Саввтв Министров СССР аа делам иэааретений и открытий

УДК 681.333 (088.8) Авторы изобретсния

А. О. Дитман, И. М. Гражданов и С. M. филатов

Ленинградский институт водного транспорта

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВУХМЕРНЫХ

ЦИРКУЛЯЦИОНИЫХ ПОТОКОВ

Изобретение относится к области электрического моделирования.

Известно устройство, в котором для моделирования плоских циркуляционных потоков используется прямая математическая аналогия между .циркуляционным потоком и квазистациопарным электрическим полем, индуцируемым в проводящей среде тороидальным электромагнитом, магнитный поток которого сцеплен с этой средой. Проводящей средой служит алюминиева я фольга толщиной

12 — 15 лк.

Устройство предназначено для решения однои частной задачи по исследованию аэродинамики крылового профиля в,безграничном потоке и не позволяет решать широкий класс аэро- и гидродинаваических задач.

Кроме того, схема почитания модели не обеспечивает необходимой синфа зности потенциального и вихревого полей, что затрудняет, а порой и исключает возможность замеров в участках суммарного поля с большими градиентамп скоростей.

Конструктивное решение устройства не позволяет точно оценить количественно величину паразитной э.д.с., которая может наводиться во внешней цепи питания модели при решении некоторых задач, и осуществлять контроль ее компенсации.

Измерительная схема громоздка, сложна в эксплуатации и не обеспечивает получения результатов с достаточной точностью.

Предложенное устройство существенчо расширяет класс решаемых гидродинамическпх задач, повышает точность решения и надежность исследования, что обеспечивает решение задач не только по обтеканию крыла в набегающем безграничном потоке, но и прп наличии ограничения с одной (у экрана) или двух сторон (в канале); при наличии экрана волновой формы, под свободной поверхностью при числах Фруда от 0 до 10 на глубине и при мелководье с разл|ичными конфигурациями профиля дна.

Кроме того, возможно решение задачи о неста ц иона рном встречном и:попутном движении тел с одинаковыми или различными скоростями как в неподвижной среде, так и ,прои сносе течением под любым углом, а также моделирование вызванных полей скоростей и определение присоединенных масс тел различной формы.

При решении перечисленных задач устройство позволяет определять относительные ско25 рости по контуру профиля и в любой точке поля, циркуляцию скорости, потенциал точек на контуре профиля и в любой точке потока, :потенциал поля вызванных скоростей (поля наведенных зарядов) и экспериментально

30 строить сстки как суммарного поля скоростей, 389522

3 так и составляющих полей каждого в отдельности, а также сетки вызванного поля скоростей.

Измерительная схема позволяет производить замеры с точностью до третьего знака при высокой чувствительности и отсутствии помех.

В предлагаемом устройстве эти преимущества достигаются тем, что в нем применены фа зоврашатели, обеопечивающие синфазность всех элементов, эталонные элементы, позволяющие измерять точки в элементах модели, блоки, резисторов для принудительного задания токов в модель, компенсатор для компенсации,паразитной э.д.с. и устройство для задания условия свободной поверхности.

На фиг. 1 дана бло к-схема устройства; на фиг. 2 — устройство для реализации условий свободной поверхности.

Предложенное устройство состоит из стенда с моделью 1, блока питания 2 и измерительного блока 8.

Для задания потенциального поля, имитирующего набегающий поток в модели, используется регулятор напря>кения 4, к выходу которого подсоединен понижающий трансформатор 5. С последнего через последовательно включенный эталонный элемент б, предназначенный для регистрации параз итной э.д.с., возникающей во внешней цепи, и контроля ее компенсации, на пряжение через резисторы 7 и систему контактов 8 подается на модель.

Для компенсации паразитной э.д.с. с регулятора напряжения 9 на вход,компенсатора

10, подключенного последовательно эталонному элементу б, подается необходимое на пряжение.

Фазовращатель 11 предназначен для согласования по фазе с потенциальным полем через регулятор напряжения 12 и понижающий трансформатор 18 питания устройства 14 для задания условий свободной поверхности.

Фазоврашатель 15 предназначен для согласования по фазе с потенциальным полем поля циркуляциями скорости. С его выхода через регуляторы напряжения 16, 18 на тороидальные электромагниты 17, 19, продетые в вырезы, соответствующие профилю тела, магнитный поток которых сцеплен с моделью, подается напряжение, величина которого и полярность определяется выполнением постулата Чаплыгина - Куковского на задней кромке профиля.

Для задания граничных условий в модели дискретным способом блок питания имеет два одинаковых канала, включающих в себя фазовращатели 20, 21, регуляторы напря>кений

22, 28, íà вхо д,которых подключены поникаюшие трансформаторы 24, 25. Напря>кение со вторичных обмоток последних через последовательно включенные эталонные элементы

26, 27, подается на блоки резисторов 28, 29 и контакты 80, 31.

Измерительный блок 8 с системой подключения зондов 82 выполнен в виде .компактного

4 прибора, обеспечивающего производство измерений компенсационным методом, и состоящего из фазовращателя 88, регулятора опорного напряжения 84, усилителя опорного напряжения 85, через которые опорное напря>кение, снимаемое с трансформатора 5 блока питания, подается на вход компенсатора и нуль-индикатора.

Компенсатор 86 представляет собой потенциометр переменного тока прямоугольно-координатного ти па с безотсчетной компенсацией квад ратурной составляющей измеряемого напряжения, поступающего с зонда 82. На вход .компенсатора 86 через усилитель 37 нульиндикатора подключен нуль-индикатор 88, на второй вход которого подается напряжение со второго выхода усилителя опорного напряжения 85.

Схема измерительного блока 8 выполняется астатической с целью .исключения электромагнитных наводок, и ее элементы тщательно симметрированы. При этом с инфазность опорного и измеряемого напряжений обеспечивается фазовращателем 83.

Шкала компенса тора 86, разбитая на сто делений, и декадный переключатель б позволяют производить замеры с тремя значащими цифрами.

Устройство 14 для задания условий свободной поверхности (фиг. 2) состоит из основания 39, к которому диэлектрической прокладкой 40 по краю модели прижата шина 41 из медной проволоки переменного сечения. Плотный прижим обеспечивается пр и>кимной планкой 42 с шайба ми 43 и гайками 44, которые навинчиваются на шпильку 45 с резьбой, вваренную в основание.

Работа предложенного устройства рассматривается на примере решения задачи моделирования тандема подводных крыльев при цир куляционном обтекании вблизи свободной поверхности на мелководье с волнистой конфигурацией профиля дна, в котором задействованы все узлы и блоки, Модель, вырезанная из фольги по границам, соответствующим задаче, но без профилей, помещают на планшете стенда. К правому и левому краям подсоединяют контакты

8 для задания на бегающего потенциального потока.

По краю модели, соответствующему, профилю дна, подсоединяют контакты 30, 31, для задания граничных условий. Расположение и число, контактов определяется профилем дна, который размечен параллельными линиями, а полярность устанавливается относительно контактов 8, задающих набегающий пото к.

Блок питания и измерительный бло к включают в сеть. Регулятором напряжения 4 через трансформатор 5, эталонный элемент б, резисторы 7 и KokITBIKTbk 8 в модели задается поле, имитирующее набегающий пото к.

Фазовращателями 20, 21 и регуляторами напряжения 22, 28 через, понижающие трансформаторы 24, 25 и блоки резисторов подби389522

5 раются фаза я напря>кение íà контактах 80, 81,,компенсирующее поле наведенных зарядов на границе, имитирующей профиль дна.

Контроль осуществляется замерами двойным контактны л зондом по нескольким сечениям модели. Поле по всей модели должно быть однородным.

После выравниван ия поля снима ются показатели на эталонных элементах 6, 26, 27, которые используются для контроля в ходе эксперимента. Затем к границе модели, обозначающей свободную поверхность, подсоединяется устройство 14 для задания условий свободной поверхности. Сечение шины 41 подбирают соответственно заданному числу

Фруда.

Фазовращателем 11 и регулятором напряжения 12 через понижающий трансформатор 18 подбирается фаза и напряжение, при котором падение потенциала в шине 41 одинаково с падением потенциала в модели. Контроль проводится построением эквипотенциалей или промером напряженности поля у шины ло всей ее длине.

По изготовленному шаблону или другим каким угодно приспособлением в соответствии с условиями задачи вырезаются профили крыльев, в которые продеваются тороидальные электромагниты 17, 19.

Фазовращателем 15 подбирается фаза, а регуляторами напряжения 16, 18 при соответствующей полярности на тороидальные электромагниты 17, 19 подается напряжение, необходимое для выполнения постул ата Чаплыгина-Жуковского на задних кромках профилей.

Контроль согласования осуществляется получением нулевого значения двойным контактным зондом, выставленным у задней кромки перпендикулярно биссектрисе угла.

После согласования замером на эталонном элементе б, проверяют, есть ли во внешней цепи паразитная э.д.с., на что указывает разность с замером до согласования. Для компенсации паразитной э.д.с. н а шкале компенсатора 86 устанавливают значение первого замера и с помощью регулятора напряжения устанавливают нулевое показание нуль-индикатора.

Для замера распределения скоростей двойной контактный зонд последовательного устанавливают в намеченные точки. Напряжение, снимаемое зондом, подается на вход 1 измерительного блока, а опорное напряжение, сн имаемое с трансформатора 5, †на вх И. С помощью ручек управления измерительного бло10

40 ка устанавливают нулевое показание нульиндикатора. Величина сигнала регистрируется на шкале компенсатора 86.

Предмет изобретения

1. Устройство для моделирования двухмерных циркуляционных потоков при обтекании профилей, содержащее стенд с расположенной a нем моделью исследуемого поля, регуляторы напряжения, трансформаторы, блоки резисторов, тороидальные электромагн иты, питающие контакты для задания потенциального поля и граничных условий, резисторы и измерительный блок, к которому подключена система зондов, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач и повышения надежности, оно содержит фазовращатели, эталоны, компенсатор и устройство для задания условий свободной поверхности; причем первый фазовращатель соединен со входом первого и второго регуляторов напряжений, выходы которых подключены к тороидальным электромагнитам, пропущенным через вырезы по форме профиля в модели, а выходы трех других фазовращателей подключены через третий, четвертый и пятый регуляторы напряжения к трансформаторам, два из которых подкл ючены к первому и второму блокам эталонов, выходы которых через блоки резисторов соединены с контактами для задания граничных условий, а третий трансформатор соедицен с проводящей шиной переменного сечения устройства для задания условий свободной поверхности; входы фазовращателей соединены со входами шестого и седьмого регуляторов напряжений; выход шестого регулятора напряжения соединен с четвертым трансформатором, подключенным ко входу измерительного блока и третьему блоку эталонов, выход которого соединен через резисторы с кон тактами для задания потенциального поля и с выходом компенсатора, вход которого соединен с выходом седьмого регулятора на пряжения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем измерительный блок содержит последовательно соединенные фазовращатель, регулятор опорного напряжения, первый усилитель, компенсатор, второй усилитель и нульиндикатор; причем выход первого усилителя соединен со входом нуль-индикатора, вход компенсатора — с первым входом устройства, а вход фазовращателя — со вторым входом устройства.

389522

Составитель E. Тимохина

Редактор Л. Утехина

Texpeд Л. Грачева

Корректор О. Тюрина

Заказ 3525 7 1Лзд. ¹ 789

Тираж 647 Поди»сное

ЦН1ЛИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений п открытий

Москва, )К-35, Раугиская»аб., д. 4(5

Т»пографпя, »р. Сапунова, 2