Устройство для моделирования двухмерных полей

 

О П И С А Н И Е „„ вз хвв

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено03.01.75 (21) 2092871/24 с присоединением заявки № (51) М. Кл.е

Ст06 Се 7/48

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (43) Опубликовано05.10.76.Бюллетень №37 (53) ДК681.333 (088.8) (45) Дата опубликования опнсания19.04.77

А. О. Дитман, С. М. Филатов, А. Н. Филиппов и В. В. Домбровский (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Ленинградский институт водного транспорта (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ДВУХМЕРНЫХ ПОЛЕЙ

Предлагаемое устройство относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для моделирования двухмерных физических полей с произвольным распределением источников или вихрей, т,е, векторных полей, описываемых вобщем случае уравнением Пуасс она, Известны устройства для моделирования двухмерных полей 1 (. Двухмерное поле воспроизводится в плоскости с помощью системы бесконечно длинных параллельных вихревых шнуров. При использовании достаточно больших квадратных рамок возможно воспроизведение системы прямолинейных вихрей с разными напряжениями и с общей циркуляцией, отличной от нуля.

Однако это устройство обладает большими габаритными размерами и не позволяет задавать требуемые граничные условия по контуру моделируемой области.

Наиболее близкое к изобретению устройство содержит две пластины из материала с высокой электропроводностью, источник питания и измерительный блок (2).

Однако класс решаемых задач этим устройством ограничен, точность моделирования недостаточна из-за того, что изгибдвухслойного листа модели по закону, определяемому правой частью уравнения Пуассона, 5 возможен только по законам, допускающим развертку плоского листа.

Цель изобретения — расширение класса решаемых задач и увеличение точности моделирования.

10 Поставленная цель достигается тем, что в воздушном зазоре между параллельно устайовленными пластинами помещена вертикально пластина, вьптолненная в форме исследуемой области, из того же материала, 15 в воздушном зазоре установлены проводники то ковводов, соединенные с источником питания ультразвуковой частоты, причем на токоввода)с установлены индукционные датчики, подключенные к измерительному блоку.

Питание модели от источника ультразву20 ковой частоты необходимо для вьптолнения граничных условий в магнитном поле В =0

Il (нормальная составляющая магнитной индус ции к плоскости электропроводящего листа равна нулю). В этом случае элементы то-, ковводов создают в воздушной полости модели плоско-параллельное магнитное поле, функция потока которого удовлетвэряет моделируемому уравнению Пуассона.

Действительно, в соответствии с первым уравнением Максвелла о (i) где  — магнитная индукция, А1э — магнитная постоянная, ) — плотность тока, вокруг каждого проводника токоввода существует циркуляция вектора о 9 где З вЂ” ток, текущий в проводнике токоввода, dk — элемент контура интегрирования.

Один тэковвод обслуживает некоторую плошадь ь S„и средняя величина плотности тока равна форме конкретной исследуемой области. Причем пластина 2 выполнена съемной, что необходимо для изменения границы исследуемой области. Токоввод 5 соединяется с пластиной 2 при помощи зажимного контакта

6, а от пластины 3 он изолирован втулкой

7„ Проводники TDKDBBogB 8 соединяются с пластиной 3 при помощи пайки. Питание модели 1 осуществляется от блока питания

10 9 ультразвуковой частоты, Измерительный блок 10 устройства содержит измерительный узел ll c выходом на цифропечатающее устрэйство 12, Измерение магнитного поля осуществляется спе15 циапьными индукционными датчиками 13, расположенными на токовводах 5 внутри морепп 1 и подключенными к измерительному узлу 11 через коммутатор 14. При этом составляющие магнитной индукции В„и Ву

20 измеряются соответственно обмэтками 15, 16 ин.г к риони гэ паттона 1 3

Вводя функцию потока Ч вектора 5 соотношениями 25 (4) и подставляя уравнения (3) и (4) в равен30 ство (1), получим

При заданной величине площадок ьЯ величина тока моделирует правую часть уравнения Пуассона.

В отличие от известных случаев моделирования уравнения Пуассона с помощью потенциальных электрических полей в рассматриваемом варианте применяется вихревое магнитное поле, что позволяет моделировать <5 вихревые векторные поля на основе прямой математической аналогии, Измерение магнитного поля в воздушном зазоре модели осуществляется индукционными датчиками, расположенными на TOED вводах внутри модели.

На фиг, 1 изображена функциональная схема устройства для моделирования двухмерных полей; на фиг. 2 — элемент модели; на фиг. 3 — блок-схема измерительного узла. 55

Модель 1 исследуемой области содержит две параллельные пластины 2 и 3 из материала с высокой электропроводностью с воздушным зазором между ними и вертикально расположенную пластину 4, выполненную в 60

Измерительный узел 11 устройства представляет собой (см. фиг, 3) фазочувствител ь ную схему, состоящую из усилителя 17, фа» зового детектора 18, фазовращателя 19 опорного напряжения, снимаемого с блока питания 9, цифрового вольтметра 20 с выходом на цифропечатающее устройство 12.

При решении задачи по исследуемой области модели 1 путем принудительного задания токов с помощью блоке питания 9 ре апизуется требуемое распределение токов, определяемое правой частью моделируемого уравнения Пуассона. Затем индукционные датчики 13 поочередно с помощью коммутатора 14 подключаются к усилителю 17 измерительного узла 11. Усиленный сигнал с обмоток 15 и 16 подается на вход фазового детектора 18, постоянное напряжение на выходе которого пропорционально координатным составляющим Вх и Â вектора магнитной индукции, что соответствует производным по направлению от моделируемэйфщжкции g, удовлетворяющей уравнению 11уассона. Этэ постоянное напряжение регистрируется цифровым вольтметром 20.

Граничные услОВия Y = cott54 Вьпхол» няются в модели 1 автоматически при любой форме моделируемой области.

Предлагаемое устройство сокращает трудоемкость при решении задач, связанных с отыскиванием оптимального строения поля в реальных аэрогидродинамических, теплотехнических, к еханических и других конструкциях и устройствах, и повышает производительность работ пэ расчету физических полей.

531169 фиг. 7

Фиг. 2

Формула из обретения

Устройство для моделирования двухмерных полей, содержащее две пластины из

5 материала с BbIcDKDB электропроводностью, источники питания и измерительный блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем„что, с целью увеличения точности моделирования и расширения класса решаемых задач, в воздушном зазоре между параллельно установленными пластинами помещена вертикально пластина, выполненная в форме исследуемой области из того же материала в воздушном зазоре установлены проводники токовводов, соединенные с источником питания ультразвуковой частоты, причем на токовводах установлены индукционные датчики, подключенные к измерительному блоху.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Рязанов Г. A. Электрическэе моделирование с помощью вихревых полей. М., "Наука", 1969, с. 189.

2. Авт.свид. СССР № 370616 по кл.

5 OBg 7/42 от 1971 г. (прототип), БНИИПИ Заказ б297/128

Тираж 864 Подписное

Филиал ППП -Патент, r,Óæãîðîä, ул. Проектная„4