Устройство управления положением модели в аэродинамической трубе

Устройство управления положением модели в аэродинамической трубе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к авиационной промышленности, а именно к аэродинамическим трубам с магнитным подвесом модели летательного аппарата . Цель изобретения - повышение точности управления положением модели в аэродинамической трубе. Устрой - ство содержит электромагниты стабилизации положения модели 1 по осям X, Y, И и по углам вращения относительно осей Y, 7,, датчик 2 положения модели, задатчнки 4-8 нулевого положения модели, схемы сравнения , усилители 14-18, дифференциаторы 20-24, сумматоры 26-30, усилители 35-39 мощности, В устройство введены датчик 3 угла крена, усилитель 19, дифференциатор 25, сумматоры 31 и 34, вычитатели 33, задатчик 3 угла крена, усилители 40, 41 мощности и четыре электромагнита 47- ( 50, установленных под углом 45° к .осям У и 7. координат в модель I летательного аппарата, Катутики электрог

(Н)5 6 01 М 9/00 1

1-

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

°

МФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

APH ГКНТ СССР (21) 4603384(27 (22) 09,11.88 (46) 15,05.91, Вшл. 9 18 (71) Иосковский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе и Центральный аэрогндродинамический институт им. проА. Н.E.Æóêosñêoão (72) Ж.Д,Выщков, В.Н.Усачев, А.В,Кузин и Г.К.Шаповалов (53) 658.562..012.7(088.8) (56) Ronald A, Cole — Magnetic

Яовреаз3оп Holds Wind - fonnel .models-Aircraft and ппзз les. Octo ber 1960, р, 37-38, i (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЩ

ИОДЕЛИ 8 АЭРОДИНИ1ИЧЕСКОР1 ТРУБЕ, (57) Изобретение относится к авиационной промышленности, а именно к аэродинамическим трубам с магнитным подвесом модели летательного, аппаSU, l649344 А1

2 рата. Цель изобретения - повышение точности управления положением модели в аэродинамической трубе. Устрой ство содержит электромагниты стабилизации положения модели 1 по осям

Х, Y 1 н по углам вращения относительно осей Y 7., датчик 2 положения модели, задатчики 4-8 нулевого положения модели, схемы сравнения

9-13, усилители 14-18, дифференцна"

:торы 20-24, сумматоры 26-30, усилители 35-39 мощности. В устройство введены датчик 3 угла крена, усилитель 19, дифйеренциятор 25, сумматоры 31 н 34, вычитатели 33, задатчик 32 угла крена, усилители 40, 41 мощности и четыре электромагнита 47I

50, установленных под углом 45 к осям У. и 7, координат в модель I летательного аппарата. Катушки электро" Сеее ! а

1649344 магнитов соединены попарно и последовательно с усилителями мощности.

Стабилизация модели по крену и изменение аэродинамического момента враще5

Изобретение относится к авиационной промывленности, а именно к аэродинамическим трубам (АДТ) с магнитным подвесом модели летательного аппарата (ЛА), Цель изобретения - повыщение точ- 15 ности sa счет стабилизации модели по крену и измерения аэродинамического момента вращения модели по углу крена

На фиг.1 изображена функциональ- 2р ная схема устройства управления поло1 жением модели в АДТ; на фиг.2 — установка электромагнитов на АДТ, общий вид на .фиг.3 — установка электромагнитов в плоскости YOZ и вклю- 25 чение их обмоток в электромагнитную схему; на фиг.4 — установка постоянного магнита в модели ЛА и датчик положения по осям электромагнитов (каналы определения смещения по 30 осям второго и четвертого электромагнитов); на фиг.5 — установка постоянного магнита в модели ЛА и датчик положения модели (канала определеHHH cMeщения по оси Х) ; на фиг ° 6 блок-схема датчика положения модели по осям электромагнитов; на фиг.7 блок-схема датчика угла крена и расположение его в АДТ, Модель 1 ЛА подвещена в электро- 4р магнитном, поле. Датчик 2 линейного положения модели предназначен для определения смещения (положения) модели в пространстве вдоль осей первого, второго, третьего, четверТого 45 и пятого электромагнитов стабилизации положения модели по оси Х, по . оси У. и углу вращения относительно оси 7., по оси Х и углу вращения относительно оси Y. Датчик 3 угла крена определяет смещение модели по углу крена 1 . Задатчики 4-8 нулевого положения модели по осям электромагнитов и датчик 3 угла крена соединены с помощья пяти схем сравнения 9-13> усилителей 14-19, дифференциаторов

:20-25, сумматоров 26-81., задатчик 32

O угла крена, внчитателя 33, сумматора 34, усилителей 35-41 мощности с ния модели по углу крена поэволеот повысить точность измерения всех компонентов аэродинамической нагрузки. 7 ил. электромагнитами 42-50. При этом первый выход датчика 2 положения соединен с первым входом первой схемы 9 сравнения, второй вход которой соединен с задатчиком 4 нулевого положения модели по оси первого электромагнита, а выход — с входом усилителя 14 и дидференциатора 20, Второй вьмод датчика 2 линейного положения соединен с первым входом второй схемы

10 сравнения, второй вход которой соединен с выходом задатчика 5 нулевого положения по оси второго электромагнита, а выход соединен с входами второго усилителя 15 и второго дифференциатора 21. Третий выход датчика положения модели соединен с rtepвым входом третьей схемы 11 сравнения, второй вход которой соединен с задатчиком нулевого положения модели по оси третьего электромагнита, а выход — с входом третьего усилителя 16 и третьего дифференциатора

22. Четвертый выход датчика положения соединен с первым входом четвертой схемы 12 сравнения, второй вход которой соединен с эадатчиком нулевого положения модели по оси четвертого электромагнита, а выход с входом четвертого усилителя 17 и четвертого.дифференциатора 23. Пя- тый выход датчика положения соединен

4 с первым входом пятой схемы 13 сравнения, второй вход которой соединен с задатчиком нулевого положения модели по оси пятого электромагнита, а выход — с входом пятого усилителя 18 и пятого дифференциатора

24. Выходы усилителя 14 и дифференциатора 20 подсоединены к входам сумматора 26. Выходы усилителя 15 и дифференциатора 20 подсоединены к входам сумматора 27, Выходы усилителя 16 и дифференциатора 22 подсоединены к входам сумматора 28. Выходы усилителя 17 и дифференциатора 23 подсоединены к входам сумматора 29.

Выходы усилителя 18 и дифференциатора 24 подсоединены к входам сумматора 30. Выход сумматора подсоедиl 64

5 нен к входу усилителя 35 мощности, выход которого подсоединен к первому электромагниту 42. Выход сумматора 27 подсоединен к второму электромагниту 43. Выход сумматора 28 подсоединен к входу усилителя 37 мощности, выход которого подсоединен к третьему электромагниту 44. Выход сумматора 29 подсоединен к входу усилителя 38 мощности, выход которого подсоединен к четвертому электромагниту

45. Выход сумматора 30 подсоединен к входу усилителя 39 мощности,. выход которого подсоединен к пятому электро магниту 46.

Выход датчика 3 угла крена соединен с входом шестого усилителя !9 и входом шестого дифференциатара 25, выход которога соединен с вторым входом шестого сумматора 3! первый вход которого соединен с выходом шестого усилителя l9 а выход — с первыми входами вычитателя 33 и седьмого сумматора 34, второй вход которого соединен с выходом источника

5I постоянного напряжения. Выход седь мого сумматора 34 соединен с входом усилителя 41 мощности, выход ко": торога соединен с последовательно соединенными электромагнитами 59 и 49 момента крена. Второй вход вычитателя 33 подсоединен к источнику 5I постоянного напряжения, третий вход вычитателя подсоединен к saдатчику 32 угла крена, Выход вычитателя подсоединен к входу усилителя

40 мощности, выход которого подсоединен к последовательно соединенным электромагнитам 48, 47 крена, Электромагниты первого 42, второго

I .

43, третьего 44, четвертого 45, пятого 46 и дополнительные пары электромагнитов 47, 48 и 49, 50 расположены вокруг рабочей. части трубы 52.

Внутри модели 1, имеющей сердечник

as ферромагнитного материала, допол- нительно установлен постоянныр маг-нит 53. Канал определения смещения па оси электромагнита. 45 содержит источник 54 излучения, оптически сопряженный с фотоприемником 55, выход которого соединен с входом усили- . теля $6 выход которого является четвертым выходом датчика 2 положения модели. Канал определения смещения по оси электромагнита 43 содержит источник 57 излучения, оптически сопряженный с фотоприемником 58, выход ко9344 торога соединен с входом усилителя 59, выход которого является вторым выходам датчика 21 положения модели.

Канал определения смещения по оси Х содержит источник 60 излучения, оптически сопряженный с фотоприемникам 61, соединенным с входом усили теля 62, выход которого является пер-!

О вым выходам датчика ? линеРнога положения модели, соответственно источник

63 излучения, фотаприемник 64, усилитель 65 канала определения смещения ,модели 1 по оси третьего электромагнита 44 и источник 66 излучения, фотоприемник 67, усилитель 68 канала определения смещения модели I па осн пятого электромагнита 46, Датчик 3 угла крена содержит источ2О ник 69 излучения, установленный вни, зу модели 1 ЛА, и ряд (n) фотаприем ников 70, установленных в нижней части АДТ и соединенных с входами преобразователя 71 код-аналог. Выход

25 преобразователя код-аналог является выходам датчика 3 угла крена, Число и фотоприемников выбирается в зависимости ат размера АДТ и от размеров светочувствительной площадки фотоприемника и определяется по формуле

1 п, где 1 - ширина АДТ, a — раз I мер стороны светочувствительной площадки фотоприемника и - число фотоприемников

Устройство работает следующим образом.

С помощью электромагнитов 42-46 модель ЛА подвешивается в АДТ в Mat» нитном поле, Лучи света ат источников 60,57, 63, 54 и 66 излучения датчика ? положения модели захватывают края модели ЛА 1 и попадают на фотоприемники 61, 58, 64, 55 и 67

45. преобразующие оптический сигнал в электрический, Усилители 62, 59, 65, 56, 68 эти сигналы усиливают до необходимой величины. Далее сигналы поступают на схемы сравнения, где сравниваются с сигналами нулевого положения 5, 4, 6, 7, 8, При нахажде-;

1 нии модели i ЛА в исходном положении на выходе схем 9-!3 сравнения будет нулевой сигнал. При смещений модели пад воздействием воздушного потока величина светового потока изменяется, и на выходе схем 9-13 сравнения будут сигналы рассогласования которые, усиливаясь и дифференциру-

1649344 йсь в блоках 14-18 и 20-24, попадают в сумматоры 26-30, Далее усилители, 35-39 мощности просуммированный сиг.нал усиливают и подают на соответствующие электромагниты 42-46, изме5 няя электромагнитное поле, воздействующее на модель с определенной си лой, изменяя и силу воздействия, ко--. торая возвращает модель 1 в исходное положение. При возникновении угла крена модели .) (под воздействием Bos

Душного потока) луч света от источника 69 излучения изменяет свое поло-, жение, попадая на соседние фотоприемники 70, преобразующие оптический сигнал в электрический, С выхода преобразователя 7) код"аналог на выход датчика крена поступает сигнал Ug пропорциональный углу крена f . .При нулевом угле, крена, отсчитываемом от оси У., к соединенным последовательно попарно катушкам электромаг" нитов 47, 48, и 49, 50 подводятся одинаковые напряжения Ч с задат- 25 чика 32 угла крена и скорректированные после схемы 31 сравнения, При этом пары катушек 47, 48 и 49, 50, создают s центральной области рабочей части трубы векторы напрдженнос- 30 ти магнитного поля Н47 4б и Н49 88 иа)(вправленные по осяц, соответс;,твуюЩИИ 888 ПОИ ЭТОМ I 881 88 (= I НТ (88 И результирующий вектор напряженности магнитного поля дополнительных катушек 3 h4M8 +Н49 88 направлен вцоль

ОСИ 78

При воздействии на модель аэродинамического вращающего момента М и появлении при э ом ненулевого угла 40 крена формируется напряжение 08(датчик 3 угла крена, усилитель 14, диф ференпиатор 25, сумматор 31) . U ) K Ug + K@Up

45 где К и К< - коэффициенты передачи усилителя 19 и диффереяциатора 25;

Чв — сигнал крена с выхода датчика 3 крена.

Если, например, g > О, то к паре

50 катушек 47, 48 подводится напряжение с усилителя 40 мощности после вычитателя 33

°,И. 8

U" - Ц - Ч -. (К U>+K u>), а к паре 49» 50 подводится напряжение с усилителя 41 мощности после (умматора 34,U,+ ц ч + (K4 Ulf+K10н)

-в «ф

При этом Н47,481(!Н49,9Ч (и Результирующий вектор напряженности магнитного поля катушек электромагнитов отклоняется на угол g в сторону, цротивоположную появляющемуся углу крена, Взаимодействие момента постоянного магнита 53 модели с вектором напряженности вызывает вращающий момент

7()g) - m õÿ (),g), Магнитное поле, создаваемое в центре рабочей части трубы катушками

47-50, равномерно вследствие предложенной схемы включения этих катушек, поэтому это поле. создает лишь воздействующий на модель вращающий момент и не сочдает дополнительных сил.

Вращательное движение модели по углу крена описывается уравнением

)1 )III ((Н 818(О 1) f() 7).1 где Х вЂ” момент инерции модели

9 — угол между направлением вектора Н и осью УИ

Из уравнения следует, что модель возвращается в исходное угловое положение, причем sa счет наличия в пса" вой части уравнения величины f(f $) обеспечивается демпфирование углового движения, Равновесие устанавливается- при

L Мвн

Для оцределеяия N pe необходимо измерить токи пар электромагнитоф 47

48 и 49, 50, Соответственно между токами и электромагнитным моментом устанавливается тарированием уст™ ройств.

Таким образом, предложенное уст-,:. ройство позволяет стабилизировать 246» дель по крену и измерять аэродыиаий ческий момент вращения модели по крену с высокой точностью.

Формула изобретенйя

Устройство уПраблеяия положением модели в аэродинамической трубе,(ca" держащее датчик положения модеЛи цо осям электромагнитов, пять источников излучения, пять фотоприемников, пять усилителей фотоприемников, пять схем сравнения, пять задатчиков нуле ного положения модели, пять усилителей, пять дифференциаторов, пять сум1649344 маторов, пять усилителеР мощности, первый электромагнит стабилизации модели по оси Х, второй и третий электромагниты стабилизации мо5 дели по оси Y и по углу относительно оси 7., четвертый и пятый электромагниты стабилизации модели по оси

7. и по углу относительно оси Y соединенные соответственно с выходами первого, второго, третьего, четвертого и пятого усилителей мощности, входы которых соответственно соединены с выходами первого, второго, третьего, четвертого и пятого сумма- 15 торов ° первые входы каждого сумматора соединены соответственно с вьмодами усилителей, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующей схемы сравнения, вторые вхо" щ ды каждого из сумматоров соединены каждый с выходом своего диф4еренциатора, вход каждого диф4еренциатора соединен с выходом этой же схемы сравнения, один иэ входов каждой схемы сравнения связан с соответствующим одним из выходов датчика положения модели но осям электромаг« нитов, второй,из входов каждой схемы сравнения связан с задатчиком по- 30 ложения модели .по оси соответствующего электромагнита, при этом первый электромагнит стабилизации

4 положения модели вдоль оси X расположен впереди рабочей части аэро" динамической трубы в плоскости, параллельной плоскости У07., второй и третий электромагниты стабилизации положения модели вдоль оси Y.u по углу вращения относительно оси 7. 4О расположены сверху рабочей части трубы в Плоскости, параллельной плоскости ХО7,, четвертый и пятый электромагниты стабилизации положения модели вдоль оси 7 и по углу вращения относительно оси У. расположены сбоку .рабочей части трубы в плоскости

Р параллельной плоскости УО7,, каждый

Из пяти источников излучения оптически сопряжен со своим фотоприемником, соединенным с усилителем, вы.ходы каждого из этих усилителей являются выходами датчика положения модели, первые входы первой, второй, третьей, четвертой и пятой схем сравнения соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым выходами датчика положения модели по осям электромагнитОв, каждый из задатчиков нулевого положения модели соединен с вторим входом соответствующей схемы сравнения, при этом модель снабжена сердечником ,из ферромагнитного материала, о т— личающееся тем,что,сцелью повьичения точности sa счет стабилизации модели по крену и измерения аэродинамического момента вращения модели по углу крена, оно снабжено датчиком угла крена с источником излучения, преобразователем код — аналог и и фотоприемниками, шестым усилителем, шестым дифференциатором, шестым сумматором, задатчиком угла крена, вичитателем, седьмим сумматором, шестым и седьмым усилителями мощности, шестым, седьмьм, восьмим и девятым дополнительными электромагнитами, источником постоянного напряжения, постоянным магнитом, выход датчика угла крена соединен с входом шестого усилителя и шестого диф4еренциатора, выход которого соединен с вторым входом шестого сумматора, первьФ вход которого соединен с выходом шестого усилителя, а выход — с первым входом вычитателя и первым входом седьмого сумматора, второй вход вычитателя и второй вход седьмого сумматора соединены с выходом источника постоянного напряжения, выход задатчика угла крена соединен с третьим входом вычитателя, выход вьиитателя соединен с входом шес» того усилителя мощности выход седьмого сумматора соединен с входом седь" мого усилителя мощности, выход шесто" го усилителя мощности соединен последоватеяьно соединенными обмотками первой пары дополнительных электромагнитов, выход седьмого усилителя мощности соединен с последовательно соединенными обмотками второй пари дополнительных электромагнитов, щес той, седьмой, восьмой и девятыр до полнительные электромагниты располо-! :жены вне рабочей части аэродинами ческой трубы таким образом, что силы их. взаимодействия с моделью направлены в плоскости УОЕ и направления их составляют с направлениями осей У и 7. углы в 45, парные электромагниты, имеющие последовательно соединенные обмотки, расположены вне рабочей части аэродинамическоР трубы напротив. друг друга, а постоянный магнит расположен внутри модели

ll

1649344

l2 таким обравом что линия, соединяюI иая северный и южный . полюсы, перпендикулярна оси Х, источник излуче,ния установлен на модели и фотоприS

5 емникав,расп<щозены внизу рабочей части аэродинамической трубы по линии, параллельной оси 7., и выходами соединены с входами преобраэователя код-аналог, выход которого является выходом датчика угла крена, 164Ч344

Фиг.5

1649344

Составитель И.Баранов

Редактор М,Келемеш Техред Л,Олийнык Корректор Л.Патей

Заказ 1515 Тираж 361 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