header.gif
LabVIEW document

Школьная аэродинаимическая труба

 

 

Особенности конструкции

  • Полностью автоматизированная установка (под управлением LabVIEW) для проведение исследований в области экспериментальной аэродинамики
  • Наличие прецизионных аэродинамических весов, канала измерения скорости потока, вспомогательных сервоприводов
  • USB интерфейс MyDAQ и контроллеров сервоприводов
  • Модульная конструкция для быстрой замены объектов исследования
  • Использование промышленного компрессора для подачи воздуха (магистраль Ф100 мм).

Описание установки

В качестве центробежного воздушнрго нагнетателя мы использовали насос "Энкор Корвет-60", который в дереобрабатывающем производстве обычно используется для удаления стружки. Чкерез антистатический шланг (диаметром 100 мм) воздух подавался в приемную часть трубы, собранную (и склеенную) из элементов вентиляционных воздуховодов того же сечения. Далее воздух подавался сверху вниз через специальный рассекатель (сито) в рабочую зону трубы, где регулироемое сопло формировало струю нужного сечения. Передняя и задная стенки трубы были прозрачные, что позволяло наблюдать процессы происходящие в трубе.

Аэродинамические весы представляли собой вертикальный маятниковый подвес, в нижней части которого крепился объект, а верхний конец через систему рычагов соединялся с тензометрическим датчиком (динамометром) из комплекта лаборатории "Архимед". Сигнал с датчика через специальную интерфейсную плату (ранее разработанную для платформы мини-Элвис) подключался к устройству сбора данных myDAQ от компании National Instruments, являющейся ядром измерительной системы трубы. В первой версии трубы myDAQ измерял аналоговые сигнал

  • тензометрического датчика подъемной силы и
  • дифференциального датчика давления, подключенного к трубке Пито, которая позволяла измерять скорость потока непосредственно в струе воздуха.

В дальнейшем мы планируем добавить в измерительную схему тензометрические датчики, ориентированные вдоль других осей, и аналоговый коммутатор, позволяющий myDAQ измерять все многообразие сигналов.

Поскольку первый эксперимент с трубой был посвящен изучению эффекта Магнуса, то внизу подвеса на подшипниках крепился вращающийся барабан с приводами и датчиком скорости вращения. В качесте привода мы использовали 6 двигателей постоянного тока из конструкторов Lego (по 3 с каждой стороны). Датчик вращения представлял собой пару ИК светодиод-ИК фотодиод, сигнал с которой через триггер Шмидта подавался на один из цифровых входов myDAQ, измерявшего частоту поступающих импульсов. В качестве контроллера двигателей постоянного тока мы использовали плату Pololu Simple Motor Controller 18v7 (рисунок справа) с USB-интерфейсом.

Через тот же USB-интерфейс к компьютеру подключался и цифровой анемометр Mastech MS6252B, который измерял скорость потока, температуру и влажность воздуха. Практически вся электронная часть трубы размещалась в отдельном блоке на боковой стенке трубы. Все USB-устройства установки через отдельный USB-хаб подклучались к компьютеру.

Панель управления

Программа управления трубой была написана в LabVIEW 2010 и позволяла в реальном времени проводить измерения и управлять различными компонентами установки через USB-интерфейс. На рисунке показана одна из рабочих версий панели управления трубой.

  1. Выбор вкладок: Управление или Настройка
  2. Шкала аэродинамических весов (динамометр, тензометрический датчик). Единица измерений - грамм-сила (гс).
  3. Установка нуля весов
  4. Индикатор сигнала, поступающего с тензометрического датчика. Осцилляции возникают из-за нарушения балансировки быстро вращающегося объекта. Устраняются путем усреднения сигнала за время 0,5 сек, при этом выделяется постоянная  составляющая измеряемой силы.
  5. Панель управления приводом цилиндра - регулирует мощность (в %), подаваемую на двигатели постоянного тока.
  6. Кнопка включения реверса привода
  7. Индикатор частоты вращения цилиндра
  8. Панель индикации цифрового анемометра
  9. Панель дифференциального датчика давления и трубки Пито, измеряющих скорость потока (автоматически калибруется по показаниям анемометра).
  10. Кнопка СТОП
  11. Число измерений при заданных параметрах. Рассчитывается среднее значение и стандатное отклонение Силы, Скорости потока и Частоты вращения цилиндра
  12. Запись результатов в файл протокола.

Испытания

Испытания аэродинамической трубы прошли успешно. Первым проектом, выполненым на установке стало "Экспериментальное исследование эффекта Магнуса". Предложенная схема измерения (с вертикальным подвесом) при общем весе конструкции вместе объектом в несколько килограмм позволяла измерять после усреднения поперечную силу на уровне десятых долей гс ( 1 грамм-сила=0,0098 Ньютона).

 

  Элементы установки на этапе ее создания.


footer
Дизайн и Оформление - Copyright © ESD Multimedia, 2008-2013

83588