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風洞測控系統
前 言
風洞是空氣動力學研究和實驗中最廣泛使用的工具,廣泛應用于航空航天工程、交通、運輸、房屋、建筑、風能利用、環境保護等各個方面,研究空氣動力學的基本規律,以驗證和發展有關理論,并直接為各種飛行器的研制服務,通過風洞實驗來確定飛行器的氣動布局和評估其氣動性能。
風洞主要由洞體、驅動系統和測控系統三部分組成,其中測控系統在風洞實驗中占據著重要地位,其作用是按預定的實驗程序,控制各種閥門、活動部件、模型狀態和儀器儀表,并通過天平、壓力和溫度等傳感器,測量氣流參量、模型狀態和有關的物理量。
四川拓普測控科技有限公司有一批從事風洞測量控制系統的隊伍和專家,已為國內多個風洞完成了測控系統設計制造,可以承接“風洞測量系統設計安裝調試”(包括天平測力系統、風洞壓力測量系統、PXI總線平臺動態信號測試系統)及“風洞控制系統設計安裝調試”(包括穩風速控制系統、馬赫數控制系統、轉盤控制系統、攻角控制系統、移測架控制系統、風洞運行安全監控系統、風洞流場校測系統、圖像處理系統)的工程設計及施工工作。
常規風洞測控系統是由四川拓普測控科技有限公司針對常規風洞相關實驗需求而定制開發的一套專門應用于低速、亞音速及跨音速風洞實驗的測控系統設備,該系統專門針對常規風洞實驗,提供了包括“馬赫數(Ma)控制子系統”、“模型姿態控制子系統”、“數據測量子系統”、“實驗監視子系統”及局域網絡設備在內的風洞測控系統解決方案,滿足常規風洞實驗中的穩風速控制、馬赫數控制、轉盤控制、攻角控制、移測架控制以及測試信號調理、數據采集、數據存儲及數據分析等要求,還配置了風洞運行安全監控及流場校測等設備,也可根據用戶具體項目情況靈活調整配置或定制專用功能。
系統功能與特點
整套風洞測控系統由“控制子系統”、“數據測量子系統”、“實驗監視子系統”、“局域網絡子系統”及“分析處理子系統”五部分組成,硬件采用PXI總線平臺,軟件采用虛擬儀器技術,通過分布式局域網絡進行管理,具有較高的自動化程度、較強的可靠性和較大的擴展性,并便于使用、維修和保養;同時具有較強的實驗能力和先進的技術指標,完全滿足低速、亞音速及跨音速等常規風洞實驗項目的測量、控制需要;
控制子系統包括“馬赫數控制子系統”及“模型姿態子系統”兩部分,前者可通過調節調壓閥,實現風洞流場馬赫數的自動控制;后者可通過計算機控制步進電機實現模型姿態角(攻角)的控制;
數據測量子系統包括“動態測量”及“靜態測量”兩部分。采用多通道數據采集技術、智能調理器技術及虛擬儀器軟件技術,集成多通道數據采集器和前端信號調理器在一個機箱內,能夠完成常規風洞實驗多種動、靜態信號的采集記錄及數據的分析、處理;信號調理器單元通道數可依據需要在16~64個通道間靈活選擇,輸入方式為四芯接口,可以智能化地適應兩線制、三線制及四線制傳感器,為前端傳感器提供橋壓、ICP恒流源激勵及放大、濾波、供橋等功能;數據采集器單元是基于10/100BASE-T以太網控制接口的多功能網絡化測量模塊,模擬輸入通道數可在16~64個通道間靈活選擇,內嵌TCP/IP協議棧,可以實現Web遠程訪問、遠程監控和遠程數據上傳等分布式應用;
實驗監視子系統包括攝像頭、云臺、存儲器等部分,可實現對實驗段調壓閥關鍵部位、測量裝置運行情況及實驗模型狀態全方位視頻監視;
局域網絡子系統采用分布式局域網絡及TCP/IP 協議,能夠建立整個系統統一的物理基礎,在此基礎上實現全系統數據共享和集中管理,并與外部互聯;
分析處理子系統采用虛擬儀器軟件技術,內嵌常規風洞實驗臺專用測試及算法模塊,能夠將測控系統平臺一體化,實現各子系統安全連鎖、遠程控制、硬件設置、前級調理智能識別、自動平衡、自校準、自動檢測報警、控制采集、參數校準、實驗前調試、工程標定、波形顯示、讀取數據、數據處理分析、存盤、打印及通訊功能,具有高速的實驗信息通訊控制和實驗數據傳輸能力,能及時以圖、表方式顯示、比較實驗數據,快速生成用戶指定格式的測試報告,并提供數據存儲、管理、查詢、輸出、發布等功能;
系統設計和施工中采用多種抗干擾措施,如:測控設備遠離電機,加裝電源隔離變壓器,動力線與信號線分開走線并穿鐵管,設備地線匯總接地,采用屏蔽信號線,選配高精度數據放大器及調理器,采用信號濾波、放大等,使整個系統抗干擾能力得到較大加強。
風洞實驗專用測控系統
系統配套軟件是基于Windows 2000/XP環境下的虛擬儀器軟件,安裝于上位機,它具有全漢化的儀器控制界面,通過TCP/IP協議與各系統聯接進行通訊及遠程控制,實現系統平臺一體化及控制、測量各子系統安全連鎖;它具有高速的試驗控制信息通訊和試驗數據傳輸能力,能及時以圖、表方式顯示、比較試驗數據;提供控制系統設置、數據采集參數設置、調理器設置、波形滾動顯示、讀取數據、測試數據處理、數據存儲、管理、查詢、輸出、發布及測試結果計算、測試報告生成等功能。
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