CN110989482A - 一种暂冲式亚跨超声速风洞控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种暂冲式亚跨超声速风洞控制系统，包括控制台总控计算机、控制台模拟显示计算机、控制台操作显示区、视频监控计算机、以太网交换机、马赫数监控计算机系统、数据采集计算机系统、设备管理计算机系统、扩散段控制计算机系统、以太网交换机、2#阀驱动单元、攻角机构驱动单元、安全连锁PLC单元、1#阀和2#引射器驱动单元、扩散段驱动单元、数据采集单元。本发明采用分布式布局，既方便操作人员操作和观察试验情况，又有效解决了控制部位分散、信号种类多且数量大的难题，能够很好的保证信号传输的可靠性和实时性；并且各个节点之间使用以太网通信，系统节点不受地理位置限制，可以方便地进行扩展和移动。

Description

一种暂冲式亚跨超声速风洞控制系统

技术领域

本发明涉及一种暂冲式亚跨超声速风洞控制系统，属于亚跨超声速风洞技术领域。

背景技术

风洞是进行空气动力学试验的主要设备，它是按特定要求设计的特殊管道，在这个特殊管道中，借助动力装置以产生可以调节得气流，使试验段中得到的模型流场能够模拟或部分模拟原型流场。风洞流场是风洞性能的一个主要指标。之前流场控制，是由操作人员手动调节的调压阀开度，控制进入风洞的压缩空气流量。采用人工调节风洞流场存在如下缺点：流场调节精度易受来源气流压力波动的影响；人工调节达不到很高的控制精度而且用时过长，能源损耗很大。另外，风洞结构复杂，控制部位分散，涉及地信号种类多、数量大，并且对信号传输的可靠性和实时性要求高，这都对建立风洞控制系统提出了很高的要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种暂冲式亚跨超声速风洞控制系统，实现风洞流场控制、扩散段控制、攻角机构运行控制、数据实时采集、安全连锁等。整个系统采用分布式设计，各个节点之间使用以太网进行信息交互和数据传递，可靠性高，系统节点也不受地理位置的限制，可以方便地进行扩展和移动。

本发明的技术解决方案是：

一种暂冲式亚跨超声速风洞控制系统，包括控制台总控计算机、控制台模拟显示计算机、控制台操作显示区、视频监控计算机、以太网交换机、马赫数监控系统、数据采集系统、设备管理系统、扩散段控制系统、安全连锁PLC单元以及数据采集单元；

所述控制台总控计算机向马赫数监控系统、数据采集系统发送试验参数、试验状态，接收试验数据并实时显示；控制台总控计算机向风洞电子扫描阀发送采集命令；同时，还给定风洞扩散段起始位置、工作位置；

所述控制台显示计算机负责压力显示、阀门的开关及位置显示、扩散段的运行和位置显示、关键部位的状态显示以及设备的加电断电；

所述控制台操作显示区完成攻角送电及指示、扩散段送电及指示、开车权限显示以及开车铃；

所述视频监控计算机：用于风洞重要部位的监视以及纹影录制；

所述马赫数监控系统：用于完成各种风洞试验的流场控制；

所述数据采集系统：用于风洞试验中的数据采集、攻角机构的运行；

所述设备管理系统通过控制安全连锁PLC单元实现启动阀的开关，阀门、扩散段、攻角机构的送断电，执行控制台显示计算机的送出的阀门引射器开关命令；

所述安全连锁PLC单元：用于风洞控制系统的安全连锁，对风洞的超压保护，下驻室、人孔、插入箱部位的安全开关进行检测；

所述扩散段控制系统：用于扩散段的运行，控制四组扩散段电机运动到总控计算机发送的起始位置和工作位置；

所述数据采集单元：负责采集各种风洞试验中数据的采集，通过以太网交换机进行数据交换。

进一步的，所述马赫数监控系统包括马赫数监控计算机、PCI1716卡、PCI7250卡、ACL6128D/A卡；PCI1716卡完成试验中气动参数的采集；PCI7250卡和ACL6128D/A卡配合完成对2号阀驱动单元的控制，进而实现对各种风洞试验的流场控制；所述2号阀驱动单元：包括2号阀电机驱动器，用于驱动2号阀工作。

进一步的，所述数据采集系统包括数据采集计算机、PCI8132卡、PCI7250卡；PCI7250卡和PCI8132卡配合完成对攻角机构驱动单元的控制，进而实现风洞试验中攻角的控制；所述攻角机构驱动单元：包括试验攻角机构的电机驱动器，用于驱动攻角机构工作。

进一步的，所述设备管理系统包括设备管理计算机、PCI1716卡、PCI7250卡、ACL6128D/A卡、PCI7248I/O卡；PCI1716卡完成风洞中各处压力的采集；PCI7250卡和ACL6128D/A卡配合完成对1号阀和2号引射器驱动单元的控制；PCI7248I/O卡完成阀门、扩散段、攻角机构的送断电以及限位信号的反馈；所述1号阀及2号引射器驱动单元：包括1号阀和2号引射器的电机驱动器，用于驱动1号阀及2号引射器工作。

进一步的，所述扩散段控制系统包括扩散段控制计算机、PCI7248-1卡、PCI7248-2卡、PCI7250-1卡、PCI7250-2卡、ACL6128-1D/A卡、ACL6128-2D/A卡；PCI7248-1卡完成扩散段四组电机编码器的反馈；PCI7248-2卡完成扩散段四组电机位置限位的反馈；PCI7250-1卡和ACL6128-1D/A卡配合，通过扩散段驱动单元完成对1、2组扩散段驱动器的控制；PCI7250-2卡和ACL6128-2D/A卡配合，通过扩散段驱动单元完成对3、4组扩散段驱动器的控制。

进一步的，所述数据采集单元包括8400电子扫描阀、DH5927动态采集器、HBM采集器；8400电子扫描阀负责测压试验中的压力测量；DH5927动态采集器用于测压试验中的动态压力测量；HBM采集器用于采集测力试验中天平数据以及各种气动参数。

进一步的，使用该控制系统进行吹风试验时包括如下步骤：

步骤1：操作人员运行控制台总控计算机上的主控程序，选择试验类型、给定马赫数、设置运行攻角序列；设置完成之后，向马赫数监控系统、数据采集系统发送试验参数，并向扩散段控制系统发送扩散段的起始位置和工作位置；

步骤2：运行控制台模拟显示计算机上的模拟显示程序，根据吹风经验和当前气源压力，在界面上设置1号阀的开度、2号阀的开度、2号引射器的开度；

步骤3：在控制台操作显示区23给攻角机构、扩散段、1#调压阀、2#调压阀上电，并打开吹风权限钥匙开关；

步骤4：在控制台模拟显示计算机发送qd指令到扩散段控制计算机系统，接到指令后扩散段控制系统控制扩散段运动到启动位置；

步骤5：待步骤1-4就续，在控制台操作显示区打开车铃，开始吹风；

步骤6：控制台总控计算机发送ks指令给数据采集系统，数据采集系统发送指令给HBM采集器采集天平和气参的初始零点；采集完毕后，数据采集系统发送mjk指令给马赫数监控系统开始流场调节，调整2号调压阀的开度；待流场调节完毕后，马赫数监控系统发送wb指令给扩散段控制系统，扩散段控制系统控制扩散段走到工作位置；待扩散段走到工作位置之后，扩散段控制系统发送gz指令给数据采集系统，命令攻角机构开始按照设定的攻角序列走攻角，同时数据采集单元采集天平、气参的读数；待攻角序列完成且采集完毕之后，攻角机构回到零点；

步骤7：待天平零点稳定之后，采集天平末零；退出吹风程序；然后关闭控制台操作显示区攻角机构、扩散段、1号调压阀、2号调压阀上电按钮，控制攻角机构、扩散段、1号调压阀、2号调压阀断电，并关闭吹风权限钥匙开关，吹风完成；

步骤8：如果在步骤6中出现异常情况需要紧急关车，则通过控制台总控计算机发送Gjhl指令给数据采集系统，命令攻角紧急回零关车。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明采用分布式布局，既方便操作人员操作和观察试验情况，又有效解决了控制部位分散、信号种类多且数量大的难题，能够很好的保证信号传输的可靠性和实时性；并且各个节点之间使用以太网通信，系统节点不受地理位置限制，可以方便地进行扩展和移动。

附图说明

图1为本发明风洞控制性系统组成图；

图2为本发明风洞系统组成图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

如图1所示本发明提出了一种暂冲式亚跨超声速风洞控制系统，用于控制暂冲式亚跨超声速风洞。暂冲式亚跨超声速风洞的结构组成如图2所示，包括蜂窝器1、阻尼网2、排气节流门3、前室4、喷管5、试验段6、超音速扩散段7、吸入引射器8、亚声速扩散段9、2#调压阀10、旁路阀11、1#调压阀12、启动阀13、增量引射器(即2#引射器)14、总阀15、气源16、消音塔17。

该风洞控制系统包括控制台总控计算机、控制台模拟显示计算机、控制台操作显示区、视频监控计算机、以太网交换机、马赫数监控系统、数据采集系统、设备管理系统、扩散段控制系统、安全连锁PLC单元以及数据采集单元；

所述控制台总控计算机向马赫数监控系统、数据采集系统发送试验参数、试验状态，接收试验数据并实时显示；控制台总控计算机向风洞电子扫描阀发送采集命令；同时，还给定风洞扩散段起始位置、工作位置；

所述控制台显示计算机负责压力显示、阀门的开关及位置显示、扩散段的运行和位置显示、关键部位的状态显示以及设备的加电断电；

所述控制台操作显示区完成攻角送电及指示、扩散段送电及指示、开车权限显示以及开车铃；

所述视频监控计算机：用于风洞重要部位的监视以及纹影录制；

所述马赫数监控系统：用于完成各种风洞试验的流场控制；

优选的，马赫数监控系统包括马赫数监控计算机、PCI1716卡、PCI7250卡、ACL6128D/A卡；PCI1716卡完成试验中气动参数的采集；PCI7250卡和ACL6128D/A卡配合完成对2号阀驱动单元的控制，进而实现对各种风洞试验的流场控制；所述2号阀驱动单元：包括2号阀电机驱动器，用于驱动2号阀工作。

所述数据采集系统：用于风洞试验中的数据采集、攻角机构的运行；

优选的，数据采集系统包括数据采集计算机、PCI8132卡、PCI7250卡；PCI7250卡和PCI8132卡配合完成对攻角机构驱动单元的控制，进而实现风洞试验中攻角的控制；所述攻角机构驱动单元：包括试验攻角机构的电机驱动器，用于驱动攻角机构工作。

所述设备管理系统通过控制安全连锁PLC单元实现启动阀的开关，阀门、扩散段、攻角机构的送断电，执行控制台显示计算机的送出的阀门引射器开关命令；

优选的，设备管理系统包括设备管理计算机、PCI1716卡、PCI7250卡、ACL6128D/A卡、PCI7248I/O卡；PCI1716卡完成风洞中各处压力的采集；PCI7250卡和ACL6128D/A卡配合完成对1号阀和2号引射器驱动单元的控制；PCI7248I/O卡完成阀门、扩散段、攻角机构的送断电以及限位信号的反馈；所述1号阀及2号引射器驱动单元：包括1号阀和2号引射器的电机驱动器，用于驱动1号阀及2号引射器工作。

所述安全连锁PLC单元：用于风洞控制系统的安全连锁，对风洞的超压保护，下驻室、人孔、插入箱部位的安全开关进行检测；吹风之前，PLC单元检测的所有均正常时，才可以进行吹风试验，增加了系统的安全性和可靠性。

所述扩散段控制系统：用于扩散段的运行，控制四组扩散段电机运动到总控计算机发送的起始位置和工作位置；

优选的，扩散段控制系统包括扩散段控制计算机、PCI7248-1卡、PCI7248-2卡、PCI7250-1卡、PCI7250-2卡、ACL6128-1D/A卡、ACL6128-2D/A卡；PCI7248-1卡完成扩散段四组电机编码器的反馈；PCI7248-2卡完成扩散段四组电机位置限位的反馈；PCI7250-1卡和ACL6128-1D/A卡配合，通过扩散段驱动单元完成对1、2组扩散段驱动器的控制；PCI7250-2卡和ACL6128-2D/A卡配合，通过扩散段驱动单元完成对3、4组扩散段驱动器的控制。

所述数据采集单元：负责采集各种风洞试验中数据的采集，通过以太网交换机进行数据交换。

优选的，数据采集单元包括8400电子扫描阀、DH5927动态采集器、HBM采集器；8400电子扫描阀负责测压试验中的压力测量；DH5927动态采集器用于测压试验中的动态压力测量；HBM采集器用于采集测力试验中天平数据以及各种气动参数。

本发明采用分布式布局，既方便操作人员操作和观察试验情况，又有效解决了控制部位分散、信号种类多且数量大的难题，能够很好的保证信号传输的可靠性和实时性；并且各个节点之间使用以太网通信，系统节点不受地理位置限制，可以方便地进行扩展和移动。

给出本发明实施例如下：

参考附图2，本实施例中的风洞包括蜂窝器1、阻尼网2、排气节流门3、前室4、喷管5、试验段6、超音速扩散段7、吸入引射器8、亚声速扩散段9、2#调压阀10、旁路阀11、1#调压阀12、启动阀13、增量引射器(即2#引射器)14、总阀15、气源16、消音塔17。

参考附图1，本实施例中的风洞控制系统包括控制台总控计算机21、控制台模拟显示计算机22、控制台操作显示区23、视频监控计算机24、以太网交换机25、马赫数监控计算机系统31、数据采集计算机系统32、设备管理计算机系统33、扩散段控制计算机系统34、以太网交换机35、2#阀驱动单元41、攻角机构驱动单元42、安全连锁PLC单元43、1#阀和2#引射器驱动单元44、扩散段驱动单元45、数据采集单元46。

在具体实施时，可以参考以下步骤：

步骤1：操作人员运行控制台总控计算机21上的主控程序，在界面上选择试验类型、给定马赫数、设置运行攻角序列；设置完成之后，向马赫数监控计算机31、数据采集计算机32发送试验参数，并向扩散段控制计算机系统34发送扩散段的起始位置和工作位置；

步骤2：运行控制台模拟显示计算机22上的模拟显示程序，根据吹风经验和当前气源压力，在界面上设置1#阀12的开度、2#阀10的开度、增量引射器(即2#引射器)14的开度；

步骤3：在控制台操作显示区23给攻角机构、扩散段、1#调压阀、2#调压阀上电，并打开吹风权限钥匙开关；

步骤4：在控制台模拟显示计算机22界面上按下“走启动位置”按钮，发送"qd"到扩散段控制计算机系统34，接到指令后扩散段控制计算机系统34控制扩散段运动到启动位置；

步骤5：待步骤1-4就续，在控制台操作显示区23打开车铃，提醒大家要开始吹风了；然后按控制台操作显示区23上的启动按钮开始吹风；

步骤6：点击控制台总控计算机21主控程序上的“开始试验”按钮，控制台总控计算机21发送”ks”指令给数据采集计算机系统32，数据采集计算机系统32发送指令给HBM采集器采集天平和气参的初始零点；采集完毕后，数据采集计算机系统32发送”mjk”给马赫数监控计算机系统31开始流场调节，调整2#调压阀10的开度；待流场调节完毕后，马赫数监控计算机系统31发送”wb”给扩散段控制计算机系统34，扩散段控制计算机系统34控制扩散段走到工作位置；待扩散段走到工作位置之后，扩散段控制计算机系统34发送”gz”给数据采集计算机系统32，命令攻角机构开始按照设定的攻角序列走攻角，同时数据采集单元46采集天平、气参等的读数；待攻角序列完成且采集完毕之后，攻角机构回到零点；

步骤7：待天平零点稳定之后，采集天平末零；点击控制台总控计算机21主控程序上的“退出”按钮，退出吹风程序；然后关闭控制台操作显示区23攻角机构、扩散段、1#调压阀、2#调压阀上电按钮，并关闭吹风权限钥匙开关，吹风完成。

步骤8：如果在步骤6中出现异常情况需要紧急关车，则点击控制台总控计算机21主控程序上的“攻角紧急回零”按钮，发送”Gjhl”给数据采集计算机系统32，命令攻角紧急回零关车。

通过对以上实施例的情况说明本发明采用分布式布局，既方便操作人员操作和观察试验情况，又有效解决了控制部位分散、信号种类多且数量大的难题，能够很好的保证信号传输的可靠性和实时性；并且各个节点之间使用以太网通信，系统节点不受地理位置限制，可以方便地进行扩展和移动。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域的公知技术。

Claims (7)

1.一种暂冲式亚跨超声速风洞控制系统，其特征在于：包括控制台总控计算机、控制台模拟显示计算机、控制台操作显示区、视频监控计算机、以太网交换机、马赫数监控系统、数据采集系统、设备管理系统、扩散段控制系统、安全连锁PLC单元以及数据采集单元；

所述控制台总控计算机向马赫数监控系统、数据采集系统发送试验参数、试验状态，接收试验数据并实时显示；控制台总控计算机向风洞电子扫描阀发送采集命令；同时，还给定风洞扩散段起始位置、工作位置；

所述控制台显示计算机负责压力显示、阀门的开关及位置显示、扩散段的运行和位置显示、关键部位的状态显示以及设备的加电断电；

所述控制台操作显示区完成攻角送电及指示、扩散段送电及指示、开车权限显示以及开车铃；

所述视频监控计算机：用于风洞重要部位的监视以及纹影录制；

所述马赫数监控系统：用于完成各种风洞试验的流场控制；

所述数据采集系统：用于风洞试验中的数据采集、攻角机构的运行；

所述设备管理系统通过控制安全连锁PLC单元实现启动阀的开关，阀门、扩散段、攻角机构的送断电，执行控制台显示计算机的送出的阀门引射器开关命令；

所述安全连锁PLC单元：用于风洞控制系统的安全连锁，对风洞的超压保护，下驻室、人孔、插入箱部位的安全开关进行检测；

所述扩散段控制系统：用于扩散段的运行，控制四组扩散段电机运动到总控计算机发送的起始位置和工作位置；

所述数据采集单元：负责采集各种风洞试验中数据的采集，通过以太网交换机进行数据交换。

2.根据权利要求1所述的一种暂冲式亚跨超声速风洞控制系统，其特征在于：所述马赫数监控系统包括马赫数监控计算机、PCI1716卡、PCI7250卡、ACL6128D/A卡；PCI 1716卡完成试验中气动参数的采集；PCI7250卡和ACL6128D/A卡配合完成对2号阀驱动单元的控制，进而实现对各种风洞试验的流场控制；所述2号阀驱动单元：包括2号阀电机驱动器，用于驱动2号阀工作。

3.根据权利要求1所述的一种暂冲式亚跨超声速风洞控制系统，其特征在于：所述数据采集系统包括数据采集计算机、PCI8132卡、PCI7250卡；PCI7250卡和PCI8132卡配合完成对攻角机构驱动单元的控制，进而实现风洞试验中攻角的控制；所述攻角机构驱动单元：包括试验攻角机构的电机驱动器，用于驱动攻角机构工作。

4.根据权利要求1所述的一种暂冲式亚跨超声速风洞控制系统，其特征在于：所述设备管理系统包括设备管理计算机、PCI1716卡、PCI7250卡、ACL6128D/A卡、PCI7248I/O卡；PCI1716卡完成风洞中各处压力的采集；PCI7250卡和ACL6128D/A卡配合完成对1号阀和2号引射器驱动单元的控制；PCI7248I/O卡完成阀门、扩散段、攻角机构的送断电以及限位信号的反馈；所述1号阀及2号引射器驱动单元：包括1号阀和2号引射器的电机驱动器，用于驱动1号阀及2号引射器工作。

5.根据权利要求1所述的一种暂冲式亚跨超声速风洞控制系统，其特征在于：所述扩散段控制系统包括扩散段控制计算机、PCI7248-1卡、PCI7248-2卡、PCI7250-1卡、PCI7250-2卡、ACL6128-1D/A卡、ACL6128-2D/A卡；PCI7248-1卡完成扩散段四组电机编码器的反馈；PCI7248-2卡完成扩散段四组电机位置限位的反馈；PCI7250-1卡和ACL6128-1D/A卡配合，通过扩散段驱动单元完成对1、2组扩散段驱动器的控制；PCI7250-2卡和ACL6128-2D/A卡配合，通过扩散段驱动单元完成对3、4组扩散段驱动器的控制。

6.根据权利要求1所述的一种暂冲式亚跨超声速风洞控制系统，其特征在于：所述数据采集单元包括8400电子扫描阀、DH5927动态采集器、HBM采集器；8400电子扫描阀负责测压试验中的压力测量；DH5927动态采集器用于测压试验中的动态压力测量；HBM采集器用于采集测力试验中天平数据以及各种气动参数。

7.根据权利要求1所述的一种暂冲式亚跨超声速风洞控制系统，其特征在于：使用该控制系统进行吹风试验时包括如下步骤：

步骤1：操作人员运行控制台总控计算机上的主控程序，选择试验类型、给定马赫数、设置运行攻角序列；设置完成之后，向马赫数监控系统、数据采集系统发送试验参数，并向扩散段控制系统发送扩散段的起始位置和工作位置；

步骤2：运行控制台模拟显示计算机上的模拟显示程序，根据吹风经验和当前气源压力，在界面上设置1号阀的开度、2号阀的开度、2号引射器的开度；

步骤3：在控制台操作显示区23给攻角机构、扩散段、1#调压阀、2#调压阀上电，并打开吹风权限钥匙开关；

步骤4：在控制台模拟显示计算机发送qd指令到扩散段控制计算机系统，接到指令后扩散段控制系统控制扩散段运动到启动位置；

步骤5：待步骤1-4就续，在控制台操作显示区打开车铃，开始吹风；

步骤6：控制台总控计算机发送ks指令给数据采集系统，数据采集系统发送指令给HBM采集器采集天平和气参的初始零点；采集完毕后，数据采集系统发送mjk指令给马赫数监控系统开始流场调节，调整2号调压阀的开度；待流场调节完毕后，马赫数监控系统发送wb指令给扩散段控制系统，扩散段控制系统控制扩散段走到工作位置；待扩散段走到工作位置之后，扩散段控制系统发送gz指令给数据采集系统，命令攻角机构开始按照设定的攻角序列走攻角，同时数据采集单元采集天平、气参的读数；待攻角序列完成且采集完毕之后，攻角机构回到零点；

步骤7：待天平零点稳定之后，采集天平末零；退出吹风程序；然后关闭控制台操作显示区攻角机构、扩散段、1号调压阀、2号调压阀上电按钮，控制攻角机构、扩散段、1号调压阀、2号调压阀断电，并关闭吹风权限钥匙开关，吹风完成；

步骤8：如果在步骤6中出现异常情况需要紧急关车，则通过控制台总控计算机发送Gjhl指令给数据采集系统，命令攻角紧急回零关车。

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