CN110989482B - 一种暂冲式亚跨超声速风洞控制系统 - Google Patents
一种暂冲式亚跨超声速风洞控制系统 Download PDFInfo
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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
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 (2)
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;
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;
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;
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;
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;
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。
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: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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CN103123504A (zh) * | 2012-12-18 | 2013-05-29 | 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 | 一种适用于暂冲式跨声速风洞的变速压流场控制方法 |
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CN106768795A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-05-31 | 中国航天空气动力技术研究院 | 一种用于暂冲式亚跨超风洞亚跨流场引射开车的方法 |
-
2019
- 2019-11-08 CN CN201911089263.3A patent/CN110989482B/zh active Active
Patent Citations (6)
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Non-Patent Citations (2)
Title |
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某超声速风洞测控系统;高川等;《兵工自动化》;20130228;第32卷(第2期);第63-66,70页 * |
高川等.某超声速风洞测控系统.《兵工自动化》.2013,第32卷(第2期),63-66,70. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CN110989482A (zh) | 2020-04-10 |
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