CN202648909U - 风洞控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种风洞控制系统，包括风洞(1)、风洞进气管(2)、稳压罐(3)、稳压罐进气管(4)、压缩气源(5)和用于控制风洞(1)的出口马赫数的控制装置(6)，风洞(1)通过风洞进气管(2)与稳压罐(3)连接，稳压罐(3)通过稳压罐进气管(4)与压缩气源(5)连接；控制装置(6)包括：用于调节进入风洞(1)的气体流量的风洞进气调节装置，设置于风洞进气管(2)上；用于调节进入稳压罐(3)的气体流量的稳压罐进气调节装置，与稳压罐进气管(4)连通。根据本实用新型的风洞控制系统，能有效抑制稳压罐进气波动，从而减少因稳压罐进气波动对马赫数的调节精度产生的影响，提高风洞出口马赫数的调节精度。

Description

风洞控制系统

技术领域

本实用新型涉及风洞测控领域，更具体地，涉及一种风洞控制系统。

背景技术

在空气动力学领域，风洞是常用的气流模拟装置。对于射流式风洞，风洞出口的马赫数是风洞性能的一个主要指标。对于马赫数进行精确控制，能大幅提高风洞的性能，提供更具参考价值的气动模拟能力。现有技术中常见的射流式风洞出口马赫数控制，是由操作人员通过调节风洞前端的调节阀开度，控制进入风洞的压缩空气流量，从而控制风洞气流的马赫数。

采用人工调节方式控制风洞马赫数存在如下缺点：马赫数的调节精度易受压缩空气稳压罐进气波动的影响；需要有专门操作人员集中注意力控制马赫数，占用人力资源；马赫数控制精度受操作人员专业素质影响大，人工调节达不到很高的控制精度；达到目标马赫数所需要的时间很长，能源损耗大。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种风洞控制系统，旨在抑制压缩空气稳压罐进气波动，从而减少因稳压罐进气波动对马赫数的调节精度产生的影响。本实用新型进一步的目的在于提高马赫数控制效率，消除操作人员专业素质对马赫数控制精度的影响。

本实用新型提供了一种风洞控制系统，包括：风洞、风洞进气管、稳压罐、稳压罐进气管、压缩气源和用于控制风洞的出口马赫数的控制装置，风洞通过风洞进气管与稳压罐连接，稳压罐通过稳压罐进气管与压缩气源连接；控制装置包括：用于调节进入风洞的气体流量的风洞进气调节装置，设置于风洞进气管上；用于调节进入稳压罐的气体流量的稳压罐进气调节装置，与稳压罐进气管连通。

进一步地，风洞进气调节装置包括：第一调节阀，设置于风洞进气管的进气主路上；第二调节阀，设置于风洞进气管的进气辅路上，进气辅路与进气主路并联设置，第二调节阀的通径小于第一调节阀的通径。

进一步地，稳压罐进气调节装置包括：排气主路和第三调节阀，第三调节阀设置于排气主路的一端，排气主路的另一端与稳压罐进气管连通；排气辅路和第四调节阀，第四调节阀设置于排气辅路的一端，排气辅路的另一端与稳压罐进气管连通，第四调节阀的通径小于第三调节阀的通径。

进一步地，控制装置还包括控制器，控制器分别与风洞进气调节装置和稳压罐进气调节装置电连接。

进一步地，控制装置还包括控制器，控制器分别与风洞进气调节装置的第一调节阀和第二调节阀、以及与稳压罐进气调节装置的第三调节阀和第四调节阀电连接。

进一步地，控制装置还包括智能操作器，智能操作器包括自动模式和手动模式，且控制器通过智能操作器与风洞进气调节装置和稳压罐进气调节装置电连接。

进一步地，控制器包括多功能采集卡和数/模转化卡。

进一步地，控制装置还包括智能操作器，且控制器通过智能操作器与风洞进气调节装置和稳压罐进气调节装置电连接；控制器包括多功能采集卡和数/模转化卡；智能操作器具有转发数/模转化卡发送的控制信号给风洞进气调节装置和稳压罐进气调节装置，使风洞进气调节装置和稳压罐进气调节装置根据控制信号相应调节进入风洞的气体流量和进入稳压罐的气体流量的自动模式；智能操作器还具有屏蔽数/模转化卡发送的控制信号，由操作人员手动操作智能操作器并控制风洞进气调节装置和稳压罐进气调节装置调节进入风洞的气体流量和进入稳压罐的气体流量的手动模式。

进一步地，智能操作器在手动模式和自动模式下，将风洞进气调节装置和稳压罐进气调节装置的状态信号与智能操作器自身的手动模式信号或自动模式信号转发给控制器的多功能采集卡。

进一步地，控制器还包括网卡。

根据本实用新型的风洞控制系统，由于在风洞进气管上设置了风洞进气调节装置以调节进入风洞的气体流量的同时，又设置了与稳压罐进气管连通的稳压罐进气调节装置以调节进入稳压罐的气体流量，因而能有效抑制稳压罐进气波动，从而减少因稳压罐进气波动对马赫数的调节精度产生的影响，提高风洞出口马赫数的调节精度。本实用新型进一步地，采用自动控制方式控制风洞马赫数，从而提高马赫数控制效率，消除操作人员专业素质对马赫数控制精度的影响。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型的风洞控制系统的流体系统示意图；

图2是根据本实用新型的风洞控制系统的控制装置的原理图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见附图，本实施例的风洞控制系统包括风洞1、风洞进气管2、稳压罐3、稳压罐进气管4、压缩气源5以及用于控制风洞1的出口马赫数的控制装置6。

风洞1通过风洞进气管2与稳压罐3连接，稳压罐3通过稳压罐进气管4与压缩气源5连接。控制装置6包括用于调节进入风洞1的气体流量的风洞进气调节装置和用于调节进入稳压罐3的气体流量的稳压罐进气调节装置。风洞进气调节装置设置于风洞进气管2上，稳压罐进气调节装置与稳压罐进气管4连通。

由于在风洞进气管2上设置了风洞进气调节装置以调节进入风洞1的气体流量的同时，又设置了与稳压罐进气管4连通的稳压罐进气调节装置以调节进入稳压罐3的气体流量，因而能有效抑制稳压罐3的进气波动，从而减少因稳压罐3的进气波动对马赫数的调节精度产生的影响，从而提高风洞出口马赫数的调节精度。

如图1所示，在本实施例中优选地，风洞进气调节装置包括第一调节阀63和第二调节阀64。其中，第一调节阀63设置于风洞进气管2的进气主路21上。第二调节阀64设置于风洞进气管2的进气辅路22上，进气辅路22与进气主路21并联设置，第二调节阀64的通径小于第一调节阀63的通径。

第一调节阀63是用于快速调节风洞1出口马赫数的执行元件，其通径较大，通过改变第一调节阀63开度，快速改变风洞1进气流量，进而改变风洞1内部压力，从而改变风洞出口马赫数，达到快速逼近设定马赫数的目的。第二调节阀64是微调风洞1出口马赫数的执行元件，其通径较小，通过改变第二调节阀64的开度，微调风洞1的进气流量，进而微调风洞1的内部压力，从而微调风洞1的出口马赫数，达到高精度调节风洞1出口马赫数的目的。

稳压罐3是稳定风洞1进口压力，消除微小压力波动的执行元件，稳压罐3的容积可以超过风洞1同体容积的10倍。压缩气源5是供气元件，其供气流量一定范围内波动，稳定供气流量超过风洞1出口的最大流量。

在本实施例中进一步优选地，稳压罐进气调节装置通过控制从稳压罐进气管4排入大气的气体流量调节进入稳压罐3的气体流量，稳压罐进气调节装置具体地包括排气主路41和第三调节阀65以及排气辅路42和第四调节阀66。第三调节阀65设置于排气主路41的一端，排气主路41的另一端与稳压罐进气管4连通。第四调节阀66设置于排气辅路42的一端，排气辅路42的另一端与稳压罐进气管4连通，第四调节阀66的通径小于第三调节阀65的通径。

第三调节阀65是快速调节稳压罐3内部压力的执行元件，其通径较大，最大排气流量可以设置为超过压缩气源5最大供气流量，在压缩气源供气流量基本稳定的情况下，通过调节第三调节阀65，快速调节排气流量，进而改变进入稳压罐3的气体流量，从而达到快速调节稳压罐内部压力的目的。第四调节阀66是微调稳压罐3内部压力的执行元件，其通径较小，当稳压罐3内部压力基本稳定后，通过改变第四调节阀66的开度，微调排气流量，从而微调进入稳压罐3的气体流量，达到削弱压缩气源流量波动，进一步稳定稳压罐3内部压力的目的。

如图2所示，本实施例中，为了实现自动控制风洞出口马赫数，控制装置6除包括风洞进气调节装置和稳压罐进气调节装置外，还包括控制器61。

控制器61分别与风洞进气调节装置和稳压罐进气调节装置电连接，以对风洞进气调节装置和稳压罐进气调节装置进行控制。在本实施例中具体地，控制器61分别与风洞进气调节装置的第一调节阀63和第二调节阀64、以及与稳压罐进气调节装置的第三调节阀65和第四调节阀66电连接，以对第一至第四各个调节阀进行控制。

控制器61主要包括内置的多功能采集卡612和数/模转化卡613。进一步地，还可以设置网卡611，以通过网卡611使风洞控制系统连接网络，实现远程监控或操作功能。

另外，为了实现对风洞进气调节装置和稳压罐进气调节装置的自动控制和手动控制之间的切换，本实施例的控制装置6还包括了智能操作器62。智能操作器62可以在自动模式和手动模式之间切换。

在自动模式时，智能操作器62自身的调节按钮无效，只起到中继器的作用，用于转发控制器61内数/模转化卡613发出的控制信号给风洞进气调节装置和稳压罐进气调节装置，风洞进气调节装置和稳压罐进气调节装置根据控制信号相应调节进入风洞1的气体流量和进入稳压罐3的气体流量。

智能操作器62于手动模式下，起到智能仪表的作用，屏蔽数/模转化卡613发送的控制信号，由操作人员手动操作智能操作器62，调节输出信号控制风洞进气调节装置和稳压罐进气调节装置，从而调节进入风洞1的气体流量和进入稳压罐3的气体流量。

上述自动模式和手动模式下，智能操作器62均将风洞进气调节装置和稳压罐进气调节装置的状态信号转发给控制器61内的多功能采集卡612，并将自身所处的手动模式或自动模式信号传送给控制器61内的多功能采集卡612。

压缩气源5产生的压缩空气流，经第三调节阀65和第四调节阀66调节流量后，稳压罐进气管4出口的流量波动大幅削弱，给稳压罐3供气，使稳压罐3内部压力稳定在较高精度范围内。稳压罐3内的稳定压缩气体，经过风洞进气管2上的第一调节阀63和第二调节阀64调节流量，使得风洞1内部压力稳定在很高精度值，从而使得出口马赫数稳定在设定值。

通过对以上实施例的试用情况表明，风洞出口马赫数到达设定值所需的时间比现有技术中采用手动调节缩短一半以上，马赫数精度大幅提高，在亚音速及超音速范围内，马赫数精度值均优于±0.001Ma。

从以上的描述中可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：提高了风洞出口马赫数的控制精度，减弱了风洞出口马赫数的波动，改善了风洞的气动模拟能力。实现对风洞出口马赫数的自动控制，加快了试验进程，节约了能源与人力资源。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种风洞控制系统，包括：风洞(1)、风洞进气管(2)、稳压罐(3)、稳压罐进气管(4)、压缩气源(5)和用于控制所述风洞(1)的出口马赫数的控制装置(6)，所述风洞(1)通过风洞进气管(2)与所述稳压罐(3)连接，所述稳压罐(3)通过稳压罐进气管(4)与所述压缩气源(5)连接；其特征在于，所述控制装置(6)包括：

用于调节进入所述风洞(1)的气体流量的风洞进气调节装置，设置于所述风洞进气管(2)上；

用于调节进入所述稳压罐(3)的气体流量的稳压罐进气调节装置，与所述稳压罐进气管(4)连通。

2.根据权利要求1所述的风洞控制系统，其特征在于，所述风洞进气调节装置包括：

第一调节阀(63)，设置于所述风洞进气管(2)的进气主路(21)上；

第二调节阀(64)，设置于所述风洞进气管(2)的进气辅路(22)上，所述进气辅路(22)与所述进气主路(21)并联设置，所述第二调节阀(64)的通径小于所述第一调节阀(63)的通径。

3.根据权利要求1所述的风洞控制系统，其特征在于，所述稳压罐进气调节装置包括：

排气主路(41)和第三调节阀(65)，所述第三调节阀(65)设置于所述排气主路(41)的一端，所述排气主路(41)的另一端与所述稳压罐进气管(4)连通；

排气辅路(42)和第四调节阀(66)，所述第四调节阀(66)设置于所述排气辅路(42)的一端，所述排气辅路(42)的另一端与所述稳压罐进气管(4)连通，所述第四调节阀(66)的通径小于所述第三调节阀(65)的通径。

4.根据权利要求2所述的风洞控制系统，其特征在于，所述稳压罐进气调节装置包括：

排气主路(41)和第三调节阀(65)，所述第三调节阀(65)设置于所述排气主路(41)的一端，所述排气主路(41)的另一端与所述稳压罐进气管(4)连通；

排气辅路(42)和第四调节阀(66)，所述第四调节阀(66)设置于所述排气辅路(42)的一端，所述排气辅路(42)的另一端与所述稳压罐进气管(4)连通，所述第四调节阀(66)的通径小于所述第三调节阀(65)的通径。

5.根据权利要求1所述的风洞控制系统，其特征在于，所述控制装置(6)还包括控制器(61)，所述控制器(61)分别与所述风洞进气调节装置和所述稳压罐进气调节装置电连接。

6.根据权利要求4所述的风洞控制系统，其特征在于，所述控制装置还包括控制器(61)，所述控制器(61)分别与所述风洞进气调节装置的所述第一调节阀(63)和所述第二调节阀(64)、以及与所述稳压罐进气调节装置的所述第三调节阀(65)和所述第四调节阀(66)电连接。

7.根据权利要求5或6所述的风洞控制系统，其特征在于，所述控制装置(6)还包括智能操作器(62)，所述智能操作器(62)包括自动模式和手动模式，且所述控制器(61)通过所述智能操作器(62)与所述风洞进气调节装置和所述稳压罐进气调节装置电连接。

8.根据权利要求7所述的风洞控制系统，其特征在于，所述控制器(61)包括多功能采集卡(612)和数/模转化卡(613)。

9.根据权利要求5或6所述的风洞控制系统，其特征在于，

所述控制装置(6)还包括智能操作器(62)，且所述控制器(61)通过所述智能操作器(62)与所述风洞进气调节装置和所述稳压罐进气调节装置电连接；

所述控制器(61)包括多功能采集卡(612)和数/模转化卡(613)；

所述智能操作器(62)具有转发所述数/模转化卡(613)发送的控制信号给所述风洞进气调节装置和所述稳压罐进气调节装置，使所述风洞进气调节装置和所述稳压罐进气调节装置根据所述控制信号相应调节进入所述风洞(1)的气体流量和进入所述稳压罐(3)的气体流量的自动模式；

所述智能操作器(62)还具有屏蔽所述数/模转化卡(613)发送的控制信号，由操作人员手动操作所述智能操作器(62)并控制所述风洞进气调节装置和所述稳压罐进气调节装置调节进入所述风洞(1)的气体流量和进入所述稳压罐(3)的气体流量的手动模式。

10.根据权利要求9所述的风洞控制系统，其特征在于，所述智能操作器(62)在所述手动模式和所述自动模式下，将所述风洞进气调节装置和所述稳压罐进气调节装置的状态信号与智能操作器(62)自身的手动模式信号或自动模式信号转发给所述控制器(61)的多功能采集卡(612)。

11.根据权利要求7所述的风洞控制系统，其特征在于，所述控制器(61)还包括网卡(611)。

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