RU2688950C1 - Способ регулирования давления в замкнутом объеме и устройство для его реализации - Google Patents

Способ регулирования давления в замкнутом объеме и устройство для его реализации Download PDF

Info

Publication number
RU2688950C1
RU2688950C1 RU2018126167A RU2018126167A RU2688950C1 RU 2688950 C1 RU2688950 C1 RU 2688950C1 RU 2018126167 A RU2018126167 A RU 2018126167A RU 2018126167 A RU2018126167 A RU 2018126167A RU 2688950 C1 RU2688950 C1 RU 2688950C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pressure
leakage
filling
adt
air
Prior art date
Application number
RU2018126167A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Сергеевич Пономарев
Елена Викторовна Деева
Дмитрий Юрьевич Федрушков
Ольга Васильевна Шевченко
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ")
Priority to RU2018126167A priority Critical patent/RU2688950C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2688950C1 publication Critical patent/RU2688950C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Examining Or Testing Airtightness (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к аэродинамическим трубам. Предлагается способ и устройство для его реализации, в ходе определения разницы между заданным и измеренным давлением могут рассчитывать фиктивную или реальную площадь сечения щели утечки/протечки Fи определять регулирующий орган - дроссель сброса или наполнения. Технический результат заключается в возможности в условиях неполной информации о причине изменения давления в контуре АДТ получать эту информацию, а также учитывать возмущающий фактор при регулировании давления, и применении в АДТ различного типа с высокой точностью в автоматическом режиме. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Группа изобретений относится к области аэродинамики, в частности к автоматическим системам управления давлением в замкнутых контурах аэродинамических труб.
Основным условием проведения экспериментов в аэродинамических трубах (АДТ) непрерывного действия замкнутого типа является обеспечение заданного давления в контуре АДТ. Практика показывает, что зачастую эксперименты сопровождаются либо повышением, либо понижением давления воздуха (в общем случае газа) в контуре АДТ по ряду причин, в том числе из-за щелей в конструкции АДТ или неплотно закрытых систем наполнения или (и) сброса.
В условиях неполной информации о причинах изменения давления в контуре АДТ (неопределенности), отсутствует возможность учитывать данный фактор при регулировании давления воздуха.
Известен способ задания давления в контролируемом объеме и установка для его осуществления, заключающиеся в том, что задают «грубо» установленное значение давления в контролируемом объеме трубопроводной магистрали. Периодически измеряют в нем давление и, при отклонении его величины от заданной, вычисляют количество сжатого газа, которое необходимо ввести в контролируемом объеме или удалить из него, задают «грубо» установленное значение давления в контролируемом объеме. Периодически измеряют в нем давление и, при отклонении его величины от заданной, вычисляют количество сжатого газа, которое необходимо ввести в контролируемый объем или удалить из него. Подают или удаляют необходимое количество газа, которое затем «прецизионно» поддерживают для того, чтобы обеспечить его в контролируемом объеме. «Прецизионное» регулирование величины давления в контролируемом объеме осуществляют меняя сопротивление трубопроводной магистрали в схеме регулирования при задании избыточного давления от минимального значения и до максимального значения, прекращая поступление газа, с последующим поддержанием заданного давления в контролируемом объеме путем кратковременного открытия впускного клапана для подачи газа или выпускного клапана для отвода газа из рабочей емкости. При задании разрежения давления - от минимального сопротивления и до максимального значения сопротивления выключением всех клапанов элементов регулирования расхода и затем выпускного клапана, прекращая отвод газа из рабочей емкости. Дальнейшее поддержание заданного разрежения в контролируемом объеме с требуемой дискретностью производят путем кратковременного открытия впускного клапана для подачи газа или выпускного клапана для отвода газа из рабочей емкости. Установка для задания давления в контролируемом объеме содержит источники высокого и низкого давления и входную группу соответственно из впускного и выпускного клапанов со схемой регулирования. Схема регулирования включает в себя входную группу клапанов, трубопроводную магистраль для прохождения газа и последовательно соединенные между собой элементы регулирования расхода, а также рабочую емкость. Входная группа клапанов состоит из параллельно соединенных впускного и выпускного клапанов, подключенных в одной точке к первому из n элементов регулирования расхода. Источники давления связаны с входными вентилями через фильтры защиты системы регулирования от возможных загрязнений (Патент №2495392, МПК G01L 27/00 от 27.12.2011).
Этот способ и устройство могут быть использованы для емкостей относительно малых объемов с малой инерционностью распределения воздуха. Для больших емкостей, в частности для АДТ непрерывного действия с высокой инерционностью изменения давления, этот способ вносит систематическую погрешность в величину измеренного давления. Кроме того, импульсный впуск или сброс воздуха из контура АДТ вносит возмущения в поток, отрицательно влияющие на его качество.
За прототип принято устройство, реализующее способ регулирования давления воздуха в форкамере, содержащее задающее устройство, исполнительный механизм, датчики температуры, давления, положения, а также регулятор давления, выполненный в виде цифровой системы последовательно соединенных блока фильтра нижних частот и блока обращенной модели объекта управления, замкнутых через блок модели объекта управления положительной обратной связью, входы регулятора подключены к задающему устройству и датчикам давления и температуры воздуха в форкамере, температуры и давления воздуха в газгольдере, положения плунжера регулирующего дросселя и критического сечения сопла (Патент на изобретение №2587526, МПК G01M 9/00 от 25.05.2016).
Однако этот способ регулирования давления и регулятор предназначены для АДТ периодического действия, имеющих расход воздуха в атмосферу через априори известную площадь критического сечения сопла Fкр.
В АДТ непрерывного действия замкнутого типа он не применим, т.к. возможен как рост давления в замкнутом объеме за счет изменения угла атаки модели, притока воздуха извне через оболочку контура АДТ, так и падение давления по тем же причинам, т.е. регулировать давление необходимо в условиях неопределенности причин его изменения.
Задачей и техническим результатом изобретения является разработка способа и создание реализующего его устройства регулирования давления воздуха в замкнутом объеме, позволяющего в условиях неопределенности информации о причине изменения давления в контуре рассчитывать значение фиктивной площади сечения щели несанкционированного наполнения или сброса давления воздуха Fщ и определять регулирующий орган - дроссель сброса или наполнения.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в способе регулирования давления воздуха в замкнутом объеме, заключающемся в том, что определяют разницу между заданным и измеренным давлением в контролируемом объеме, вычисляют по этой разнице площадь сечения фиктивной щели утечки/протечки Fщ в контролируемом объеме и открывают дроссель наполнения или сброса воздуха трубопроводной магистрали.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что устройство регулирования давления в замкнутом объеме, содержит трубопроводную магистраль наполнения с дросселем наполнения и датчиком его положения, трубопроводную магистраль сброса с дросселем сброса и датчиком его положения, блок расчета площади сечения щели утечки/протечки Fщ, блок переключения.
Фиг. 1 - структурная схема устройства системы управления давлением воздуха в контуре АДТ непрерывного действия, замкнутого типа дросселями сброса и наполнения;
Фиг. 2 - график переходного процесса наполнения контура АДТ воздухом до заданного давления с учетом утечки воздуха через фиктивную щель сечением Fщ4=0,001 м2;
Фиг. 3 - график переходного процесса сброса воздуха из контура АДТ в атмосферу до заданного давления с учетом протечки воздуха через фиктивную щель сечением Fщ2=0,001 м2.
На фиг. 1 представлена структурная схема включения блока расчета фиктивной площади щели, блока переключения и ключа в систему управления давлением воздуха в контуре АДТ непрерывного действия, замкнутого типа дросселями сброса и наполнения, подведенными к АДТ через трубопроводные магистрали. Регулирование давления воздуха выполняется дросселями наполнения 2 и сброса 4. Газгольдеры 1 через регулирующий дроссель наполнения 2 соединены с контуром АДТ 3, в рабочей части которой расположена испытуемая модель. Регулирующий дроссель сброса 4 соединяет контур АДТ с атмосферой. Задатчик требуемого на эксперимент давления 5 соединен со входами цифровых регуляторов давления 6 и 7 и входом блока 15 расчета фиктивной площади щели утечки/протечки. Также, входы регуляторов 6, 7 и блока 15 расчета фиктивной щели утечки/протечки соединены с выходом датчика давления 12 в газгольдерах, выходом датчика давления 13 в контуре трубы и датчиком 14 атмосферного давления. Вход регулятора 6 соединен с выходом датчика 10 положения плунжера (8 - плунжер) регулирующего дросселя наполнения 2, а вход регулятора 7 соединен с выходом датчика 11 положения плунжера (9 - плунжер) регулирующего дросселя сброса 4. Вход блока расчета фиктивной площади щели утечки/протечки соединен с выходами датчиков 10, 11. Выход блока расчета фиктивной щели утечки/протечки 15 соединен со входом блока переключения 16, определяющего наличие щели утечки или протечки в контуре АДТ или ее отсутствие. Выход переключателя 16 соединен с ключом 17, который имеет три положения:
- положение 1 - в работе находятся регулятор 6 и дроссель наполнения 2;
- положение 0 - дроссели наполнения 2 и сброса 4 закрыты;
- положение 2 - в работе находятся регулятор 7 и дроссель сброса 4.
После наполнения АДТ воздухом до заданного давления, сформированного задатчиком 5 регулирующие дроссели сброса 4 и наполнения 2 принимают закрытое положение. На вход блока 15 расчета фиктивной площади щели поступают сигналы с датчиков 10 (датчик хода плунжера дросселя наполнения 2, S), 11 (датчик хода плунжера дросселя сброса 4, S), 12 (датчик давления воздуха в газгольдерах, Рг), 13 (датчик давления воздуха в контуре АДТ, Р0), 14 (датчик атмосферного давления воздуха) и рассчитывается фиктивная площадь щели, утечки/протечки. Далее выходной сигнал с блока расчета Fщ поступает на вход блока переключения 15, который анализирует величину площади сечения щели, определяет утечку (Fщ>0,0001), протечку (Fщ<0,0001) или ее отсутствие (Fщ=0,0001) и формирует входной сигнал для ключа 17. Ключ 17 выполняет переключение в одно из трех положений:
- положение 1 - регулирование утечки;
- положение 0 - утечки и протечки отсутствуют;
- положение 2 регулирование протечки.
Если ключ 17 занимает положение 1, выходной сигнал с блока переключения 15 поступает на вход регулятора дросселя наполнения 6, куда также подаются сигналы с датчиков давления 12, 13 и с датчика хода плунжера регулирующего дросселя наполнения 10. Выходной сигнал регулятора 6 поступает на вход привода дросселя наполнения 2 и определяет его положение.
Если ключ 17 занимает положение 2, выходной сигнал с блока переключения 15 поступает на вход регулятора дросселя сброса 7, куда также подаются сигналы с датчиков давления 13, 14 и с датчика хода плунжера регулирующего дросселя сброса 11. Выходной сигнал регулятора 7 поступает на вход привода дросселя сброса 4 и определяет его положение.
Если ключ 17 занимает положение 0, значит утечка и протечка воздуха отсутствует, либо уравновешивают друг друга и регулирование давления воздуха в контуре АДТ не требуется, дроссели сброса 4 и наполнения 2 находятся в закрытом состоянии
Основным элементом регуляторов новой системы регулирования является блок вычисления эффективной площади щели, реальной или фиктивной. Формулы расчета блока получены из уравнения математической модели АДТ, описывающего закон сохранения энергии.
На примере уравнения математической модели с учетом утечки воздуха из контура из уравнения сохранения массы (1):
Figure 00000001
Figure 00000002
где
Figure 00000003
- расход воздуха через фиктивную или реальную щель утечки;
Figure 00000004
расход воздуха через дроссель наполнения;
ΔР0=Р0зад.-Р0 - разность между заданным и измеренным давлениями;
к - показатель адиабаты для воздуха, равный 1,4;
R - универсальная газовая постоянная;
Тф - температура воздуха в контуре АДТ, К;
Тг - температура воздуха в газгольдерах АДТ, К;
Vф - объем форкамеры АДТ, м3;
q(λщ4) - приведенный удельный расход воздуха через щель утечки воздуха из контура АДТ;
q(λдр2) - приведенный удельный расход воздуха через дроссель наполнения.
Протечка воздуха в контур АДТ рассчитывается согласно уравнению:
Figure 00000005
где
Figure 00000006
- расход воздуха через фиктивную или реальную щель утечки;
Figure 00000007
- расход воздуха через дроссель сброса.
q(λщ2) - приведенный удельный расход воздуха через щель протечки воздуха в контур АДТ;
q(λдр4) - приведенный удельный расход воздуха через дроссель сброса.
Используя уравнения, приведенные выше, получены выражения для расчета постоянной времени Т0 и коэффициента усиления объекта управления К0:
Figure 00000008
- постоянная времени и коэффициент усиления для дросселя наполнения;
Figure 00000009
- постоянная времени и коэффициент усиления для дросселя сброса.
В результате получаем формулу апериодического звена для объекта управления:
Figure 00000010
а привод описывается последовательным соединением интегрирующего и инерционного звеньев:
Figure 00000011
Передаточная функция цифрового регулятора поддержания давления воздуха в контуре АДТ реализует функцию (согласно прототипу):
Figure 00000012
Коэффициенты регулятора рассчитываются через текущие параметры объекта регулирования:
Figure 00000013
где:
Тƒ - постоянная времени фильтра нижних частот;
Тпр, Кпр - постоянная времени и коэффициент усиления приводного устройства соответственно;
Управляющий сигнал регулятора поддержания давления в контуре АДТ реализует функцию:
Figure 00000014
Figure 00000015
где Δt - временной интервал между тактами пересчета;
Figure 00000016
- номера тактов рассогласования;
Figure 00000017
- рассогласование между заданным Р0з и измеренным Р0 значениями давления в контуре трубы на
Figure 00000018
тактах соответственно.
Фиг. 2 и 3 иллюстрируют переходный процесс выхода давления воздуха в контуре АДТ на заданное значение при величине фиктивной площади щели утечки и протечки соответственно Fщ4=Fщ2=0,001 м2.
Результаты использования устройства подтверждены математическим моделированием на имитаторе АДТ непрерывного действия, замкнутого типа с присутствием несанкционированных утечек/протечек воздуха. Процесс поддержания давления воздуха в контуре АДТ с учетом утечек иллюстрируется фиг. 3, с учетом протечек иллюстрируется фиг. 4. Как видно из графиков P0(t) давление воздуха поддерживается с заданной точностью за счет открытия регулирующего дросселя на расчетную величину, которая компенсирует утечку/протечку воздуха. Устройство эффективно в АДТ непрерывного действия замкнутого типа, а также применимо для АДТ периодического действия при Fщ=0 м2.

Claims (2)

1. Способ регулирования давления в замкнутом объеме, заключающийся в том, что определяют разницу между заданным и измеренным давлением в контролируемом объеме, на основании чего вычисляют площадь сечения фиктивной щели утечки/протечки Fщ в контролируемом объеме и открывают дроссель наполнения или сброса воздуха трубопроводной магистрали.
2. Устройство регулирования давления в замкнутом объеме, содержащее трубопроводную магистраль наполнения с дросселем наполнения и датчиком его положения, отличающееся тем, что дополнительно содержит трубопроводную магистраль сброса с дросселем сброса и датчиком его положения, блок расчета площади сечения щели утечки/протечки Fщ, блок переключения.
RU2018126167A 2018-07-16 2018-07-16 Способ регулирования давления в замкнутом объеме и устройство для его реализации RU2688950C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018126167A RU2688950C1 (ru) 2018-07-16 2018-07-16 Способ регулирования давления в замкнутом объеме и устройство для его реализации

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018126167A RU2688950C1 (ru) 2018-07-16 2018-07-16 Способ регулирования давления в замкнутом объеме и устройство для его реализации

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2688950C1 true RU2688950C1 (ru) 2019-05-23

Family

ID=66637098

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018126167A RU2688950C1 (ru) 2018-07-16 2018-07-16 Способ регулирования давления в замкнутом объеме и устройство для его реализации

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2688950C1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009153301A1 (de) * 2008-06-18 2009-12-23 Amrona Ag Vorrichtung zum einstellen der leckrate einer undichtigkeit an einer spaltartigen öffnung
RU2495392C2 (ru) * 2011-12-27 2013-10-10 Закрытое акционерное общество Промышленная группа "Метран" Способ задания давления в контролируемом объеме и установка для его осуществления
RU2587526C1 (ru) * 2015-05-27 2016-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Регулятор давления воздуха в форкамере аэродинамической трубы

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009153301A1 (de) * 2008-06-18 2009-12-23 Amrona Ag Vorrichtung zum einstellen der leckrate einer undichtigkeit an einer spaltartigen öffnung
RU2495392C2 (ru) * 2011-12-27 2013-10-10 Закрытое акционерное общество Промышленная группа "Метран" Способ задания давления в контролируемом объеме и установка для его осуществления
RU2587526C1 (ru) * 2015-05-27 2016-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Регулятор давления воздуха в форкамере аэродинамической трубы

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4102564B2 (ja) 改良型圧力式流量制御装置
US10969259B2 (en) Flow rate control device, method of calibrating flow rate of flow rate control device, flow rate measuring device, and method of measuring flow rate using flow rate measuring device
CN101836173B (zh) 真空容器的压力控制方法及压力控制装置
KR20090075816A (ko) 차압식 매스 플로우 컨트롤러에 있어서 진단 기구
US10705545B2 (en) Fluid control device and flow rate ratio control device
JPH10318496A (ja) ガス容器の充填方法
CN109506028B (zh) 一种压力调节阀的快速随动控制方法
KR20170135708A (ko) 유량 제어 장치 및 유량 제어 장치용 프로그램이 기억된 기억 매체
CN113008507A (zh) 一种基于暂冲气源的大流量高稳定马赫数风洞快速调节系统及方法
CN113157010B (zh) 深度变推力发动机推力调控方法、装置及电子设备
KR20180094478A (ko) 실압 제어 시스템 및 방법
RU2688950C1 (ru) Способ регулирования давления в замкнутом объеме и устройство для его реализации
RU2490492C1 (ru) Способ управления газотурбинным двигателем и система для его осуществления
RU2319126C1 (ru) Способ задания давления в контролируемом объеме и установка для его осуществления
RU2495392C2 (ru) Способ задания давления в контролируемом объеме и установка для его осуществления
RU2587526C1 (ru) Регулятор давления воздуха в форкамере аэродинамической трубы
JP7071525B2 (ja) 気体燃料の多点噴射のための圧力調整マスフローシステム
US11326914B2 (en) Flow rate measurement apparatus and method for more accurately measuring gas flow to a substrate processing system
CN112764437A (zh) 基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法
CN108958305A (zh) 一种8421编码可控流量高压气体压力精确控制结构
CN110907120B (zh) 一种引射式短舱出口落压比实时反馈控制方法
JP2006090306A (ja) 少なくとも１つのシリンダを有する内燃機関の運転方法および装置
RU2650721C1 (ru) Способ задания давления в контролируемом объеме и установка для его осуществления
JP2021189514A (ja) マスフローコントローラおよびハンチング抑制方法
CN113049253B (zh) 一种喷嘴模拟装置及燃油系统实验平台