1 引言
風(fēng)洞是空氣動(dòng)力試驗(yàn)系統(tǒng)。它依據(jù)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性原理，將飛行器的模型或?qū)嵨锕潭ㄔ诘孛嫒斯きh(huán)境中，人為制造氣流流過，以此模擬空中各種復(fù)雜的飛行狀態(tài)，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。也可以說，風(fēng)洞就是在地面上人為地創(chuàng)造一個(gè)“天空”。風(fēng)洞是研制飛機(jī)必需的一種試驗(yàn)裝置。它模擬飛機(jī)飛行中各種空氣動(dòng)力條件，只在地面就可以獲取飛機(jī)在空中飛行時(shí)的各種參數(shù)。
氣流的改變通過調(diào)節(jié)風(fēng)洞系統(tǒng)中的風(fēng)速，風(fēng)速采用富士G11系列變頻控制器，并配以編碼器反饋完成高精度速度控制。可編程控制器(也稱為PLC)工業(yè)控制部件因其功能強(qiáng)大、運(yùn)算速度快、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、修改程序靈活方便、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)以及能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下長(zhǎng)期工作等顯著特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域。但是其本身不具備人機(jī)交互功能，在工藝參數(shù)較多，需要人機(jī)交互時(shí)，配合使用具有觸摸操作和通信功能的人機(jī)界面就是一種很好的選擇。在本文所述的風(fēng)洞調(diào)速系統(tǒng)中，變頻器、PLC及人機(jī)界面之間以串行通信方式，可以在人機(jī)界面上直接對(duì)風(fēng)洞內(nèi)的風(fēng)速、速壓進(jìn)行設(shè)定、控制及監(jiān)視，并且可以通過趨勢(shì)圖隨時(shí)觀察氣流改變時(shí)風(fēng)洞內(nèi)9個(gè)環(huán)境參數(shù)(溫度、大氣壓、落壓差等)的變化。該系統(tǒng)具有穩(wěn)定、可靠性高的特點(diǎn)。

2 硬件配置設(shè)計(jì)
2.1 原理設(shè)計(jì)
圖1是該系統(tǒng)的主要硬件組成圖，應(yīng)用于某風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。

圖1 系統(tǒng)主要硬件配置圖

設(shè)定數(shù)據(jù)主要是風(fēng)速，風(fēng)速分為自動(dòng)和手動(dòng)調(diào)節(jié)兩種方式。自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí),風(fēng)速分15個(gè)等級(jí)，在POD上預(yù)先設(shè)定好每個(gè)等級(jí)的數(shù)據(jù)和工作時(shí)間后，按預(yù)先設(shè)定的等級(jí)的數(shù)據(jù)和時(shí)間讓風(fēng)速電機(jī)依次連續(xù)運(yùn)行。手動(dòng)時(shí)，POD隨時(shí)由操作員調(diào)節(jié)風(fēng)速電機(jī)的速度。通過傳感器把風(fēng)洞內(nèi)的9個(gè)環(huán)境參數(shù)信號(hào)傳給三個(gè)模擬輸入單元。這9個(gè)環(huán)境參數(shù)分別是溫度、實(shí)驗(yàn)段氣壓、落壓差和力等。
對(duì)風(fēng)速和速壓兩種方式可以任意選擇和任意設(shè)定，根據(jù)流體力學(xué)[1]，由公式:
Qi=k1ρVi2=k2△Pi