Измерения флуктуации потока в криогенном трансзвуковом ветровом тоннеле

Внедрение: 2008 г.

В статье [1] приведена подробная информация о структуре пульсаций потока внутри испытательного участка пилотной европейской трансзвуковой аэродинамической трубы (Pilot of European Transonic Windtunnel – PETW), расположенной в Кёльне (Германия). Структура пульсаций потока получена с помощью термоанемометра и метода флуктуационных диаграмм в широком и узком частотном диапазоне. Диаграммы колебаний были построены при числах Маха набегающего потока M = 0,2, 0,4, 0,6, 0,7 и 0,8, общей температуре 118....294,7 К и числах Рейнольдса (5,54...108,6)·10⁶ м^-1. Временные диаграммы этих данных выходного сигнала использовались для получения информации о статистических и корреляционных характеристиках, режиме и спектральном составе колебаний потока.

Рисунок 1. Устройство пилотной европейской трансзвуковой аэродинамической трубы PETW (размеры указаны в метрах).

В эксперименте использовался анемометр постоянного тока CCA‑6, разработанный и изготовленный в Институте теоретической и прикладной механики СО РАН им. Христиановича, и термоанемометры с вольфрамовыми чувствительными элементами. Типовая измерительная система на базе CCA‑6 представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Типовая измерительная система на основе анемометра постоянного тока CCA‑6.

Персональный компьютер, внешний 14‑битный аналого-цифровой преобразователь E14‑440 (ADC), устройство CCA‑6 и соединительные кабели с переходниками необходимы для выполнения процедуры измерения. Средние значения и сигналы колебаний с выхода термоанемометра оцифровываются с помощью двух внешних АЦП. Управление анемометром и связь с персональным компьютером осуществляется через COM‑порт RS‑232 CCA‑6 и USB-COM-адаптер. Термоанемометр имеет встроенный микроконтроллер ADuC‑842 со встроенными 12‑битным АЦП и ЦАП для измерения всех внутренних параметров CCA‑6 (ток, напряжение и т. д.).

Связь термоэлектрического зонда напрямую с устройством CCA‑6 осуществляется по специальной четырёхпроводной схеме. Такая схема подключения позволяет использовать термоанемометр на достаточно большом расстоянии от объекта и автоматически учитывать изменение сопротивления соединительного кабеля при наличии сильных градиентов температуры, что избавляет от рутинной процедуры выполнения процедуры компенсации кабеля. Использовался фильтр нижних частот с частотой среза 25 или 50 кГц. Сбор данных с выходов CCA‑6 производился с частотой дискретизации 60 и 120 кГц. После преобразования аналогового сигнала в цифровой данные поступали в ПК для дальнейшей обработки. Пример полученных флуктуационных диаграмм показан на рисунке 3. 

Рисунок 3. Временные флуктуационные диаграммы (вверху) и их частотные спектры (внизу).

Как отмечают авторы в заключении статьи, показана полная применимость метода термообработки, включая метод диаграмм колебаний, в криогенных условиях без каких-либо особых ограничений.

Источник:

1. Lebiga V.A., Pak A. Yu., Zinoviev V.N. Remote control constant current anemometr // International Conference on Methods of Aerophysical Research (ICMAR), 2008. – Pp. 1‑5.
2. Zinovyev V.N., Lebiga V.A., Pak A. Yu. et al. Preliminary results of flow fluctuation measurements in the cryogenic transonic wind tunnel // Progress in Flight Physics, Vol. 3 – Les Ulis: EDP Sciences, 2012. – Pp. 3‑14. DOI:10.1051/EUCASS/201203003

Разработчик: Зиновьев В.Н., Лебига В.А., Pak A.Yu. (ИТПМ СО РАН, Новосибирск), Quest J. (European Transonic Windtunnel GmbH, Кёльн, Германия)