布撒器_子弹气动干扰风洞实验研究

2014年TI杯大学生电子设计竞赛赛题-G题风洞控制系统V4—专科

2014年TI杯大学生电子设计竞赛题 G题：简易风洞及控制系统（高职） 设计制作一简易风洞及其控制系统。风洞由圆管、连接部与直 流风机构成，如右所示。圆管竖直放置，长度约40cm，内径大于 4cm且内壁平滑，小球（直径4cm黄色乒乓球）可在其中上下运动； 管体外壁应有A、B、C、D等长标志线，BC段有1cm间隔的短标 志线；可从圆管外部观察管内小球的位置；连接部实现风机与圆管 的气密性连接，圆管底部应有防止小球落入连接部的格栅。控制系 统通过调节风机的转速，实现小球在风洞中的位置控制。 2.要求 （1）小球置于圆管底部，启动后5秒内控制小球向上到达BC 段，并维持5秒以上。（20分） （2）当小球维持在BC段时，用长形纸板（宽度为风机直径的 三分之一）遮挡风机的进风口，小球继续维持在BC段。（10分） （3）以C点的坐标为0cm、B点的坐标为10cm；用键盘设定小球的高度位置（单位：cm），启动后使小球稳定地处于指定的高度3秒以上，上下波动不超过± 1cm。（10分） （4）以适当的方式实时显示小球的高度位置及小球维持状态的计时。（10分）（5）小球置于圆管底部，启动后5秒内控制小球向上到达圆管顶部处A端，且不跳离，维持5秒以上。（10分） （6）小球置于圆管底部，启动后30秒内控制小球完成如下运动：向上到达AB段并维持3~5秒，再向下到达CD段并维持3~5；再向上到达AB段并维持3~5， 再向下到达CD段并维持3~5；再向上冲出圆管（可以落到管外）。（20分）（7）风机停止时用手将小球从A端放入风洞，小球进入风洞后系统自动启动，控制小球的下落不超过D点，然后维持在BC段5秒以上。（10分） （8）其他自主发挥设计。（10分） （9）设计报告。（20分） 共1页，G-1

小型风洞设计制作及稳定段研究

小型风洞设计制作及稳定段研究 摘要风洞是从事飞行器研制和空气动力学研究的最基本的实验设备。迄今为止绝大部分空气动力学实验都是在风洞中完成的。风洞的发展是同航空航天技术紧密相关的，风洞是研制新型飞行器的重要物质基础。稳定段及其内部的整流装置是风洞不可或缺的组成部分。整流装置包括纱网和蜂窝网等，其设计目的是使气流均匀或降低紊流度。 关键词小型风洞；纱网；均匀性；稳定段；能量损失 在本次研究中，设计并动手制作可用于实际操作的小型风洞，着重对其稳定段进行研究，从而设计出适合于一类小型风洞的稳定段。一方面，在理论计算与实验中记录有意义的数据，为以后进一步的研究提供依据。另一方面，此次研究所制作出的小型风洞，可以用于实际的风洞实验，如小型风力发电机的测试等。 在研究的前期进行小型风洞的设计，绘制小型风洞的设计图纸。在研究的第二阶段，根据设计动手制作小型风洞。在制作过程中，不断根据实际情况，对图纸细节进行调整和改进。在研究的第三阶段，对已制作完成的小型风洞稳定段中的纱网进行控制变量的研究与分析。 对于低速小型风洞，进口风速为10m/s～18m/s时，在综合气流均匀性、稳定性和气流能量3个指标之后发现，网丝直径d与网眼尺度l的比值为0.37，每层纱网间距为2cm的三层纱网组合为最优纱网组合。 1 研究方法及过程 1.1 小型风洞的设计 1.1.1 风洞整体的布置 小型风洞是由风扇、风洞本体和测量仪器系统三部分组成。 如图1所示为风洞的整体布置图。①为风扇。②为风洞本体。③为传感器组 1.1.2 风扇的设计 根据研究需要，风扇选用具有调速功能的低速风扇，其风速范围为：10m/s ～20m/s。出风口为正方形，内径为11.6cm，外径为12cm。在风洞的出口和进口，分别放置两个相同型号的风扇，进口的风扇向风洞内鼓风，出口的风扇从风洞内吸风，并始终调节两风扇的鼓风风速相同。这样的设计可以在一定程度内令风洞内的气体密度保持恒定。 1.1.3 风洞本体的设计 风洞本身共分为三段，内有两个为消除涡流而装置的蜂窝器和两套为平稳气流而装置的纱网。风洞洞体材料选为有机玻璃，既保证强度，又便于观察。 1）实验段 由于所设计风洞属于低速风洞范畴，因而不同实验段截面形状的洞壁干扰情况大致相似。而方形截面相对于其他形状截面有易于安装门窗、有利于观察实验等优点。根据研究需要，本次设计确定洞体横截面为正方形，内径15cm。根据经验公式，风洞的试验段长度L=2.0～2.5D＼* MERGEFORMAT，其中D为实验段直径。因此，本次设计的实验段长度为L=40cm。 2）收缩段 此设计中，一方面为尽量避免气流在洞壁上产生分离，另一方面为减少能量损失，收缩段的长度采用进口直径的0.5倍～1.0倍＼* MERGEFORMAT。因此，取收缩段长度为10cm。

简易风洞及控制系统

简易风洞及控制系统（G题） 摘要：本帆板控制系统由单片机ATMEGA328作为帆板转角的检测和控制核心，实现按键对风扇转速的控制、调节风力的大小、改变帆板转角θ、液晶显示等功能。引导方式采用角度传感器感知与帆板受风力大小的转角θ的导引线。通过PWM波控制电机风扇风力的大小使其改变帆板摆动的角度θ。风扇控制核心采用L298电机驱动模块，用ATMEGA328单片机为控制核心，产生占空比受数字PID 算法控制的PWM脉冲，实现对直流电机转速的控制，同时利用光电传感器将电机速度转化成脉冲频率反馈到单片机中，实现转速闭环控制，达到转速无静差调节的目的。MMA7455三轴加速传感器把角度输出信号传送给ATMEGA328单片机进行处理。 关键词：ATMEGA328，MMA7455，PWM波，PID算法

目录 1. 系统设计 1.1 任务与要求 1.1.1 主要任务 1.1.2 基本要求 1.1.3 说明 1.2总体设计方案 1.2.1 设计思路· 1.2.2 方案论证与比较 1.2.3 系统的组成 2. 单元电路设计 2.1 风速控制电路 2.2小球测距原理 2.3控制算法 3. 软件设计 3.1风速控制电路设计计算 3.2控制算法设计与实现 3.3程序流程图 4. 系统测试 4.1 调试使用的仪器与方法 4.2 测试数据完整性 4.3 测试结果分析 4.4 结束语 5. 总结 参考文献 附录1 元器件明细表 附录2 电路图图纸 附录3 程序清单

1.1任务与要求 1.1.1 主要任务 设计制作一简易风洞及其控制系统。风洞由圆管、 连接部与直流风机构成，如图所示。 圆管竖直放置，长度约40cm，内径大于4cm且内 壁平滑，小球（直径4cm黄色乒乓球）可在其中上下运 动；管体外壁应有A、B、C、D等长标志线，BC段有 1cm间隔的短标志线；可从圆管外部观察管内小球的位置；连接部实现风机与圆管的气密性连接，圆管底部应有防止小球落入连接部的格栅。控制系统通过调节风机的转速，实现小球在风洞中的位置控制。 1.1.2 基本要求 （1）小球置于圆管底部，启动后5s内控制小球向上到达BC段，并维持5s 以上。 （2）当小球维持在BC段时，用长形纸板（宽度为风机直径的三分之一）遮挡风机的进风口，小球继续维持在BC段。 （3）以C点的坐标为0cm、B点的坐标为10cm；用键盘设定小球的高度位置（单位：cm），启动后使小球稳定地处于指定的高度3s以上，上下波 动不超过±1cm。 （4）以适当的方式实时显示小球的高度位置及小球维持状态的计时。（5）小球置于圆管底部，启动后5s内控制小球向上到达圆管顶部处A端，且不跳离，维持5s以上。 （6）小球置于圆管底部，启动后30s内控制小球完成如下运动：向上到达AB段并维持3~5s，再向下到达CD段并维持3~5s；再向上到达AB段 并维持3~5s，再向下到达CD段并维持3~5s；再向上冲出圆管（可以

风洞设计

低速风洞气动特性设计（2） 一、课程设计目的 综合运用在流体力学实验技术和其它课程中所学习的知识，完成简化了的低速风洞气动特性设计项目，达到培养和提高独立完成设计工作的能力。 二、课程设计要求 能正确运用有关学科的基本理论解决工程实际问题。图纸符合规范，清楚，整洁。设计说明书中文字、数字和插图表达清晰正确。设计中对工艺性、经济性作了考虑。工作态度认真负责，按时、独立完成指定的设计任务。 三、设计风洞任务要求 1) 风洞实验段要求：开口 2) 实验段进口截面形状：椭圆形 3) 实验段进口截面尺寸：1.5m 4) 实验段进口截面最大风速：50m/s 5) 收缩段的收缩比：5 四、风洞设计说明书 根据实验段进口截面尺寸判断：我们小组所设计风洞为小型风洞 1、实验段设计 实验段是整个风洞的中心，模型装在此处进行实验。衡量风洞气动力设计及施工的质量主要从两方面来看：实验段气流的流场品质；风洞工作的效率。实验段的气流品质是风洞各部分工作的集中体现。 实验段截面形状选择 选择剖面形状的原则是在满足实验要求下最有效地利用全部气流切面积，因而可以减少风洞的驱动功率。实验段截面形状有圆形、方形、八角形、椭圆形及长方形等。 在相似的稳定段情况和相同的收缩比下，椭圆形截面的气流最为均匀，即均匀区所占的比例最大，圆形次之，长方形再次之；从洞壁干扰的情况来看，对于相同的模型展长洞宽比，椭圆形的升力干扰最小，长方形次之，圆形再次之。 因此，我们所设计实验段椭圆形截面有流场均匀、气流品质好、洞壁干扰小的优点。但，从施工和安装来讲，椭圆形不方便，这也是弊端所在。 实验段截面尺寸选择 椭圆截面按照长轴短轴比3:2设计，则长轴长1.5m ，短轴长1m 。 设长半轴为a ，短半轴为b ，则a=0.75m,b=0.5m 定义椭圆截面水力直径椭圆 椭圆C S D ?=40，且)(4b 2,b a C ab S -+==ππ椭圆椭圆 求得：m D 14.10=

风洞设计

低速风洞内气流速度较低，可按不可压缩流动来设计计算，设计的主要问题是合理组合收缩比与整流装置，使风洞具有高的能量比，低的湍流度，低的造价；设计高效率的风扇装置；设计没有气流分离的的收缩曲线以保证流动品质。可遵循现有的性能良好的风洞所建立的准则进行设计。 相似准则： 一个在静止空气中运动的物体或者在气流中保持静止的物体，其受到的空气动力R 取决于一系列有关气流与物体的参数，即 R=f （L 、v 、ρ、h 、α、β、E 、n s 、m 、P 、μ、2 v 、Cp 、Cv 、λ、V ） L ——物体的特性长度（m ） V ——物体的运动速度（m/s ） ρ——空气的密度（kg/m 3） h ——物体表面粗燥度的特性尺寸（m ） α——运动的迎角（°） β——运动的偏航角（°） E ——模型的体积弹性系数，V V p E /?= （Pa ） n s ——运动部件的频率或转数（1/s ） m ——物体单位长度的质量（kg/m ） P ——空气的压力（Pa ） μ——空气的粘性系数（Pa ?s ） 2v ——空气平均脉动速度的平方（m 2/s 2） Cp ——空气的定压比热（J/（kg ?K ）） Cv ——空气的定容比热（J/（kg ?K ）） λ——空气的热传导系数（W/（kg ?K ）） V ——物体体积（m 3） 以上影响气动力的参数共15个，根据量纲理论，由于这15个参数的单位中包括4个基 本单位，则气动力系数C R （ 2221L v R C R ρ-= ）将取决于12个无量纲参数，这些无量纲 参数就称为相似准则。 )k e a m a (2P F R M S L C F C R 、、、、、、、、、、、ερβ?= ?——物体表面相对粗糙度，L h =? C ——表征物体弹性形变的相似准则， 2v E C ρ=

简易风洞设计(带有程序)

简易风洞设计 需要的材料 风机，小球，51单片机，风机驱动模块，液晶1602，超声波，电源 设计任务 设计制作一简易风洞及其控制系统。风洞由圆管、连接部与直流风机构成。圆管竖直放置，长度约40cm，内径大于4cm且内壁平滑，小球（直径4cm黄色乒乓球）可在其中上下运动；管体外壁应有A、B、C、D等长标志线，BC段有1cm间隔的短标志线；可从圆管外部观察管内小球的位置；连接部实现风机与圆管的气密性连接，圆管底部应有防止小球落入连接部的格栅。控制系统通过调节风机的转速，实现小球在风洞中的位置控制。 设计要求 （1）小球置于圆管底部，启动后5秒内控制小球向上到达BC段，并维持5秒以上。（20分） （2）当小球维持在BC段时，用长形纸板（宽度为风机直径的三分之一）遮挡风机的进风口，小球继续维持在BC段。（10分） （3）以C点的坐标为0cm、B点的坐标为10cm；用键盘设定小球的高度位置（单位：cm），启动后使小球稳定地处于指定的高度3秒以上，上下波动不超过±1cm。（10分）（4）以适当的方式实时显示小球的高度位置及小球维持状态的计时。（10分） 小球置于圆管底部，启动后5秒内控制小球向上到达圆管顶部处A端，且不跳离，维持5秒以上。（10分） （5）小球置于圆管底部，启动后30秒内控制小球完成如下运动：向上到达AB段并维持3~5秒，再向下到达CD段并维持3~5；再向上到达AB段并维持3~5，再向下到达CD段并维持3~5；再向上冲出圆管（可以落到管外）。（20分） （6）风机停止时用手将小球从A端放入风洞，小球进入风洞后系统自动启动，控制小球的下落不超过D点，然后维持在BC段5秒以上。（10分） （7）其他自主发挥设计。（10分） 说明 （1）题中“到达XX段”是指，小球的整体全部进入该段内； （2）题中“维持”是指，在维持过程中小球整体全部不越过该段的端线； （3）小球的位置以其中心点为准（即小球的上沿切线向下移2cm，或下沿切线向上移2cm）； （4）直流风机的供电电压不得超过24V，注意防止风机叶片旋转可能造成的伤害；可在圆管及其周围设置传感器检测管内小球的位置；可将圆管、连接部与直流风机安装在硬质板或支架上，以便于使圆管保持竖直状态，并保持风洞气流通畅。

PID控制在风洞风速调节中的应用

PID控制在风洞风速调节中的应用 陈树权 (哈尔滨150001) 摘要为了完成某研究所风洞的风速控制系统，设计了一套以计算机为中心基于PLC的风速控制系统，给出了系统的硬件设计和软件设计，在提出PI控制方案的基础上，介绍了PID 控制的原理和特点，对风速控制精度及PID参数整定进行了研究。经实际运行验证了在风洞交流电机变频调速系统中PID控制的可靠性和实用性。 关键词PID控制交流电机变频调速 引言 风洞是空气动力学试验系统的必要设备。它依据运动的相对性原理，将飞行器的模型或实物固定在风洞中，通过风洞气流流过，以此模拟飞行器空中各种复杂的飞行状态，获取实验数据。风洞是研制飞机必需的一种试验装置。它模拟飞机飞行中各种气动力条件，以便获取飞机在空中飞行时的各种参数。 气流的改变是通过调节风洞系统中的电机转数调节风速实现的，风速采用安川G7系列变频控制器，并配以编码器反馈完成高精度控制，通过可编程逻辑控制器(PLC)实现PID 控制，使用具有触摸操作和通信功能的人机界面。PID控制是闭环控制系统中比例一积分一微分控制算法，它可以看作是这三项之和，根据设定值与被控对象实际值的差值，按PID方式汁算出控制输出量，使反馈跟随设定值变化，因此PID控制是负反馈闭环控制其中比例项是增益(Kc)与偏差的乘积，积分项与偏差的和成正比，微分项与偏差的变化成正比，而可编程控制器(PIC)是利用其闭环控制模块来实现PID控制。 1 PID控制介绍 1．1 PID控制的原理和特点 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID调节PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时。系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定时，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。本系统中只采用比例和积分控制。1．1．1 比例(P)控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输人误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady—stateerror)。 1．1．2 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进人稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(System withSteady—stateError)。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。1．1．3 微分(D)控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大

低速风洞课程设计

2015/2016学年第一学期 低速风洞设计 课程名称：工程流体力学课程设计 班级：新能源1312 小组成员： 指导教师：郭群超老师

目录 一课程设计目的 (3) 二．完成设计任务条件 (3) 三、完成的任务 (3) 四、具体设计 (3) 4.1 实验段 (4) 4.2收缩段 (5) 4.3稳定段 (6) 4.4扩压段 (7) 4.5其他部件设计 (10) 五．能量比 (11) 六．需用功率 (15) 七．心得体会 (15) 八．参考文献 (16)

一、课程设计目的 综合运用在流体力学实验技术和其它课程中所学习的知识，完成简化了的低速风洞气动特性设计项目，达到培养和提高独立完成设计工作的能力。 二、完成设计任务的条件 （1）风洞试验段要求：闭口 （2）实验段进口截面形状：矩形 （3）实验段进口截面尺寸：2.5mX3.0m （4）试验段进口截面最大风速：100m/s （5）收缩段的收缩比：7 三、完成的任务 （1）低速风洞设计图纸绘制 （2）设计说明书：我们组设计的是小型低速风洞 （3）风洞设计、研制与实验技术研究方面的综述报告 四、具体设计

4.1 实验段 ① 为了使模型处于实验段的均匀流场之中，模型头部至实验段入口应保持一定的距离，以1l 表示。1l 的大小视实验段入口流场的均匀程度而定。如实验段直径为0D ，则1l 大致为0.25~0.500D 。因为后面我们会采用较多层的紊流网，故此处不用取得太大，选择100.35l D =。 ② 模型的长度为2l 表示，大约在0.75~1.250D 之间，各类飞机的模型是不相同的。为了使风洞尽量满足一洞多用，取2l 足够长选择201.25l D =。 ③ 模型尾部至扩压段进口也应保持一定距离，以3l 表示，一方面是保证模型的尾流不过多影响扩压段的工作效率，另一方面也不使扩压段的流动影响模型尾部。这个距离大约为0.75~1.25 0D 。选择300.8l D = ④ 12302.4 6.55L l l l D m =++==，满足统计数据中，主要

风洞概论及设计

《流体力学试验技术》 课程设计 班级：0109108 学号：010910811 姓名：周士杰 指导教师：史志伟 南京航空航天大学空气动力学系 2012年12月

一、目的要求 综合运用所学课程知识，完成简化了的低速风洞气动外型概念设计，达到培养和提高独立完成设计工作的能力。 二、完成设计任务的条件 （1）风洞试验段要求：闭口 （2）实验段进口截面形状：矩形 （3）实验段进口截面尺寸：2.5mX3.0m （4）试验段进口截面最大风速：100m/s （5）收缩段的收缩比：7 三、完成的任务 （1）低速风洞设计图纸绘制 （2）设计说明书 （3）风洞设计、研制与实验技术研究方面的综述报告 四、完成时间 2012年12月24日~2013年1月4日 五、参考文献 《风洞设计原理》、《低速风洞实验》：查找风洞实验技术相关文献资料。 指导老师：史志伟

① 为了使模型处于实验段的均匀流场之中，模型头部至实验段入口应保持一定的距离，以1l 表示。1l 的大小视实验段入口流场的均匀程度而定。如实验段直径为0D ，则1l 大致为0.25~0.500D 。因为后面我们会采用较多层的紊流网，故此处不用取得太大，选择100.35l D =。 ② 模型的长度为2l 表示，大约在0.75~1.250D 之间，各类飞机的模型是不相同的。为了使风洞尽量满足一洞多用，取2l 足够长选择201.25l D =。 ③ 模型尾部至扩压段进口也应保持一定距离，以3l 表示，一方面是保证模型的尾流不过多影响扩压段的工作效率，另一方面也不使扩压段的流动影响模型尾部。这个距离大约为0.75~1.250D 。选择300.8l D = ④ 所以12302.4 6.55L l l l D m =++==，满足统计数据中，主要实验低速飞机02.0~2.5L D =的情况。其中0D 为水力直径。 04S D C = ⑤ 由于本组的风洞实验段截面为矩形形状，而对于矩形实验段，可以采用的一种解决附面层影响的方法就是沿轴线逐渐减小切面的截角。此处我们参考NH-2风洞模型。这样做使位流截面保持不变，可以消除纵向静压梯度。

搭建风洞数字化协同设计与仿真平台

搭建风洞数字化协同设计与仿真平台 文章从风洞研制特点及制约设计能力因素出发，引出建设平台的重要性，在分析当前平台现状和存在问题的基础上，给出搭建多学科数字化协同设计与仿真平台的目的和意义，并描述协同设计与仿真平台的体系结构和功能框架，最后指出协同设计与仿真平台建成后能够起到的作用。 标签：设计手段；多学科数字化设计；协同设计与仿真平台；风洞设计 Abstract：Based on the characteristics of wind tunnel development and the factors restricting the design capability，this paper introduces the importance of the construction platform. On the basis of analyzing the current situation and existing problems of the platform，the purpose and significance of building a multidisciplinary digital collaborative design and simulation platform are given. It also describes the architecture and functional framework of the collaborative design and simulation platform，and finally points out the role that the collaborative design and simulation platform can play after the completion of the platform. Keywords：design means；multidisciplinary digital design；collaborative design and simulation platform；wind tunnel design 中国空气动力研究与发展中心（以下简称气动中心）下属的第四研究所（以下简称四所），是国内唯一专业从事风洞设备设计及测试技术研究的综合性研究机构[1]。近年来，随着风洞设计要求的提高与任务的快速增长[2]，现有风洞设计理念陈旧、设计手段落后，设计能力不足、技术储备难以适应下一步任务要求等问题已日趋凸显。 风洞作为大型复杂设备，其建设是一个集设计、分析、仿真、试验、优化和管理于一体的大型工程。其研制过程如图1所示，包括立项论证、可行性研究、初步设计、技术设计、施工设计、风洞调试几个阶段，涉及气动、结构、测量、控制、液压、天平设计及项目管理等多学科领域[3]。在建设过程中，需要众多工程技术人员的协调，处理海量的数据资源，运用不同领域的专业工具软件，经历复杂的、科学的反复迭代设计过程。 目前，四所设计手段主要基于1996年前设计建成的CAD平台，该设计平台已明显表现出难以满足众多且要求日益复杂的新风洞设计要求，逐渐成为高质高效完成科研任务的瓶颈，甚至在一定程度上限制或阻碍了风洞设计效率和设计质量的提高；而且，现有的风洞CAD设计平台应用技术严重滞后于当今业已成熟的CAx技术的发展与应用——数字化、多学科协同设计与仿真，与四所在国内堪称风洞设计领域的“国家中心”地位极不相称，与实现风洞设备设计与建设水平“世界一流”的目标要求相差甚远。 构建一套基于先进CAx技术、全数字化的风洞多学科协同设计与仿真平台，

简易风洞及控制系统

简易风洞及控制系统 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

简易风洞及控制系统(专科组G题) 作者：王康、赵辉、张帅帅 赛前辅导教师：吉武庆 文稿整理辅导教师：吉武庆 摘要 本文介绍了简易风洞控制系统的设计方案。本设计以STC89C52RC单片机为主控芯片,利用涡轮式轴流风机来为小球的运动提供动能。通过在风洞表面安装的8个光电式光线传感器来检测小球位置，而后通过PID算法对轴流风机的抽风量进行进一步调校.从而形成一个完整的闭环控制系统。 关键词：PID算法，PWM调速，闭环控制 Abstract This paper introduces the design plan of a simple wind tunnel control system. The design STC89C52RC microcontroller as the main control chip, using turbine type axial flow fan to provide kinetic energy for the movement of the ball. To detect the location of the ball in a wind tunnel by surface mounted 8 photoelectric light sensor, and then through the exhaust volume PID algorithm flow fan on the shaft was further adjusted. So as to form a complete closed-loop control system. Keywords: PID algorithm, PWM speed control, closed loop control

低速风洞设计说明书

流体力学实验技术课程设计 学院：航空宇航学院 学生姓名：杨馨 学号：011210833 二〇一六年十二月

低速风洞设计课程设计报告 1、实验段设计 该风洞设计最大风速为100米每秒，预设功能为做全机模型低速气动特性测量试验，一般的迎角在负20度到正30度之间，采用回流式。 ○1实验段截面形状选择 实验段截面形状有圆形、方形、八角形、椭圆形及矩形等。选择剖面形状的原则是在满足实验要求下最有效地利用全部气流切面积，因而可以减少风洞的驱动功率。综合考虑气流均匀度和洞壁干扰等因素，选取矩形截面。 ○2实验段截面尺寸选择 为使雷诺数达到2.5*10^6,根据风速100米每秒，再取平均展弦比为6，并且要求模型展长不超过风洞宽度的0.7倍，估算得实验段宽度约为3.7米，取实际宽度为4米；由于迎角不太大，对于实验段高度要求不大，取为3米。 ○3实验段开口式、闭口式的选择 为保证实验段气流均匀度以及减少可能的能量损失，采用闭口式实验段。 ○4实验段长度确定 模型应置于实验段的均匀流场中。模型头部至实验段入口应保持一定距离，以l1表示，假设实验段相当直径为D0，则L1大致为0.25~0.50D0；模型的长度以l2表示，大约为0.75~1.25D0，各种类型飞机的模型是不相同的；模型尾部至扩压段进口也应保持一定距离，以l3表示，一方面保证模型的尾流不过多影响扩压段效率，另一方面也不使扩压段的流动影响模型尾部，这个距离大约为0.75~1.25D0。因此，实验段长度应保持在1.75~3.0 D0的范围内。经计算，D0约等于3.9米，取实验段长度为8米。 2、收缩段设计 ○1收缩段作用 加速气流，使其达到实验所需要的速度。收缩段应满足以下要求： （1）气流沿收缩段流动时，洞壁上不出现分离； （2）收缩段出口的气流要求均匀、平直而且稳定；

简易风洞控制系统设计

简易风洞控制系统设计 【摘要】本设计主要通过MSP430单片机控制直流风机完成简易风洞试验。风洞由圆管，连接部与直流风机构成，由单片机产生PWM控制直流风机的转速，通过红外对管阵列采集光强信息检测小球在圆管中的位置，同时由12864液晶显示小球的高度位置及维持状态的时间，从而实现小球在简易风洞中的位置控制。 【关键词】风洞;MSP430;控制系统 1.引言 风洞，是指在一个管道内，用动力设备驱动一股速度可控的气流，用以对模型进行空气动力实验的一种设备。最常见的是低速风洞。但由于风洞造价过高，导致对气流研究成本偏高。所以本次设计为一个简单的风洞，可以在导管中研究小球漂浮时气流对它的影响。 2.总体设计方案 本系统主要由主控板模块、测距模块、显示模块、电机驱动模块、电源模块组成，系统方框图如图1所示。图中MSP430控制器模块为系统的核心部件，按键和液晶显示器用来实现人机交互功能，其中通过键盘将需要设置的参数和状态输入到单片机中，并通过控制器显示到液晶屏上。在运行过程中控制器产生PWM 脉冲送到风机驱动电路中，控制直流电机转速，同时控制器经过数字PID运算后改变PWM脉冲的占空比，实现电机转速达到实时、准确控制的目的。 图1 系统总体框图 3.硬件设计 3.1 微控制器电路设计 MSP430是一个超低功耗的16位单片机，它处理速度快、运算能力强、功耗低、片内资源丰富、开发方便。其最小系统如图2所示。 3.2 传感器电路设计 传感器部分采用红外对管进行小球位置点信息的采集。红外分为两个部分，一个部分为发射，另外一部分为接收，每当小球穿过红外的时候，电路会给主控芯片送入低电平，从而达到判断小球位置的目的。电路图如图4所示。 图2 MSP430单片机最小系统电路原理图 图3 红外测距模块电路原理图

小型模拟风洞系统设计报告

综合电子设计 小型模拟 风洞系统 刘石劬 22011231 尹哲浩 22011214 赵正扬 22011212 董元 22011207

一、引言 二、设计思路 2.1 整体功能设想 2.2 模块实现方式确定 三、设计内容及部分电路仿真 3.1 输入模块设计部分 3.1.1 按钮功能电路实现与仿真 3.1.2 控制输入电路实现与仿真 3.2 控制模块设计部分 3.2.1 硬件选型及论证 3.2.2 风扇控制信号的分析 3.3 整体原理图与PCB设计 四、整体实物图即测试结果 五、课程收获与心得 六、参考文献

一、引言 风洞是空气动力学研究的重要地面试验设备，通过对流体力学方法的计算，可以研究物体模型所受不同方向、不同大小的气动阻力影响，为汽车、高速列车等等的选型提供大量的参考依据。同时，风洞也是试验高速飞行器必不可少的一种设备，是保证一个国家航空航天处于领先地位的基础研究设施]1[。随着时代的发展，飞机研究制造业的竞争越加激烈，尤其在军事领域，现有风洞试验设备的模拟能力已经成为制约第四第五代战斗机的研制和未来高超声速飞行器发展的瓶颈。 这次课题设计，我们想以自己现有的能力和一些简单的器材来完成一个简易的小型风洞设计，用以模拟产生不同风力大小的气流。我们采用电脑CPU风扇作为风力的发生装置，以输入信号的占空比来调节风扇转速的大小，并可以根据风扇所发出的风力大小来实现结果的反馈。 二、设计思路 2.1 整体功能设想 风扇的输入信号可以控制风扇实现不同的转速，也可以让风扇的工作处于测试模式下，即风扇的转速按预定的延时变化，风力将由大至小，再由小变大循环往复。也可以通过键盘，让帆板到达指定高度。 2.2 模块实现方式确定 (1) 输入模块：使用者将通过按钮进行输入信号的控制，工作时不会存在两个按钮同时有效的情况。本模块的大体部分会以门电路的形式构成，功能上通过计数器不同的计数值来形成不同的输入信号，但必须保证信号的频率一致。最后，所有档位的信号必须以同一个输出端口输送至风扇，对风扇进行相应的控制。 (2) 控制模块：采用MSP430F6638作为主控芯片，它是由TI公司推出的16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器。用LSM303作为检测角度的传感器，用AVC 8038风扇作为风力来源。

风洞综述(实验流体力学课程设计)

实验空气动力学课程设计(风洞综述) 一.概念及原理 风洞（wind tunnel），是能人工产生和控制气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是空气动力学实验最常用、最有效的工具。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用, 在交通运输、房屋建筑、风能利用和环境保护等部门中也得到越来越广泛的应用。 原理: 用风洞作实验的依据是运动的相对性原理。为确保实验准确模拟真实流场,还必须满足相似律的要求。但由于风洞尺寸和动力的限制，通常只能选择一些影响最大的参数进行模拟。此外，风洞实验段的流场品质，如气流速度分布均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、沿风洞轴线方向的压力梯度、截面温度分布的均匀度、气流的湍流度和噪声级等必须符合一定的标准，并定期进行检查测定。 二.风洞发展简要回顾 风洞设备的发展大致经历了低速风洞发展阶段、超声速风洞发展阶段、跨声速风洞发展阶段、高超声速风洞发展阶段、风洞设备更新

改造和稳定发展阶段、风洞设备发展适应新需求、探索新概念风洞发展阶段。20世纪90年代，随着经济全球化和型号发展数量的减少，一方面，风洞设备在数量上呈现出过剩状态；另一方面，又缺少能满足未来型号精细化发展要求的高性能风洞。 三.近期风洞改造和建设 工业生产型风洞的更新改造 最主要特点是风洞设计的多功能性、可扩展性、技术的先进性，风洞建设也呈现出创新的特点。主要包括：吸收试验段内的大部分噪声，提高风洞试验Re或模拟能力等。另外还有：感应热等离子体风洞（通过高频电发生器以感应偶合的方式将亚声速或超声速射流加热到极高温度（5000℃～10000℃），这种等离子风洞主要用于防热研究）四. 风洞发展的未来趋势 1）“安静”气流风洞 不仅气动声学风洞需要“安静”的风洞，高品质的任何类型风洞都需要“安静”的风洞。 2）亚声速高升力飞行风洞 风洞Re模拟能力直接影响试验数据的准确性。经过多年论证研究，NASA提出了高升力飞行风洞（HiLiFT）的概念。它是利用磁悬浮推进技术推动试验模型在含有静止气体介质（空气或氮气）的管道中运动，

低速风洞稳风速控制系统的设计

文章编号:10035850(2005)12005503 低速风洞稳风速控制系统的设计 Design of Control System of Holding Wind Velocity for Low Speeding Wind Tunnel 宋　伟 施洪昌 (江苏技术师范学院　常州　213001)(中国空气动力研究与发展中心　绵阳　261000) 【摘　要】在风洞模型试验过程中,洞内风速是否稳定将直接影响到实验结果的准确性,因此,稳风速控制系统是风洞测控系统中重要组成部分。以江苏技术师范学院信控研究所研制的低速风洞测控系统为例,简要介绍其稳风速控制过程。 【关键词】稳风速,测控系统,控制过程 中图分类号:T P 273　 文献标识码:A ABSTRACT Dur ing the ex per iment of w ind tunnel mo del,the steady o f w ill directly affect the accur acy o f ex perim ent result,so the contr ol sy stem o f ho lding w ind v elo city is the impor tant co mponent o f mea sur ement and co nt ro l system in w ind t unnel .T his pa-per w ill take an ex ample of measurement and contr ol sy st em fo r successive low speeding wind tunnel developed by info rmation co n-tr ol r esear ch institute o f Jiang su T eachers U niver sity ,br iefly intr oduce its co mponets and contr ol pr ocedur e o f co nt ro l sy stem o f holding w ind velocity ,a nd analyze kinds o f inter ference ex cited in sy st em ,and then adv ance so me effective measurement of inhibi-tio n interfer ence . KEYWORDS ho ld w ind v elo city ,measur ement and contr ol system ,co nt ro l pro cedur e 连续式低速风洞由一台风扇提供试验气流,其吹风速度一般低于60m /s ,为了实现对其洞内气流稳风速控制,要求风扇转速控制的调整比为1:10～1:20,能无级变速;稳速精度为0.1%～0.2%;额定转速在30m in 内漂移小于0.1%～0.2%。 1　系统硬件设计 稳风速控制系统包括风扇电机、直流调整装置、测速编码器、模拟量输出板等部分,如图1 所示。 工作过程是由计算机给定一个风速,通过模拟量输出板将模拟电压或电流信号输出到调速器,速压传 感器测得风速的压力,温度传感器测得洞内温度,根据公式: V F =K rp P d T K rp ——比例系数在风速标定时测得P d ——风速压力值T ——风洞绝对温度 通过计算V F 和给定风速比较,不断改变模拟量输 出板的输出值,以达到风速稳定。 1.1　转速控制装置 调整装置采用模拟量给定,脉冲编码器作为速度反馈元件。风洞实验时,稳风速系统中的软速压调节器比较风速压力给定值与速压传感器反馈值,输出转速给定值。本文案采用西门子调整装置来控制风扇转速。采用脉冲编码器作为反馈元件,提高反馈精度。通风机的转动惯量大,启动时间长,用软启动器启动可减少启动电流对控制供电回路的冲击和影响。为减少干扰,启动结束后软启动器旁路。抽吸机采用变频器调整速以控制抽气量,变频器由计算机系统给定,根据需要控制抽气机转速。1.2　速压传感器 低速风洞风速一般低于60m /s,速压值在0到3kPa, * 20050822收到,20051101改回 **　宋　伟,男,1976年生,助教,2000年毕业于江苏师范学院,研究方向:测控系统。 ?55?第18卷　第12期 电脑开发与应用 (总805)

简易风洞及控制系统

简易风洞及控制系统（专科组G题） 作者：王康、赵辉、张帅帅 赛前辅导教师：吉武庆 文稿整理辅导教师：吉武庆 摘要 本文介绍了简易风洞控制系统的设计方案。本设计以STC89C52R单片机为主控芯片，利用涡轮式轴流风机来为小球的运动提供动能。通过在风洞表面安装的8个光电式光线传感器来检测小球位置，而后通过PID 算法对轴流风机的抽风量进行进一步调校. 从而形成一个完整的闭环控制系统。 关键词：PID算法，PW调速，闭环控制 Abstract This paper introduces the design plan of a simple wind tunnel control system. The design STC89C52RCmicrocontroller as the main control chip, using turbine type axial flow fan to provide kinetic energy for the movement of the ball. To detect the location of the ball in a wind tunnel by surface mounted 8 photoelectric light sensor, and then through the exhaust volume PID algorithm flow fan on the shaft was further adjusted. So as to form a complete closed-loop control system. Keywords: PID algorithm, PWM speed control, closed loop control

简易风洞及控制系统

简易风洞及控制系统( 专科组 G题) 作者：王康、赵辉、张帅帅 赛前辅导教师：吉武庆 文稿整理辅导教师：吉武庆 摘要 本文介绍了简易风洞控制系统的设计方案。本设计以STC89C52RC单片机为 主控芯片 , 利用涡轮式轴流风机来为小球的运动提供动能。通过在风洞表面安装的 8 个光 电式光线传感器来检测小球位置，而后通过 PID 算法对轴流风机的抽风量进行进一步调校 . 从而形成一个完整的闭环控制系统。 关键词： PID 算法， PWM调速，闭环控制 Abstract This paper introduces the design plan of a simple wind tunnel control system. The design STC89C52RC microcontroller as the main control chip, using turbine type axial flow fan to provide kinetic energy for the movement of the ball. To detect the location of the ball in a wind tunnel by surface mounted 8 photoelectric light sensor, and then through the exhaust volume PID algorithm flow fan on the shaft was further adjusted. So as to form a complete closed-loop control system. Keywords: PID algorithm, PWM speed control, closed loop control