CN108255216A - 一种风洞螺旋桨滑流气源***控制方法 - Google Patents

一种风洞螺旋桨滑流气源***控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108255216A
CN108255216A CN201711345793.0A CN201711345793A CN108255216A CN 108255216 A CN108255216 A CN 108255216A CN 201711345793 A CN201711345793 A CN 201711345793A CN 108255216 A CN108255216 A CN 108255216A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
control valve
pneumatic control
depressurized device
big
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
CN201711345793.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108255216B (zh
Inventor
史金春
王红照
李雪峰
孟立超
刘立国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVIC ENGINEERING INTEGRATED DEVICE Co Ltd
China Aviation Planning and Design Institute Group Co Ltd
Original Assignee
AVIC ENGINEERING INTEGRATED DEVICE Co Ltd
China Aviation Planning and Design Institute Group Co Ltd
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 AVIC ENGINEERING INTEGRATED DEVICE Co Ltd, China Aviation Planning and Design Institute Group Co Ltd filed Critical AVIC ENGINEERING INTEGRATED DEVICE Co Ltd
Priority to CN201711345793.0A priority Critical patent/CN108255216B/zh
Publication of CN108255216A publication Critical patent/CN108255216A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108255216B publication Critical patent/CN108255216B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D27/00—Simultaneous control of variables covered by two or more of main groups G05D1/00 - G05D25/00
    • G05D27/02—Simultaneous control of variables covered by two or more of main groups G05D1/00 - G05D25/00 characterised by the use of electric means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
  • Control Of Fluid Pressure (AREA)

Abstract

本发明是一种风洞螺旋桨滑流气源***控制方法，所述控制方法所采用的控制装置包括一个储气罐(1)，储气罐(1)以下依次连接气动截止阀(2)、一级减压装置(3)、初级电加热装置(4)、次极电加热装置(5)、二级减压装置(6)，经二级减压装置(6)减压后的气体吹动螺旋桨(7)转动，其中，一级减压装置(3)和二级减压装置(6)均由大气动调节阀(8)和小气动调节阀(9)并联构成，在二级减压装置(6)的前、后分别设置压力传感器，本发明技术方案使用二次减压装置、分级热交换装置，通过前馈‑反馈控制，解决了手动控制无法及时准确提供有效的压力、流量的问题。

Description

一种风洞螺旋桨滑流气源***控制方法
技术领域
本发明是一种风洞螺旋桨滑流气源***控制方法，属于自动化控制技术领域。
背景技术
对于风洞滑流气源控制***而言，国内尚无成熟应用。对于传统的风洞滑流气源控制***来说，控制方式通过自力式减压装置手动实现气体和流量的稳定控制，此方式仅可在小压力低流量情况下进行，无法满足高压力、大流量的现实需要。传统的风洞滑流气源***通过人工手动方式操作，对压缩气体及加热设备的能源消耗情况无法监视和控制，产生了极大的能源浪费。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术存在的不足而设计提供了一种风洞螺旋桨滑流气源***控制方法，其目的是在螺旋桨大流量、小流量实验模式下，保证实验持续时间约5min。因为气罐每次充气时间却耗费7～8小时。因此快速的使压力、流量达到稳定，对实验数据的积累和人力、财力节省有重要意义。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种风洞螺旋桨滑流气源***控制方法，其特征在于：所述控制方法所采用的控制装置包括一个储气罐(1)，储气罐(1)以下依次连接气动截止阀(2)、一级减压装置(3)、初级电加热装置(4)、次极电加热装置(5)、二级减压装置(6)，经二级减压装置(6)减压后的气体吹动螺旋桨(7)转动，其中，一级减压装置(3)和二级减压装置(6)均由大气动调节阀(8)和小气动调节阀(9)并联构成，在二级减压装置(6)的前、后分别设置压力传感器，所述控制方法的具体步骤如下：
步骤一、试验前的一级减压装置(3)的压力调节
将给定的进入二级减压装置(6)之前的气体压力值作为保压压力设定值，打开气动截止阀(2)和一级减压装置(3)的小气动调节阀(9)，将保压压力设定值与测量得到的二级减压装置(6)前的压力数值进行比较，调节小气动调节阀(9)，使两个数值一致；
步骤二、试验前的二级减压装置(6)的压力调节
将二级减压装置(6)输出的流量分为大流量和小流量两种，所述大流量是指气体质量流量Qm为5～20kg/s，小流量是指气体质量流量Qm小于5kg/s，以下分别介绍这两种流量的控制模式：
所述大流量控制模式为：打开一级减压装置(3)的大气动调节阀(8)，将给定的一级稳压压力设定值与测量得到的二级减压装置(6)前的压力数值进行比较，调节一级减压装置(3)的大气动调节阀(8)和小气动调节阀(9)，使两个数值一致；
打开二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)和小气动调节阀(9)，将给定的二级稳压压力设定值与测量得到的二级减压装置(6)后的压力数值进行比较，调节二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)、小气动调节阀(9)，使两个数值一致，其中，二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)采用前馈—反馈PID控制，所述前馈—反馈PID控制是指前馈和反馈共同作用二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)的调节，前馈的作用是快速预置二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)的阀门开度，反馈的作用是动态微调二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)的阀门开度，前馈是根据给定的二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)前、后压差△P和二级减压装置(6)后输出的试验用高压空气的气体质量流量Qm计算得出，计算过程如下：
首先，计算高压空气的气体密度ρ，计算公式为：
式中：ρ—高压空气的气体密度，kg/m3；
P—二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)前气体压力，Pa；
T—二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)前气体温度，K；
R—气体常数，287J/(kg*K)；
其次，根据二级减压装置(6)后输出的试验用气体质量流量Qm计算高压空气体积流量Qv，计算公式为：
式中：Qv—气体体积流量，m3/h；
Qm—气体质量流量，kg/s；
ρ—高压空气气体密度，kg/m3；
最后，根据公式(1)、(2)及给定的二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)前、后压差△P计算二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)阀门开度Cv，计算公式如下：
式中：k—流量系数，取值1.12
Qv—气体体积流量，m3/h；
ρ—高压空气气体密度，kg/m3；
ρ0—水的密度，1000kg/m3；
△P—阀门前后压差，Mpa；
△P0—0.1Mpa；
该***经过反复调试得到Cv值系数k为1.12；
所述小流量控制模式为：打开二级减压装置(6)的小气动调节阀(9)，将给定的二级稳压压力设定值与测量得到的二级减压装置(6)后的压力数值进行比较，调节二级减压装置(6)的小气动调节阀(9)，使两个数值一致。
本发明技术方案的特点是使用二次减压装置、分级热交换装置，通过前馈-反馈控制，解决了手动控制无法及时准确提供有效的压力、流量的问题。
附图说明
图1为采用本发明所述方法进行控制的风洞螺旋桨滑流气源***的原理结构示意图
图2为实现本发明所述方法的控制***的组成及结构示意图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
参见附图1所示，采用本发明所述方法进行控制的风洞螺旋桨滑流气源***包括一个储气罐(1)，储气罐(1)以下依次连接气动截止阀(2)、一级减压装置(3)、初级电加热装置(4)、次极电加热装置(5)、二级减压装置(6)，经二级减压装置(6)减压后的气体吹动螺旋桨(7)转动，其中，一级减压装置(3)和二级减压装置(6)均由大气动调节阀(8)和小气动调节阀(9)并联构成，在二级减压装置(6)的前、后分别设置压力传感器，所述控制方法的具体步骤如下：
步骤一、试验前的一级减压装置(3)的压力调节
将给定的进入二级减压装置(6)之前的气体压力值作为保压压力设定值，打开气动截止阀(2)和一级减压装置(3)的小气动调节阀(9)，将保压压力设定值与测量得到的二级减压装置(6)前的压力数值进行比较，调节小气动调节阀(9)，使两个数值一致；
步骤二、试验前的二级减压装置(6)的压力调节
将二级减压装置(6)输出的流量分为大流量和小流量两种，所述大流量是指气体质量流量Qm为5～20kg/s，小流量是指气体质量流量Qm小于5kg/s，以下分别介绍这两种流量的控制模式：
所述大流量控制模式为：打开一级减压装置(3)的大气动调节阀(8)，将给定的一级稳压压力设定值与测量得到的二级减压装置(6)前的压力数值进行比较，调节一级减压装置(3)的大气动调节阀(8)和小气动调节阀(9)，使两个数值一致；
打开二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)和小气动调节阀(9)，将给定的二级稳压压力设定值与测量得到的二级减压装置(6)后的压力数值进行比较，调节二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)、小气动调节阀(9)，使两个数值一致，其中，二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)采用前馈—反馈PID控制，所述前馈—反馈PID控制是指前馈和反馈共同作用二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)的调节，前馈的作用是快速预置二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)的阀门开度，反馈的作用是动态微调二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)的阀门开度，前馈是根据给定的二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)前、后压差△P和二级减压装置(6)后输出的试验用高压空气的气体质量流量Qm计算得出，计算过程如下：
首先，计算高压空气的气体密度ρ，计算公式为：
式中：ρ—高压空气的气体密度，kg/m3；
P—二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)前气体压力，Pa；
T—二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)前气体温度，K；
R—气体常数，287J/(kg*K)；
其次，根据二级减压装置(6)后输出的试验用气体质量流量Qm计算高压空气体积流量Qv，计算公式为：
式中：Qv—气体体积流量，m3/h；
Qm—气体质量流量，kg/s；
ρ—高压空气气体密度，kg/m3；
最后，根据公式(1)、(2)及给定的二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)前、后压差△P计算二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)阀门开度Cv，计算公式如下：
式中：k—流量系数，取值1.12
Qv—气体体积流量，m3/h；
ρ—高压空气气体密度，kg/m3；
ρ0—水的密度，1000kg/m3；
△P—阀门前后压差，Mpa；
△P0—0.1Mpa；
该***经过反复调试得到Cv值系数k为1.12。
所述小流量控制模式为：打开二级减压装置(6)的小气动调节阀(9)，将给定的二级稳压压力设定值与测量得到的二级减压装置(6)后的压力数值进行比较，调节二级减压装置(6)的小气动调节阀(9)，使两个数值一致。
参见附图2所示，实现上述方法的控制***包括的上位机为2台西门子工控机，二者冗余设置，采用两台西门子S7-3152PN/DP PLC作为核心控制器，PLC通过交换机与西门子上位机通讯，接收上位机命令并将末端设备状态反馈上位机。PLC通过数字量I/O模块控制气动截止阀开闭，通过模拟量模块控制气动调节阀调节和采集现场传感器数据。
人机交互界面通过西门子WINCC软件编程实现，主要用于监控各类阀门状态、传感器数值，手自动控制阀门开闭及开度，实现滑流气源压力控制，同时具有故障报警、数据记录等功能。末端设备包括气动截止阀、气动调节阀、电加热器、温度传感器、压力传感器、质量流量传感器等设备，所有设备通过硬线接入下位机PLC控制器。
与现有技术相比，本发明方法通实现了对螺旋桨滑流气源的气体的稳定控制，充分满足了操作员的试验要求。适用于航空、航天、船舶试验设备相关领域，在风洞螺旋桨滑流气源工艺过程控制方面，填补了国内空白，具有极为广阔的推广价值。

Claims (1)

1.一种风洞螺旋桨滑流气源***控制方法，其特征在于：所述控制方法所采用的控制装置包括一个储气罐(1)，储气罐(1)以下依次连接气动截止阀(2)、一级减压装置(3)、初级电加热装置(4)、次极电加热装置(5)、二级减压装置(6)，经二级减压装置(6)减压后的气体吹动螺旋桨(7)转动，其中，一级减压装置(3)和二级减压装置(6)均由大气动调节阀(8)和小气动调节阀(9)并联构成，在二级减压装置(6)的前、后分别设置压力传感器，所述控制方法的具体步骤如下：
步骤一、试验前的一级减压装置(3)的压力调节
将给定的进入二级减压装置(6)之前的气体压力值作为保压压力设定值，打开气动截止阀(2)和一级减压装置(3)的小气动调节阀(9)，将保压压力设定值与测量得到的二级减压装置(6)前的压力数值进行比较，调节小气动调节阀(9)，使两个数值一致；
步骤二、试验前的二级减压装置(6)的压力调节
将二级减压装置(6)输出的流量分为大流量和小流量两种，所述大流量是指气体质量流量Qm为5～20kg/s，小流量是指气体质量流量Qm小于5kg/s，以下分别介绍这两种流量的控制模式：
所述大流量控制模式为：打开一级减压装置(3)的大气动调节阀(8)，将给定的一级稳压压力设定值与测量得到的二级减压装置(6)前的压力数值进行比较，调节一级减压装置(3)的大气动调节阀(8)和小气动调节阀(9)，使两个数值一致；
打开二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)和小气动调节阀(9)，将给定的二级稳压压力设定值与测量得到的二级减压装置(6)后的压力数值进行比较，调节二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)、小气动调节阀(9)，使两个数值一致，其中，二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)采用前馈—反馈PID控制，所述前馈—反馈PID控制是指前馈和反馈共同作用二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)的调节，前馈的作用是快速预置二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)的阀门开度，反馈的作用是动态微调二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)的阀门开度，前馈是根据给定的二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)前、后压差△P和二级减压装置(6)后输出的试验用高压空气的气体质量流量Qm计算得出，计算过程如下：
首先，计算高压空气的气体密度ρ，计算公式为：
式中：ρ—高压空气的气体密度，kg/m3；
P—二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)前气体压力，Pa；
T—二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)前气体温度，K；
R—气体常数，287J/(kg*K)；
其次，根据二级减压装置(6)后输出的试验用气体质量流量Qm计算高压空气体积流量Qv，计算公式为：
式中：Qv—气体体积流量，m3/h；
Qm—气体质量流量，kg/s；
ρ—高压空气气体密度，kg/m3；
最后，根据公式(1)、(2)及给定的二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)前、后压差△P计算二级减压装置(6)的大气动调节阀(8)阀门开度Cv，计算公式如下：
式中：k—流量系数，取值1.12
Qv—气体体积流量，m3/h；
ρ—高压空气气体密度，kg/m3；
ρ0—水的密度，1000kg/m3；
△P—阀门前后压差，Mpa；
△P0—0.1Mpa；
该***经过反复调试得到Cv值系数k为1.12；
所述小流量控制模式为：打开二级减压装置(6)的小气动调节阀(9)，将给定的二级稳压压力设定值与测量得到的二级减压装置(6)后的压力数值进行比较，调节二级减压装置(6)的小气动调节阀(9)，使两个数值一致。
CN201711345793.0A 2017-12-14 2017-12-14 一种风洞螺旋桨滑流气源***控制方法 Active CN108255216B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711345793.0A CN108255216B (zh) 2017-12-14 2017-12-14 一种风洞螺旋桨滑流气源***控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711345793.0A CN108255216B (zh) 2017-12-14 2017-12-14 一种风洞螺旋桨滑流气源***控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108255216A true CN108255216A (zh) 2018-07-06
CN108255216B CN108255216B (zh) 2020-04-07

Family

ID=62723106

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711345793.0A Active CN108255216B (zh) 2017-12-14 2017-12-14 一种风洞螺旋桨滑流气源***控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108255216B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112261150A (zh) * 2020-11-03 2021-01-22 中材锂膜有限公司 一种减温减压站控制***
CN114281133A (zh) * 2021-12-30 2022-04-05 中国汽车工程研究院股份有限公司 一种用于汽车环境风洞快速变温的控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1489477A1 (en) * 2002-03-25 2004-12-22 Stec Inc. Mass flow controller
CN102478451A (zh) * 2010-11-30 2012-05-30 中国航空工业第一集团公司沈阳空气动力研究所 一种高速风洞进气道主动流动控制实验装置
CN103365306A (zh) * 2013-06-28 2013-10-23 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 一种高速风洞特种试验用压缩空气流量调节装置及方法
CN204405287U (zh) * 2015-01-28 2015-06-17 天津大学 一种经济高效的开口直流式冰风洞
CN106227281A (zh) * 2016-09-16 2016-12-14 天津大学 一种温度压力可调的气源***
CN106768812A (zh) * 2016-11-22 2017-05-31 朱兰英 基于风洞的气流参数调节方法和装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1489477A1 (en) * 2002-03-25 2004-12-22 Stec Inc. Mass flow controller
CN102478451A (zh) * 2010-11-30 2012-05-30 中国航空工业第一集团公司沈阳空气动力研究所 一种高速风洞进气道主动流动控制实验装置
CN103365306A (zh) * 2013-06-28 2013-10-23 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 一种高速风洞特种试验用压缩空气流量调节装置及方法
CN204405287U (zh) * 2015-01-28 2015-06-17 天津大学 一种经济高效的开口直流式冰风洞
CN106227281A (zh) * 2016-09-16 2016-12-14 天津大学 一种温度压力可调的气源***
CN106768812A (zh) * 2016-11-22 2017-05-31 朱兰英 基于风洞的气流参数调节方法和装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘浩: "高精度气体压力源研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112261150A (zh) * 2020-11-03 2021-01-22 中材锂膜有限公司 一种减温减压站控制***
CN114281133A (zh) * 2021-12-30 2022-04-05 中国汽车工程研究院股份有限公司 一种用于汽车环境风洞快速变温的控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108255216B (zh) 2020-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108255216A (zh) 一种风洞螺旋桨滑流气源***控制方法
CN104089270A (zh) 一种发电机组锅炉负荷控制优化调整试验方法
CN204943038U (zh) 一种氢气管网的压力调节***
CN104317281A (zh) 工业循环水集散控制节能节水装置及其控制方法
CN104169198A (zh) 粉体供给装置及粉体供给方法
CN105136460A (zh) 一种模拟发动机引气瞬变影响的气源***试验装置
CN102418918B (zh) 一种解决空冷机组背压变化对agc调节品质影响的方法
CN105114810A (zh) 一种氢气管网的压力调节***及使用方法
CN115031918A (zh) 一种用于可变流场调压***及工艺
CN102554478A (zh) 一种高速激光器功率控制装置及方法
CN203144438U (zh) 一种热风炉充压控制装置
CN103605295B (zh) 基于速率与温度要求的卫星大容积自动充放气控制方法
CN111853753A (zh) 一种基于soec的蒸汽发生***及其控制方法
CN208331787U (zh) 连续供气超压压力保护装置
CN207473428U (zh) 一种基于plc氮气自动控制***
CN201669097U (zh) 智能化学反应釜
CN102758095B (zh) 海绵钛反应器冷却时充添氩气的方法
CN105759601B (zh) 基于pid算法及队列模型的顺序控制与调节方法
CN203299626U (zh) 智能组合式加氢气自动配比装置
CN110480160B (zh) 一种基于压力和流量控制膜式氮气发生器供气方法及***
CN203976835U (zh) 一种多座高炉的多台鼓风机组互相拨风的装置
CN204803005U (zh) 一种用于工业双氧水生产过程中在线检测与连续加酸装置
CN209146733U (zh) 一种蒸汽输送***
CN104064789A (zh) 燃料电池供给循环***结构
CN202694173U (zh) 一种带有温度pid模糊控制***的水泥分解炉

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant