Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования

Национальный исследовательский университет

Московский авиационный институт

Кафедра «Испытания летательных аппаратов»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Автоматизация испытаний»

на тему: «Автоматизация газодинамического стенда»

Группа 2РКК-1ДМ-336

Выполнил: Гапич Е.К.

Виноградов В.В.

Проверил: Ртищев А.В.

      Москва, 2016 г.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ. 3

1. Конструктивно технологический анализ объекта испытаний. 4

1.1. Объект испытаний. 4

1.2. Описание технологического оборудования. 7

1.3 Измеряемые характеристики. 9

2. Аппаратная часть комплекса. 9

2.1. Подбор датчиков. 9

2.2. Выбор измерительных модулей. 11

2.3. Выбор крейта. 14

2.4. Выбор рабочей станции. 15

3. Программная часть. 16

3.1. Операционная система. 16

3.2 ПО для сбора данных LGraph2. 16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 21

Список использованных источников. 22

Приложение А……………………………………………………………………23

Приложение Б……………………………………………………………………24

ВВЕДЕНИЕ

Цель курсовой работы: автоматизировать измерение определяемых характеристик во время газодинамических испытаний.

Необходимо выполнить конструктивно технологический анализ объекта газодинамических испытаний, выбрать аппаратную часть измерительного канала и измерительно вычислительного комплекса, а также подобрать программное обеспечение.

1. Конструктивно технологический анализ объекта испытаний

1.1. Объект испытаний

Испытание образцов теплозащитного материала проводятся для исследования теплозащитных свойств материала, рекомендованного к применению для теплозащиты конструкции кожухов и хвостового отсека, изготавливаемые по инструкции нанесения теплозащитного материала на подложки.

Испытание является подтверждением работоспособности материала заводского изготовления при теплосиловом нагружении, близком к натурному нагружению и подтверждением достаточности теплозащиты для обеспечения допустимой температуры отсеков РН.

Таблица 1.1 – Характеристики образцов ТЗП

№ образца ТЗП	Наименование материала подложки	Толщина подложки, Мм	Толщина ТЗП, мм	Габариты, длина, мм	Габариты, ширина, мм
1	Металлическая	2,4	5	208	68
2			7	208	68
3	Стеклопластик	5	5	208	68

                   Задачей испытания является получение зависимостей от времени температуры подложки образцов, на поверхности и по глубине теплозащитного материала для последующей математической обработки и получения теплофизических характеристик теплозащитного материала.

 Результаты испытания считаются неудовлетворительными при достижении температуры на металлической подложки образца, превышающей 250ºС и превышающей 200 ºС на стеклопластиковой подложке в момент окончания подачи теплового потока на 340 с. А также отказом можно считать нарушение адгезии теплозащитного материала с подложкой образца ранее 340 с, или при температуре металлической подложки ниже 200 ºС и ниже 175 ºС на стеклопластиковой подложке.

Объектом испытаний являлись образцы теплозащитного материала   имитирующие конструкцию хвостового отсека и образцы теплозащитного материала, имитирующие конструкцию кожухов.

Рисунок 1 - Образец ТЗП.

Рисунок 2 - Размещение термопар в ТЗП

Теплозащитный материал нанесен на  подложки, выполненные из материала «Первый» толщиной 2,4 мм и из стеклопластика «Второй» толщиной 5 мм методом напыления с подслоем. Толщина материала ТЗП в образцах составляет 5 и 7 мм.

Для регистрации температуры теплозащитного материала и подложек образцы оснащены термопарами. В центре просечки с «холодной» стороны образца из сплава «Первый» зачеканена  ХА-термопара, сваренная в скрутку с диаметром электродов 0,2 мм.  В центре подложки из материала «Второй» ХА-термопара, сваренная встык, приклеена клеем.

В процессе изготовления каждого образца на поверхности (заподлицо с поверхностью) в центре образца в паз глубиной 0,2 мм длиной 28 мм установлены ХА-термопары. Таким же образом ХА-термопары установлены в образцах с толщиной ТЗП 5 мм на расстоянии 3,5 мм от подложек, а  в образцах с толщиной ТЗП  7 мм на расстоянии 3,5 мм и 5 мм от подложек. ХА-термопары располагаются в плане со смещением от центра образца в пределах 3…5 мм. Электроды термопар, установленных на поверхности ТЗП и внутри материала, выведены на «холодную» сторону образца через отверстия диаметром не более 1 мм (в металлической подложке термопары выведены в щель, образованную просечкой). Для изоляции термопар использованы фторопластовые трубки.

Тепловоспринимающая поверхность образцов (ТВП) покрыта  лакокрасочным покрытием (ЛКП).

1.2. Описание технологического оборудования

Газодинамический стенд СР-100 предназначен для теплофизических исследований, исследования теплозащиты, для решения задач внутренней газодинамики при различных значениях атмосферного давления и различном составе газовой среды. Схема стенда представлена на рисунке 3.

Стенд представляет собой барокамеру V = 6 м³ с откачным пунктом, содержащим высокопроизводительные вакуумные насосы РВН-75 Р=30 мм рт ст (39900 Па),V=1 м³/с и насосы типа НВЗ-500 Р=1х10^{-2 мм рт. ст. (1,33 Па),} V=0,5 м³/с, что позволяет производить экспериментальные исследования с расходным вакуумом Р=100 Па при G=0,5 кг/с. Воздух высокого давления подаётся от банной рампы V_p=2.4 м³,P_p=35 Мпа. Газовый поток (воздух) с расходом до 0,5 кг/с может быть при необходимости нагрет до температуры Т=600ºС с помощью воздушных электроподогревателей.

Схема газодинамического стенда представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема газодинамического стенда

1.3 Измеряемые характеристики

№	Параметр	Диапазон	Быстродействие	Примечание
1	Температура на тепловоспринимающей поверхности	15÷600 ˚С	5Гц
2	Температура  на подложке образцов ТЗП	15÷200 ˚С	5Гц
3	Температуру на глубине теплозащиты	15÷250 ˚С	5Гц
4	Температура воздуха в газодинамическом тракте	15÷500 ˚С	5Гц
5	Статическое давление на входе и на выходе из газодинамического тракта	0÷1 атм. (абсолютное давление)	3Гц
6	Полное давление на входе в газодинамический тракт стенда	0÷15 атм. (избыточное давление)	3Гц

2. Аппаратная часть комплекса

         2.1. Подбор датчиков

         Исходя из пункта «1.3. Измеряемые характеристики», необходимо измерить:

-       температуру тепловоспринимающей поверхности;

-       температуру на глубине теплозащиты;

-       температуру на подложке;

-       температуру воздуха в газодинамическом тракте;

-       статическое давление на входе и выходе из газодинамического тракта;

-       полное давление на входе в газодинамический тракт.

2.1.1. Температура тепловоспринимающей поверхности

Температура на поверхности теплозащиты может достигать отметки в 850˚С. Для измерения данного параметра необходимо использовать ХА - термопару. 

         2.1.2. Температура на глубине теплозащиты

         Температура на глубине теплозащиты может достигать отметки 500˚С. Для измерения данного параметра необходимо использовать ХА – термопару.

         2.1.3. Температура на подложке

         Температура на подложке может достигать отметки 200˚С. Для измерения данного параметра необходимо использовать ХА – термопару.

         2.1.4. Температура воздуха в газодинамическом тракте

         Температура воздуха в газодинамическом тракте может достигать 500˚С. Для измерения данного параметра необходимо использовать ХА – термопару.

         2.1.5. Статическое давление на входе и выходе газодинамического тракта

         Статическое давление на входе и выходе газодинамического тракта может достигать 1 атм. по абсолютной шкале. Для измерения статического давления на входе и выходе газодинамического тракта необходимо использовать датчики абсолютного давления на 1 атмосферу DMP 331i (ДД1;ДД2).

         2.1.6 Полное давление на входе в газодинамический тракт

         Полное давление на входе в газодинамический тракт может достигать 15 атм. по шкале избыточного давления. Для измерения полного давления на входе в газодинамический тракт необходимо использовать датчик избыточного давления на 15 атмосфер DMP 331i (ДД3).

Характеристики датчика DMP 331i [4]:

                               U_Вх= 12...36 B

Таблица 2.1.2 – Характеристики термопары ТХА-8-3. [5]

Диапазон измеряемых температур, оС	-40…600
Номинальная статическая характеристика	К(ХА)
Класс допуска	2
Напряжение	24В
Ток	4..20 мА

         2.2. Выбор измерительных модулей

         Для подключение датчиков применим измерительный модуль АЦП компании lcard LTR27 при этом подключив к нему субмодули H-27I-20 и H27U-20. Построение схем измерения на основе измерителей тока является наиболее помехоустойчивым техническим решением, рекомендуемым к применению для условий высокого уровня индустриальных помех. Основные характеристики модуля LTR27 и выбранных субмодулей представлены в таблице 2.2; 2.3; 2.4.

         Схема подключения датчиков к измерительному модулю представлена в приложении Б.

Таблица 2.2 - Характеристики модуля LTR27

АЦП
Число каналов	От 1 до 16 (конфигурируемое)
Число устанавливаемых субмодулей серии Н-27	От1-до8 (состав субмодулей может быть произвольным)
Частота сбора данных по каждому каналу	От 5 Гц до 100 Гц
Индивидуальная гальваноизоляция -входы каждого канала гальваноотвязаны от земли (корпуса) крейта LTR и от других каналов модулей  LTR
Изоляция между объединенными контактами каждого измерительного канала, с одной стороны, и измерительными контактами остальных измерительных каналов, с другой стороны	Испытательное напряжение переменного тока синусоидальной формы частотой 50 Гц и средним квадратическим значением 150В в течении 1 минуты

Таблица 2.3 - Характеристики Н-27I-20

Число каналов	2
Диапазон измерения тока	-20…+20 мА
Предел основной приведенной (к конечному значению диапазона измерения входного сигнала) погрешности	±0,05 %
Тип входа каждого канала	Изолированный 2-х проводный
Предельно допустимое значение входного сигнала (защита входов)	±30 мА
Входное сопротивление	100±1 Ом

Таблица 2.4 - Характеристика Н-27U-20

Число каналов	2
Диапазон измерения напряжения	0…+20 В
Предел основной приведенной (к конечному значению диапазона измерения входного сигнала) погрешности	±0,05 %
Тип входа каждого канала	Изолированный 2-х проводный
Предельно допустимое значение входного сигнала (защита входов)	±35 В
Входное сопротивление	Более 1,02±0,02 МОм во включенном состоянии не менее 900 кОм в выключенном состоянии

         Схема подключения термопар к измерительному модулю представлена в приложении А.

Рисунок 2.2 – Соответствие слотов субмодулей и групп контактов разъёма

         2.3. Выбор крейта

         Для подключения модуля LTR27 можно подобрать крейт компании lcard. Крейт LTR-EU-16 (как конструктивный блок) предназначен для установки модулей семейства LTR и обеспечения интерфейса между хост-компьютером и LTR-модулями. Технические характеристики крейта LTR-EU-16 представлены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Характеристики крейта LTR-EU-16

Количество посадочных мест модулей LTR	16
Конструкция крейта	Переносная, возможно установить в стойку
Габарит	486х136х406 мм
Напряжение питания	~ 220 В
Разъемы спереди  крейта:	37-контактная вилка DB-37M
Разъемы сзади крейта:
~ 220 В	АС-1
«USB»	DUSB-BRA42-T11
«Ethernet»	RJ-45
Разъем внешней синхронизации	MDN-9M(P)

2.4. Выбор рабочей станции

         В роли рабочей станции для сбора и обработки данных будет достаточно приобрести системный блок Lenovo ThinkCentre E93 SFF. Характеритики системного блока представлены в таблице 2.6.

Таблица 2.6 – Характеристики Lenovo ThinkCentre E93 SFF

Тип процессора	Intel Core i5
Частота процессора	3000 МГц
Объем оперативной памяти	4096мб
Размер жесткого диска	500гб
Видеоадаптер	Intel HD Graphics 4600
Порты ввода-вывода	USB 2.0 x 8, Ethernet RJ-45, VGA
Клавиатура, мышь	есть

2.5. Выбор преобразователя напряжения

Выбираем DRA05-24, чтобы подать напряжение Uвых=24В на клеммный блок. Характеристики преобразователя напряжения представлены в таблице 2.7

Таблица 2.7 – Характеристики DRA05-24

U вх, Вольт	U вых, Вольт	I вых, Ампер	Мощность, Вт	Габариты, мм	Вес, кг
90-265	24	0,21	5	115х90х22,5	0,100

3. Программная часть

         3.1. Операционная система

         Установим операционную систему Windows7 Professional-64 bit . Выбираем 64 битную версию т.к. объем оперативной памяти больше 3 гб. Минимальные требования для установки данной операционной системы представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Требования для установки ОС Windows7 – 64 bit

Архитектура	64-бит
Процессор	1 ГГц x86-64
Оперативная память (RAM)	2 Гб
Видеокарта	Видеоадаптер с поддержкой DirectX 9 и WDDM версии 1.0 и старше. (не является абсолютной необходимостью — требуется только для Aero)
Свободное место на жёстком диске	20 Гб свободного места
Оптический привод	DVD-ROM привод (Только для установки с DVD)

         3.2 ПО для сбора данных LGraph2

Назначение программы – сбор, визуализация (просмотр в реальном времени и в записи), регистрация (сохранение в цифровом виде) и экспорт аналоговых сигналов, поданных на входы различных устройств сбора данных производства ООО «Л Кард». Одновременно может быть задействовано несколько устройств, подключенных как непосредственно к компьютеру, так и через сеть по протоколу TCP/IP.

                Основные возможности программы LGraph2:

-       Программа LGraph2 может производить сбор данных одновременно от 100 различных устройств производства ООО «Л Кард». Для каждого устройства АЦП может обеспечиваться ввод данных до 16 каналов в режиме дифференциального подключения или до 32 каналов при подключении «с общей землей» в зависимости от характеристик устройства.

-       При использовании программ Ltrserver, установленных на удаленных компьютерах, к каждому из которых подключены LTR-крейты, программа LGraph2 дает уникальную возможность, находясь в одном месте (в лаборатории, дома), собирать данные с LTR-крейтов, расположенных, по сути дела, в любых точках планеты, где возможно подключение к сети Интернет!

-       Возможен режим просмотра входных сигналов; в процессе просмотра в любой момент можно включить запись – программа приступит к сохранению поступающих данных с ранее установленными параметрами сбора, не прерывая демонстрации графиков. В зависимости от выделенного для просмотра объема оперативной памяти данные, накопленные в режиме просмотра, могут быть после остановки сбора данных полностью или частично сохранены. В последнем случае может быть сохранен объем данных, установленный в Настройках окон.

-       Опрос требуемых каналов может быть запущен вручную (кнопки Просмотр или Запись основного окна) или синхронизирован с приходом сигнала на цифровые линии АЦП; кроме того возможна аналоговая синхронизация запуска с одним из заданных событий на входе выбранного канала – Синхронизация запуска. Запись данных может вестись и в серию файлов, начало записи каждого из которых конфигурируется пользователем (Запись по расписанию, Синхростарт записей) – Запись серий. При осуществлении непрерывной регистрации в течение длительного времени для защиты собранных данных от сбоя системы можно воспользоваться периодической записью – Запись серий.

-       После запуска записи данных процесс можно в любой момент приостановить кнопкой Пауза (отображение данных на экране при этом продолжается). Повторное нажатие кнопки Пауза возобновляет запись данных в новый сегмент файла. Максимальное количество сегментов в файле – до 10000. Группу последовательных сегментов в файле можно объединять в один сегмент. Также возможно удалить из файла любое количество отдельных сегментов

-       При записи в файл и при его последующей обработке можно вручную вносить метки с комментариями, корректируя их положение. Всего файл может содержать до 10000 меток и сегментов

-       Программа поддерживает синхронизацию записи данных на разных компьютерах с помощью подключенного к компьютеру GPS-модуля.

-       Для запуска программы при старте (или перезагрузке!) системы предусмотрена возможность запуска программы с требуемым набором параметров из командной строки.

-       Графики вводимых сигналов отображаются в произвольной комбинации в любом окне (окнах) программы – число окон устанавливается пользователем от 1 до 8.

-       При использовании устройств, обеспечивающих высокую частоту опроса входных каналов, запись на диск может приводить к пропускам данных – в этом случае целесообразно (а для Е20-10 во многих случаях просто необходимо) использовать запись данных не на диск, а в ОЗУ (см. Особенности ввода в ОЗУ) – при этом объем свободной оперативной памяти Вашего компьютера становится ключевым фактором .

-       Программа позволяет тарировать шкалу Y и отображаемые данные независимо для любого используемого канала с учетом измеряемой физической величины – см. меню <ПАРАМЕТРЫ АЦП><Настройка оборудования><Что такое калибровка>.

-       Возможен поиск события в потоке записанных данных по одному из нескольких критериев – меню <УТИЛИТЫ><Поиск>.

-       Возможно автоматическое формирование имен файлов при последовательных записях, причем структуру имени файлов можно легко конфигурировать в <ФАЙЛ><Настройки имени файла>, вводя в нее порядковый номер (автоинкрементирование) либо дату и/или время записи. При записи серий могут автоматически создаваться отдельные директории для каждой серии.

-       Программа позволяет просматривать графики в любом из окон в увеличенном виде (режим «Лупа»), анализировать спектр любого из каналов ранее сделанной записи (режим «Спектр») или строить амплитудные гистограммы ранее записанных сигналов (режим «Гистограмма») – см. меню <Вид>.

-       Процедура редактирования данных позволяет выделить блок и удалить его из файла, либо сохранить выделенный блок в отдельный файл – см. меню <БЛОК>.

-       К программе можно подключать плагины, выполняющие специфические пользовательские функции регистрации или обработки данных. Правила создания плагинов достаточно просты для того, чтобы пользователь, обладающий базовыми знаниями по программированию, мог бы разрабатывать их самостоятельно, опираясь на предлагаемые готовые образцы.

-       Процедура экспорта обеспечивает возможность сохранения всего файла данных или его части в текстовый файл с выбором экспортируемых каналов. При экспорте возможна децимация данных, т.е. вывод в текстовый файл не всех точек подряд. Меню <ФАЙЛ> <Экспорт>. Также возможен вывод данных в двоичный файл с учетом всех калибровочных коэффициентов. При экспорте или записи файлов возможно автоматическое создание скриптов для импорта файлов данных в MATLAB.

-       Возможен экспорт графиков в выбранном окне или всех включенных окон в графическом формате – см. меню <ФАЙЛ> <Экспорт в bmp>.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

         В данной работе был рассмотрен конструктивно технологический анализ объекта испытаний, который включает в себя описание объекта испытаний, характеристики, определяемые во время испытаний и описание технологического оборудования. Также рассмотрели аппаратную часть комплекса (измерительный канал и рабочая станция) и программное обеспечение необходимое для измерения и обработки данных.

Список использованных источников

1.    www.lcard.ru/download/ltr.pdf

2.    ГОСТ 6651-2009. Термопреобразователи сопротивление из платины, меди и никеля

3.    www.ru.wikipedia.org

4.    http://www.bdsensors.ru/pdf/doc/dmp331i.pdf

5.    http://zetlab.com/shop/datchiki/datchiki-temperaturyi/preobrazovateli-termoelektricheskie-tipa-tha-thk/tkha-8-tkhk-8/