VYSOKÉ UČENI TECNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Letecký ústav Ing. Jan Kraus PŘÍLOHA 1 Měření stlačitelnosti kapaliny Příloha disertační práce Konstrukční optimalizace elektro hydrostatického válce pro letadla v kategorii všeobecného letectví Obor: Konstrukční a procesní inženýrství Školitel: doc. Ing. Karel Třetina, CSc. 1
1 Obsah 1 Obsah...2 2 Seznam tabulek...3 3 Seznam obrázků...3 4 Zadání...4 5 Postup měření...4 5.1 Schéma měření...4 5.2 Použité přístroje...4 5.3 Nejistota měření...5 6 Přehled použitých veličin...5 7 Naměřené hodnoty...5 7.1 Naměřené hodnoty teplota 20 ºC...5 7.1.1 Naměřené hodnoty...5 7.1.2 Graf naměřených hodnot...6 7.1.3 Zpracování údajů metodou nejmenších čtverců...6 7.1.4 Graf extrapolovaných hodnot...7 7.2 Naměřené hodnoty teplota -20 ºC...7 7.2.1 Naměřené hodnoty...7 7.2.2 Graf naměřených hodnot...8 7.2.3 Zpracování údajů metodou nejmenších čtverců...8 7.2.4 Graf extrapolovaných hodnot...9 7.3 Naměřené hodnoty teplota -40 ºC...10 7.3.1 Naměřené hodnoty...10 7.3.2 Graf naměřených hodnot...10 7.3.3 Zpracování údajů metodou nejmenších čtverců...11 7.3.4 Extrapolované hodnoty...11 7.3.5 Graf extrapolovaných hodnot...12 7.4 Naměřené hodnoty teplota 50 ºC...12 7.4.1 Naměřené hodnoty...12 7.4.2 Graf naměřených hodnot...13 7.4.3 Zpracování údajů metodou nejmenších čtverců...14 7.4.4 Graf zpracovaných hodnot...14 2
2 Seznam tabulek tab. 1Přehled použitých přístrojů...4 tab. 2Přehled nejistot měření...5 tab. 3Přehled použitých veličin...5 tab. 4Naměřené hodnoty při 20 C...6 tab. 5Extrapolované hodnoty při 20 C...7 tab. 6Naměřené hodnoty při -20 C...8 tab. 7Extrapolované hodnoty při -20 C...9 tab. 8Naměřené hodnoty při -40 C...10 tab. 9Extrapolované hodnoty při -40 C...12 tab. 10Naměřené hodnoty při 50 C...13 tab. 11Extrapolované hodnoty při 50 C...14 3 Seznam obrázků obr. 1Schéma měření...4 obr. 2Graf naměřených hodnot při 20 C...6 obr. 3Graf extrapolovaných hodnot při 20 C...7 obr. 4Graf naměřených hodnot při -20 C...8 obr. 5Graf extrapolovaných hodnot při -20 C...9 obr. 6Graf naměřených hodnot při -40 C...11 obr. 7Graf extrapolovaných hodnot při -40 C...12 obr. 8Graf naměřených hodnot při 50 C...13 obr. 9Graf extrapolovaných hodnot při 50 C...14 3
4 Zadání Změřte a vyhodnoťte stlačitelnost kapaliny Aeroshell Fluid 41 při teplotách -40 ºC, -20 ºC, 20 ºC a 50 ºC. 5 Postup měření Na hydraulický stand se napojí hydraulický válec a provede se cyklování válce tak, aby se válec odvzdušnil a hydraulická kapalina měla obvyklý obsah absorbovaného plynu. Změřte polohu pístu hloubkoměrem. Temperujte válec a poté natlakujte stlačte kapalinu v prostoru 2 pomocí přivedeného tlaku do prostoru 1 válce. Číselníkovým úchylkoměrem měřte posun pístnice při jednotlivých tlacích. 5.1 Schéma měření Schéma měření je uvedeno na obr [1]: obr. 1 Schéma měření 5.2 Použité přístroje Číslo Přístroj Výrobce v.č. ev.č. 1 Hloubkoměr Somet 812399 5521 2 Elektronický manometr Hydrotechnik 87343 6091 3 Snímač tlaku 630 bar Hydrotechnik 85L327 6070 4 Snímač tlaku 630 bar Hydrotechnik 85L520 6069 5 Číselníkový úchylkoměr Somet 505 7001 6 Hydraulický válec ORTAS Jihlavan 7 Hydraulická kapalina Aeroshell fluid 41 Shell 8 Tlakový zdroj stand Jihlavan 2,7 tab. 1 Přehled použitých přístrojů 4
5.3 Nejistota měření Veličina Celková délka L Měření stlačení pístnice L-Lp Tlak p Nejistota měření 0,1 mm 0,01 mm 0,25% tj. 1,575 bar tab. 2 Přehled nejistot měření 6 Přehled použitých veličin Značka Rozměr Popis L [mm] délka sloupce kapaliny ve válci při nulovém tlaku Lp [mm] délka sloupce kapaliny při nenulovém tlaku p [bar] tlak v prostoru 2 válce tab. 3 Přehled použitých veličin 7 Naměřené hodnoty 7.1 Naměřené hodnoty teplota 20 ºC 7.1.1 Naměřené hodnoty Hloubkoměrem byla naměřena hodnota 344,2 mm a 5 mm se přidává na další objem kapaliny v potrubích a na objem kapaliny u dorazu pístu. Délka L = 349,2. Tlak p [bar] Změna délky L-Lp [mm] Délka Lp [mm] 7 0,05 349,15 21 0,66 348,54 41 1,49 347,71 61 2,24 346,96 85 3,14 346,06 104 3,79 345,41 130 4,68 344,52 159 5,68 343,52 126 4,71 344,49 105 4,01 345,19 84 3,33 345,87 56 2,37 346,83 31 1,42 347,78 5
15 0,76 348,44 7 0,36 348,84 tab. 4 Naměřené hodnoty při 20 C 7.1.2 Graf naměřených hodnot obr. 2 Graf naměřených hodnot při 20 C 7.1.3 Zpracování údajů metodou nejmenších čtverců Byl nalezen vztah: Lp=0,0000378 p 2 0,0418 p+349,233 Tlak p [bar] Délka L [mm] Poměr Lp/L [1] 0 349,233 1 20 348,412 0,9976 40 347,621 0,9953 60 346,861 0,9932 80 346,131 0,9911 100 345,431 0,9891 120 344,761 0,9871 140 344,122 0,9853 160 343,512 0,9836 180 342,933 0,9819 6
200 342,384 0,9803 220 341,866 0,9789 240 341,378 0,9775 260 340,919 0,9762 280 340,492 0,9749 tab. 5 Extrapolované hodnoty při 20 C 7.1.4 Graf extrapolovaných hodnot obr. 3 Graf extrapolovaných hodnot při 20 C 7.2 Naměřené hodnoty teplota -20 ºC Hodnota L = 349,0. 7.2.1 Naměřené hodnoty Tlak p [bar] Změna délky L-Lp [mm] Délka Lp [mm] 4 0,32 348,68 18 1,12 347,88 32 1,70 347,3 50 2,30 346,7 7
67 2,80 346,2 82 3,20 345,8 99 3,66 345,34 115 4,11 344,89 134 4,75 344,25 138 4,99 344,01 125 4,58 344,42 105 4,10 344,9 82 3,48 345,52 62 2,89 346,11 46 2,39 346,61 13 1,16 347,84 6 0,80 348,2 tab. 6 Naměřené hodnoty při -20 C 7.2.2 Graf naměřených hodnot obr. 4 Graf naměřených hodnot při -20 C 7.2.3 Zpracování údajů metodou nejmenších čtverců Byl nalezen vztah: L=0,00006432 p 2 0,0407 p+348,542 kde L je délka sloupce kapaliny a p je tlak. 8
Tlak [bar] Délka L [mm] Poměr dl/l [1] 0 348,54 1,0000 20 347,75 0,9977 40 347,02 0,9956 60 346,33 0,9937 80 345,70 0,9918 100 345,12 0,9902 120 344,58 0,9886 140 344,11 0,9873 160 343,68 0,9860 180 343,30 0,9850 200 342,98 0,9840 220 342,70 0,9832 240 342,48 0,9826 260 342,31 0,9821 280 342,19 0,9818 tab. 7 Extrapolované hodnoty při -20 C 7.2.4 Graf extrapolovaných hodnot obr. 5 Graf extrapolovaných hodnot při -20 C 9
7.3 Naměřené hodnoty teplota -40 ºC Hodnota L = 349,0. 7.3.1 Naměřené hodnoty Tlak p [bar] Změna délky L-Lp [mm] Délka Lp [mm] 6 0 348 20 65 347,35 35 117 346,83 51 158 346,42 67 200 346 79 232 345,68 94 268 345,32 110 311 344,89 127 354 344,46 143 396 344,04 158 437 343,63 134 392 344,08 115 353 344,47 98 311 344,89 78 258 345,42 55 196 346,04 29 119 346,81 12 50 347,5 8 30 347,7 tab. 8 Naměřené hodnoty při -40 C 7.3.2 Graf naměřených hodnot 10
obr. 6 Graf naměřených hodnot při -40 C 7.3.3 Zpracování údajů metodou nejmenších čtverců Byl nalezen vztah: L=0,0000378 p 2 0,0418 p+349,233 kde L je délka sloupce kapaliny a p je tlak. 7.3.4 Extrapolované hodnoty Tlak [bar] Délka L [mm] Poměr dl/l [1] 0 348,00 1,0000 20 347,32 0,9980 40 346,68 0,9962 60 346,07 0,9945 80 345,51 0,9929 100 344,99 0,9914 120 344,50 0,9900 140 344,05 0,9887 160 343,64 0,9875 180 343,27 0,9864 200 342,94 0,9855 11
220 342,65 0,9846 240 342,39 0,9839 260 342,17 0,9833 280 342,00 0,9828 tab. 9 Extrapolované hodnoty při -40 C 7.3.5 Graf extrapolovaných hodnot obr. 7 Graf extrapolovaných hodnot při -40 C 7.4 Naměřené hodnoty teplota 50 ºC Hodnota L = 349,0. 7.4.1 Naměřené hodnoty Tlak p [bar] Změna délky L-Lp [mm] Délka Lp [mm] 4 0,32 348,68 18 1,12 347,88 32 1,70 347,3 50 2,30 346,7 67 2,80 346,2 12
82 3,20 345,8 99 3,66 345,34 115 4,11 344,89 134 4,75 344,25 138 4,99 344,01 125 4,58 344,42 105 4,10 344,9 82 3,48 345,52 62 2,89 346,11 46 2,39 346,61 13 1,16 347,84 6 0,80 348,2 tab. 10 Naměřené hodnoty při 50 C 7.4.2 Graf naměřených hodnot obr. 8 Graf naměřených hodnot při 50 C 13
7.4.3 Zpracování údajů metodou nejmenších čtverců Byl nalezen vztah: L=0,0000378 p 2 0,0418 p+349,233 kde L je délka sloupce kapaliny a p je tlak. Tlak [bar] Délka L [mm] Poměr dl/l [1] 0 349,44 1,0000 20 348,54 0,9974 40 347,70 0,9950 60 346,91 0,9928 80 346,18 0,9907 100 345,50 0,9887 120 344,88 0,9870 140 344,31 0,9853 160 343,80 0,9839 180 343,34 0,9825 200 342,93 0,9814 220 342,58 0,9804 240 342,29 0,9795 260 342,05 0,9789 280 341,86 0,9783 7.4.4 Graf zpracovaných hodnot tab. 11 Extrapolované hodnoty při 50 C obr. 9 Graf extrapolovaných hodnot při 50 C 14
VYSOKÉ UČENI TECNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Letecký ústav Ing. Jan Kraus PŘÍLOHA 2 Měření třecí síly válce za rozdílné rychlosti a tlaku Příloha disertační práce Konstrukční optimalizace elektro hydrostatického válce pro letadla v kategorii všeobecného letectví Obor: Konstrukční a procesní inženýrství Školitel: doc. Ing. Karel Třetina, CSc. 1
1 Obsah 1 Obsah...2 2 Seznam tabulek...3 3 Seznam obrázků...3 4 Zadání...4 4.1 Zadání měření 1...4 4.2 Zadání měření 2...4 5 Postup měření...4 5.1 Schéma měření...4 5.2 Použité přístroje...5 5.3 Nejistota měření...5 6 Přehled použitých veličin...5 7 Naměřené hodnoty...6 7.1 Naměřené hodnoty dle zadání 1...6 7.1.1 Závislost třecí síly na rychlosti...6 7.1.2 Průběh třecí síly...7 7.2 Naměřené hodnoty dle zadání 2...7 7.2.1 Graf závislosti třecí síly na tlaku...8 7.2.2 Graf s průběhem síly při pohybu válce...8 2
2 Seznam tabulek tab. 1Přehled použitých přístrojů...5 tab. 2Přehled nejistot měření...5 tab. 3Přehled použitých veličin...5 tab. 4Výsledky měření třecí síly F [N] v závislosti na rychlosti pohybu a tlaku...6 tab. 5Výsledky měření třecí síly F [N] v závislosti na tlaku p při minimální rychlosti pohybu...7 3 Seznam obrázků obr. 1Schéma měření...4 obr. 2 Závislost třecí síly F na tlaku p a rychlosti pohybu v...6 obr. 3Příklad průběhu síly při pohybu...7 obr. 4Závislost třecí síly na tlaku při minimální rychlosti pohybu...8 obr. 5Příklad průběhu třecí síly při prováděném pohybu...8 3
4 Zadání 4.1 Zadání měření 1 Proveďte měření síly pro překonání odporu těsnění a vodících pásků válce při různé rychlosti a tlaku. 4.2 Zadání měření 2 Prověřte třecí sílu na různých tlacích při minimální rychlosti. 5 Postup měření Nastavte odpovídající tlak uvnitř válce LUN 7170 s namontovanou pístnicí bez pístu, aby se při pohybu válce měřil odpor těsnění v obou ucpávkách. Pomocí PC s příslušným ovládacím programem se provede nastavení rychlosti a posléze střídavý pohyb pomocí externího válce řízeného proporcionálním ventilem, pohyb se provádí válcem LUN 7170. Při tomto pohybu se měří síla pomocí silového čidla pomocí měřícího stojanu. 5.1 Schéma měření Schéma měření je uvedeno na obr [1]: obr. 1 Schéma měření 4
5.2 Použité přístroje Použité přístroje číslo Přístroj Výrobce v.č. ev.č. 1 Válec LUN 7170 Jihlavan 1412-01 2 Elektronický manometr Hydrotechnik 87343 6091 3 Snímač tlaku 630 bar Hydrotechnik 85L327 6070 4 Snímač síly Wagezelle A88957 6064 5 ILC SINO 6206AF027005230 6 PC s měřící kartou M-soft 5412208 ES0532 7 Měřící stojan Jihlavan ES0536 8 Hydraulická kapalina Aeroshell fluid 41 Shell 9 Proporcionální ventil HYTOS PRM7-043211/08 10 Zkušební stand 3 Jihlavan 3 11 Tlakový zdroj stand 2,3 Jihlavan 2,7 tab. 1 Přehled použitých přístrojů 5.3 Nejistota měření Veličina Síla F ILC Tlak p Nejistota měření 20 N 0,01 mm 0,25% tj. 1,575 bar tab. 2 Přehled nejistot měření 6 Přehled použitých veličin Značka Rozměr Popis F [N] Třecí síla p [bar] Tlak ve válci v [mm/s] Rychlost tab. 3 Přehled použitých veličin 5
7 Naměřené hodnoty 7.1 Naměřené hodnoty dle zadání 1 Tlak p\rychlost v 0,3 1,2 4,2 12,5 21,0 30,0 2 221 222 210 206 197 200 5 254 257 242 244 242 241 10 308 313 304 314 270 257 15 350 337 338 316 298 290 20 507 518 426 344 343 326 tab. 4 Výsledky měření třecí síly F [N] v závislosti na rychlosti pohybu a tlaku 7.1.1 Závislost třecí síly na rychlosti obr. 2 Závislost třecí síly F na tlaku p a rychlosti pohybu v 6
7.1.2 Průběh třecí síly obr. 3 Příklad průběhu síly při pohybu 7.2 Naměřené hodnoty dle zadání 2 Při měření se podařilo dosáhnout nejmenší rychlosti 4,4 mm/min. Výsledky měření jsou zaznamenány v tabulce [3]: Číslo Tlak p [MPa] Třecí síla F [N] 1 0 275 2 2 274 3 5 319 4 10 402 5 15 470 6 20 504 tab. 5 Výsledky měření třecí síly F [N] v závislosti na tlaku p při minimální rychlosti pohybu 7
7.2.1 Graf závislosti třecí síly na tlaku obr. 4 Závislost třecí síly na tlaku při minimální rychlosti pohybu 7.2.2 Graf s průběhem síly při pohybu válce obr. 5 Příklad průběhu třecí síly při prováděném pohybu 8
VYSOKÉ UČENI TECNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Letecký ústav Ing. Jan Kraus PŘÍLOHA 3 Měření třecí síly válce za různých teplot Příloha disertační práce Konstrukční optimalizace elektro hydrostatického válce pro letadla v kategorii všeobecného letectví Obor: Konstrukční a procesní inženýrství Školitel: doc. Ing. Karel Třetina, CSc. 1
1 Obsah 1 Obsah...2 2 Seznam tabulek...3 3 Seznam obrázků...3 4 Zadání...4 5 Postup měření...4 6 Schéma měření...4 7 Použité přístroje...4 8 Naměřené hodnoty...5 9 Závěr...6 2
2 Seznam tabulek tab. 1Použité přístroje...4 tab. 2Nejistota měření...4 tab. 3Naměřené hodnoty...5 3 Seznam obrázků obr. 1Schéma měření...4 obr. 2Graf naměřených hodnot...5 3
4 Zadání Změřte a vyhodnoťte třecí sílu těsnění při různých tlacích a teplotách. Hladina tlaků je 0, 2, 5, 10, 15, 21 MPa, hladina teplot je -55, -20, 0, 20, 70 C. Měření prověďte orientačním způsobem. 5 Postup měření Přístroj LUN 8208 se vystaví požadované teplotě a vyčká se, až je teplota ustálená včetně kapaliny v přívodu. Poté se nastaví tlak a ručně vyvozenou silou přes siloměr se zjistí odpor těsnění. Měří se vzestupně a sestupně na stanovených tlakových hladinách. Po odměření všech tlaků se měří na další teplotě. 6 Schéma měření 7 Použité přístroje obr. 1 Schéma měření číslo Přístroj Výrobce v.č. ev.č. 1 Přístroj LUN 8208.1 Jihlavan 0814801 2 Snímač síly LUKAS LUKAS 5-35A 1110 3 Elektronika vyhodnocení síly KIK F-M 33212 35286 4 Elektronický manometr Hydrotechnik 87343 6091 5 Snímač tlaku 630 bar Hydrotechnik 85L327 6070 tab. 1 Použité přístroje Veličina Síla Tlak p Nejistota měření 5 N 0,25% tj. 1,575 bar tab. 2 Nejistota měření 4
8 Naměřené hodnoty Tlak\teplota -56-20 0 20 70 0 14 11 17 14 17 2 11 12 10 20 20 5 16 13 18 25 22 10 22 18 26 32 24 15 30 22 32 37 28 21 35 35 35 45 29 15 30 26 27 36 28 10 22 20 25 32 24 5 16 12 18 24 19 2 7 12 16 15 17 0 9 14 14 12 18 tab. 3 Naměřené hodnoty obr. 2 Graf naměřených hodnot 5
9 Závěr Nejvyšší hodnoty odporu těsněni byly naměřeny za teploty 20 C, ostatní hodnoty jsou nižší. Ačkoli je toto měření pouze orientačního charakteru, dává dobrý obraz o chování moderních těsnících materiálů. 6
VYSOKÉ UČENI TECNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Letecký ústav Ing. Jan Kraus PŘÍLOHA 4 Nastavení vstupních relací pro simulace Příloha disertační práce Konstrukční optimalizace elektro hydrostatického válce pro letadla v kategorii všeobecného letectví Obor: Konstrukční a procesní inženýrství Školitel: doc. Ing. Karel Třetina, CSc. 1
1 Obsah 1 Obsah...2 2 Seznam tabulek...2 3 Přehled proměnných pro vkládané relace...3 4 Hodnoty vstupních relací...4 4.1 Relace hystereze deformace rámu...4 4.2 Relace pro stanovení zátěžné síly...4 4.3 Relace deformace rámu...4 4.4 Relace rameno tření v kloubu-úhlová rychlost...5 4.5 Relace tření...5 4.6 Relace stlačitelnosti kapaliny...6 2 Seznam tabulek tab. 1Seznam použitých veličin v relacích...3 tab. 2Hodnoty relace hystereze rámu...4 tab. 3Hodnoty relace zátěžné síly...4 tab. 4Hodnoty relace deformace rámu...4 tab. 5Hodnoty relace rameno tření v kloubu...5 tab. 6Hodnoty relace tření...5 tab. 7Hodnoty relace stlačitelnosti kapaliny...6 2
3 Přehled proměnných pro vkládané relace Přehled veličin, které je nutné naplnit, je uveden v tab. [1]: R FHF N Relace hystereze deformace rámu sloupec síla. R FHL mm Relace hystereze deformace rámu sloupec vzdálenost. R FZA rad Relace pro stanovení zátěžné síly sloupec úhlu. R FZF N Relace pro stanovení zátěžné síly sloupec síly. R KSF N Relace deformace rámu sloupec síla. R KSL mm Relace deformace rámu sloupec vzdálenost. R RTOME rad/s Relace tření v kloubu-úhlová rychlost. Sloupec úhlová rychlost. R RTR mm Relace tření v kloubu-úhlová rychlost. Sloupec rameno tření. R TF N Relace tření sloupec síly. R Tp MPa Relace tření sloupec tlaku. R Tt C Relace tření sloupec teploty. R Tv m/s Relace tření sloupec rychlosti. R Vp MPa Relace stlačitelnosti kapaliny sloupec p. R VV 1 Relace stlačitelnosti kapaliny sloupec dv/v. tab. 1 Seznam použitých veličin v relacích 3
4 Hodnoty vstupních relací 4.1 Relace hystereze deformace rámu Hodnoty relace deformace rámu jsou uvedeny v tabulce [2]: Index R FHL [mm] R FHF [N] 0 0 200 1 0,1 200 2 50 50 tab. 2 Hodnoty relace hystereze rámu 4.2 Relace pro stanovení zátěžné síly Hodnoty relace zátěžné síly jsou uvedeny v tabulce [3]: Index R FZA [rad] R FZF [N] 0-0,5-200 1-0,02-20 2 0,02 20 3 0,5 200 tab. 3 Hodnoty relace zátěžné síly 4.3 Relace deformace rámu Hodnoty relace deformace rámu jsou uvedeny v tabulce [4]: Index R KSL [mm] R KSF [N] 0-50 2500000 1 49,99 0 2 50,01 0 3 50-2500000 tab. 4 Hodnoty relace deformace rámu 4
4.4 Relace rameno tření v kloubu-úhlová rychlost Hodnoty relace rameno tření v kloubu jsou uvedeny v tabulce [5]: Index R RTOME [rad/s] R RTR [mm] 0-100 1 1-0,1 2 2 0,1 2 3 100 1 tab. 5 Hodnoty relace rameno tření v kloubu 4.5 Relace tření Hodnoty relace tření jsou uvedeny v tabulce [6]: Index R Tv [m/s] R Tp [MPa] R Tt [ C] R TF [N] 0 0,00001 20 0 500 1 0,01 20 0 300 2 0,00001 10 0 300 3 0,01 10 0 250 4 0,00001 5 0 250 5 0,01 5 0 240 6 0,00001 0 0 200 7 0,01 0 0 200 8 0,00001 20 20 500 9 0,01 20 20 300 10 0,00001 10 20 300 11 0,01 10 20 250 12 0,00001 5 20 250 13 0,01 5 20 240 14 0,00001 0 20 200 15 0,01 0 20 200 tab. 6 Hodnoty relace tření 5
4.6 Relace stlačitelnosti kapaliny Hodnoty relace deformace rámu jsou uvedeny v tabulce [7]: Index R Vp [MPa] R VV [1] 0 0 1 1 20 0,9976 2 40 0,9953 3 60 0,9932 4 80 0,9911 5 100 0,9891 6 120 0,9871 7 140 0,9853 8 160 0,9836 9 180 0,9819 10 200 0,9803 11 220 0,9789 12 240 0,9775 13 260 0,9762 14 280 0,9749 tab. 7 Hodnoty relace stlačitelnosti kapaliny 6
VYSOKÉ UČENI TECNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Letecký ústav Ing. Jan Kraus PŘÍLOHA 5 Popis programového vybavení Příloha disertační práce Konstrukční optimalizace elektro hydrostatického válce pro letadla v kategorii všeobecného letectví Obor: Konstrukční a procesní inženýrství Školitel: doc. Ing. Karel Třetina, CSc. 1
1 Obsah 1 Obsah...2 2 Seznam obrázků...2 3 Seznam tabulek...2 4 Databáze...3 4.1 Struktura databáze...3 4.1.1 Tabulky...3 4.1.2 Stored procedures...3 5 Programy pro zadání simulace...4 5.1 Chod výpočtu...4 5.2 Základní popis činnosti ZADANI.vi...4 5.2.1 Rozvržení hodnot dle rovnoměrného rozložení...4 5.2.2 Rozvržení hodnot dle normálního rozložení...4 6 Datové toky simulačního programu...5 6.1 Vstupní hodnoty...5 6.2 Výstupní hodnoty TV01...5 7 Programové prostředky pro měření simulace...6 7.1 Obecný popis LabView...6 7.2 Uživatelský interface...6 7.3 Disponibilní prvky...6 7.4 Možnost napojení externí knihovny DLL...7 7.5 Spolupráce s databází typu SQL...7 7.6 Databáze MS SQL server...7 2 Seznam obrázků obr. 1Matematické prvky LabView...6 obr. 2Další matematické prvky LabView...7 obr. 3Prvky LabView pro spolupráci s databází...7 3 Seznam tabulek tab. 1Struktura tabulky DATA...3 tab. 2Seznam Stored Procedure...3 tab. 3Typická struktura zadávaných a pro simulaci načítaných parametrů TV01...5 tab. 4Maximální struktura výstupních hodnot - polí TV01...5 2
4 Databáze 4.1 Struktura databáze Databáze má následující jednoduchou strukturu: 4.1.1 Tabulky Table: DATA Název Typ Popis CISLO numeric(8,0) Číslo simulace v pořadí DAZAD Char(10) Datum zadání ZADANI Varchar(max) String obsahující kompletní zadání simulace DAVYP Char(10) Datum výpočtu VYSLEDKY Varchar(max) String obsahující data výsledků simulace HOTOVO Char(1) A jako ano značí výpočet proveden, N jako ne značí výpočet neproveden VYSL1 Char(10) Numerický výsledek 1 VYSL2 Char(10) Numerický výsledek 2 PAR Char(10) Měnící se parametr (pro snadnější orientaci v databázi) POPIS Varchar(50) Popis prováděného tesu tab. 1 Struktura tabulky DATA 4.1.2 Stored procedures V rámci této databáze jsou definovány následující stored procedures: Jméno SaveZad GetIndex LoadZad SaveVysl Popis Uloží zadání ze ZADANI.vi Zjistí, zda je v tabulce SIM ve sloupci HOTOVO záznam N a pokud ano, vrátí index řádku Poskytne údaje o zadání pro SIMULACE.vi Uloží výsledky ze SIMULACE.vi tab. 2 Seznam Stored Procedure 3
5 Programy pro zadání simulace 5.1 Chod výpočtu Nejprve se provede zadání hodnot do databáze. To se provádí pomocí VI ZADANI.VI. Poté se spustí programový blok SIMULACE.VI, který provede odpovídající výpočty, dokud nejsou všechna zadání v databázi vypočítaná. 5.2 Základní popis činnosti ZADANI.vi Zatímco jeden VI (ZADANI.vi) provádí zadání údajů do databáze, druhý VI (SIMULACE.vi) provádí samotnou simulaci. Oba VI obsahují subvi. ZADANI.VI poskytuje možnost volby parametů a to ve dvou možnostech jednotlivý parametr a rozsah. Je-li provedena volba rozsah, potom je možno zvolit minimální a maximální hodnotu a dále počet hodnot. Je-li počet hodnot vyšší, než 2, je možno volit také rozvržení hodnot: pomocí rovnoměrného rozložení, pomocí normálního rozložení tak, aby byly body okolo střední hodnoty hustší. 5.2.1 Rozvržení hodnot dle rovnoměrného rozložení V tomto případě jsou hodnoty rozvrženy dle vztahu: X Pi =X Pmin +( X Pmax X Pmin )n i /(n R 1) [1] 5.2.2 Rozvržení hodnot dle normálního rozložení Je použito normované normální rozložení. Hodnoty rozvrženy dle vztahu: X Pi = (X Pmax +X Pmin ) 2 1( + ( X X ) Pmax Pmin CDF 2 CDF( 1)+n CDF(1) CDF( 1) i n ) [2] kde CDF() je funkce pro výpočet kvantilu a CDF -1 () je funkce inverzní. Smyslem tohoto typu zadání hodnot je případ, kdy se v problému uživatel programu již orientuje z předchozích výpočtů prováděných pomocí rovnoměrného rozložení hodnot a předpokládá střední hodnotu jako nejpravděpodobněji správnou. 4
6 Datové toky simulačního programu Program pro simulaci pracuje v souladu se vztahy uvedenými v základním dokumentu disertační práce. Datovými toky se rozumí toky dat mezi programem a databází. 6.1 Vstupní hodnoty Typické vstupní hodnoty, tedy načítané z databáze se liší pro daný typ výpočtu. V tabulce [3] jsou uvedeny hodnoty pro TV01. Hodnoty označené $ mají význam pro identifikaci datové dávky. Význam hodnot v poli Označení je uveden v hlavním dokumentu disertační práce. Číslo Označení Číslo Označení Číslo Označení $3 I max $25 p acc $47 R VpV $7 k P $27 p max $49 S P $11 k Q $28 p min $50 t I $13 k R $35 r F $51 t L $14 k Z $36 R FZA $53 t max $15 L 12 $37 R FZF $54 TypeV $16 L 13x $38 R ksff $55 x acc $17 L 13y $40 R RTOME $57 α $18 L 23P $41 R RTR $58 φ 1acc $19 L P $42 R TF $59 Gen T $20 L Z1 $43 R Tp $60 I peak $21 L Z2 $44 R Tt $61 I Centra $22 m R $45 R Tv $62 I Rep $24 m T $46 R Vpp $63 I Cycl tab. 3 Typická struktura zadávaných a pro simulaci načítaných parametrů TV01 6.2 Výstupní hodnoty TV01 Výstupní hodnoty formy pole mohou být následující, v tabulce [4] je uvedeno maximum pro TV01: Číslo Označení Číslo Označení Číslo Označení @1 φ 1t @4 ε t @7 p 1t @2 x t @5 v Tt @8 p 2t @3 ω t @6 I Pt @9 L KTt tab. 4 Maximální struktura výstupních hodnot - polí TV01 Další výstupní hodnoty jsou výsledky zpracování simulací. 5
7 Programové prostředky pro měření simulace V rámci disertační práce bude zapotřebí provést jednak měření, jednak simulaci. S ohledem na to, že s programováním v prostředí LabView již mám jisté zkušenosti (nejméně na úrovni certifikátu CLAD),bylo použito vývojové prostředí k provedení výše zmíněných úkolů. 7.1 Obecný popis LabView LabView (z angl. Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench je vývojové prostředí typu workflow od firmy National Instruments. Umožňuje jak vývoj měřících, tak vývoj simulačních aplikací. Pro tuto disertační práci bylo použito vývojové prostředí LabView 2011. Prostředí LabVIEW, někdy nazývané též jako G-jazyk (tedy grafický jazyk), je vhodné nejen k programování systémů pro měření a analýzu signálů, řízení a vizualizaci technologických procesů různé složitosti, ale také k programování prakticky jakýchkoli složitých systémů. V oblasti simulace je LabView velmi podobný prostředek jako Matlab. Systém Matlab byl primárně určen pro simulace, zatímco systém LabView pro tvorbu virtuálních instrumentů a realizaci měření. Dnes se oba systémy dají použít jak k simulaci, tak k měření. 7.2 Uživatelský interface Systém LabView obsahuje pro většinu programů 2 základní okna. V jednom je uživatelský interface, tedy prostředky, jak program ovládat a zjišťovat výsledky při jeho běhu, v druhém se nachází samotný programový kód. 7.3 Disponibilní prvky K provedení měření a simulace bude zapotřebí použít několika skupin prvků. Jedná se o základní matematické prvky: obr. 1 Matematické prvky LabView 6
další matematické prvky: obr. 2 Další matematické prvky LabView 7.4 Možnost napojení externí knihovny DLL V případě nutnosti implementace externích funkcí lze využít možností LabView volání takových funkcí z externí knihovny typu DLL. Toto se používá například při připojování zařízení k LabView pomocí driverů, které nejsou součástí instalačního packu National Instruments. 7.5 Spolupráce s databází typu SQL LabView umožňuje spolupracovat s databází typu SQL, například MS SQL server. V případě rozsáhlých datových výstupů je vhodné zapisovat výsledky přímo do databáze, ze které je možno provést export dat například do MS Excel k dalšímu zpracování. Systém LabView umožňuje jako základ konekt na databázi a provedení SQL příkazů INSERT, SELECT, případně UPDATE a DELETE a poté se zase od databáze odpojit. obr. 3 Prvky LabView pro spolupráci s databází Příkazy INSERT a SELECT jsou pro většinu účelů v rámci použití LabView ve spolupráci s SQL databází postačující, další operace je lépe provádět přímo v prostředí správy databáze. 7.6 Databáze MS SQL server Jedná se o databázi typu SQL, která je prakticky přítomna ve všech instalacích soudobých windows a to například za účelem správy registrů. Proto je v omezené velikosti (do 10 GB) zdarma a je možno ji stáhnout ze stránek Microsoft spolu s prostředím správy databáze. Je zjevné, že použití této možnosti je v tomto případě nekomerčního využití mnohem lepší, než využití malé databáze, jako například MS Access. 7
8