Автоматика гиперзвуковой аэродинамической трубы

Гиперзвуковая аэродинамическая труба — уникальная установка для испытаний моделей летательных аппаратов на скоростях выше 5 Махов. В России крупнейшие — в ЦАГИ (Жуковский) и ЦНИИмаш (Королёв). Используются для отработки конструкций возвращаемых космических аппаратов, гиперзвукового оружия, перспективных авиационных систем.

Как работает

Гиперзвуковая труба — импульсная установка. В форкамере объёмом десятки литров создаётся давление в сотни атмосфер и температура несколько тысяч градусов (нагрев электрической дугой или сжатием поршнем). При разрыве мембраны газ истекает через сопло Лаваля со скоростью до 20 Махов, обтекая испытуемую модель. Длительность рабочего участка — миллисекунды. За это время собираются все данные.

Что контролирует автоматика

Параметры рабочего газа в форкамере

• Давление (до нескольких тысяч атмосфер)
• Температура (до 5-10 тысяч градусов, часто неизмеряемая прямо — вычисляется по косвенным параметрам)
• Состав газа (воздух, азот, аргон, гелий — выбирается под эксперимент)

Параметры в рабочей части

• Скоростной напор на модели
• Температура торможения
• Силы и моменты, действующие на модель (многокомпонентные тензометрические весы)
• Распределение давления по поверхности модели (сотни точек)
• Тепловые потоки (термопары, калориметрические датчики)
• Визуализация обтекания (теневые методы, интерферометрия, высокоскоростная съёмка 100-500 тысяч кадров в секунду)

Регулирование

Все критичные операции — автоматика, оператор только даёт команду «пуск». Автоматика синхронизирует разрыв мембраны, запуск высокоскоростной съёмки, старт записи телеметрии с частотой десятки МГц.

Специфика

• Миллисекундные циклы требуют специализированных высокоскоростных контроллеров (не стандартных ПЛК)
• Электроника защищена от электромагнитного импульса при дуговом нагреве
• Экстремальные параметры — часть датчиков уникальные, разработанные специально
• Один пуск готовится несколько часов — автоматизация подготовки важнее автоматизации самого пуска
• Все данные одного пуска — несколько терабайт, обрабатываются неделями

Применение

Испытания гиперзвуковых летательных аппаратов, возвращаемых космических аппаратов (защитные теплозащитные экраны), перспективных ракет и ракетных двигателей, элементов конструкции космодромов.

РУБИКОН не работает с установками подобного класса — это закрытый сегмент государственных научных центров.