Автор — Адам Кахраман

Під час випробувань у трубі хочеться бачити повітря: ламінарний і турбулентний потоки без диму чи масштабного CFD. А що, як існує інструмент, який показує вітер у реальному часі?

Пристрій WindProbe створено саме для цього. Він вимірює профілі потоку з високою часовою роздільністю під різними кутами, а система захоплення руху точно визначає місце вимірювання.

У статті покажемо застосування, принцип роботи й практичні переваги.

Зміст

1. Вступ
2. Типові проблеми вимірювання
3. Як працює WindProbe 3D
4. Приклад: імітація зсуву вітру
5. Висновок

Рисунок 1. WindProbe на всю довжину з відбивними маркерами

Типові проблеми вимірювання

Дим, лазери й нитки мають переваги та недоліки. Спільне обмеження — переважно візуальне спостереження замість кількісних даних.

Вимірювання навколо об’єкта додає труднощів.

• Установку потрібно пристосувати до його форми.
• Нитки закріплюють на поверхні.
• Дим спрямовують у певні точки.
• Зонди розміщують навколо об’єкта.

Перевірка CFD в трубі теж має проблеми.

• Невеликі відмінності установки змінюють реальний потік порівняно з прогнозом.
• Немає простого способу перевірити повний збіг.
• Без повного профілю доводиться припускати відповідність.

Як працює WindProbe 3D

Попри складні завдання, конструкція проста: п’ятиотвірний датчик тиску з конусом приймання 40°.

Рисунок 2. WindProbe й конус приймання 40° у масштабі

Конус дає змогу вимірювати потік під різними кутами й отримувати вектори X, Y, Z. На відміну від трубки Піто, що потребує прямого потоку, багатоотвірна схема охоплює різні напрямки, необхідні для турбулентності.

Частота збирання 200 Гц фіксує дрібні швидкі зміни швидкості між вимірюваннями.

Відео демонструє роботу:

Попередньо відкалібрований зонд легко поєднується з WindShaper і використовує один USB-кабель для даних і живлення. Залежно від моделі діапазон сягає від 1 до 60 м/с.

Просторове відстеження дозволяє рухати зонд під час записування й наносити дані в 3D. Так отримують профіль усієї робочої частини вздовж потоку, по вертикалі й горизонталі, а також навколо пропелера, профілю чи дрона.

Рисунок 3. Вимірювання WindProbe з одночасним 3D-відстеженням

Маркери вздовж ручки разом із камерами захоплення руху визначають точне положення в просторі. 

Рисунок 4. Маркери OptiTrack на WindProbe

Такі самі маркери на WindShaper задають положення зонда відносно джерела вітру.

Рисунок 5. Маркери OptiTrack на WindShaper

Програма WindVision

WindVision керує відстеженням, вимірюванням і візуалізацією. Вбудована LED-смуга допомагає тримати зонд у заданій площині: червона далеко, жовта ближче, зелена точно в площині.

Рисунок 6. Червона, жовта й зелена індикація WindProbe

Дані експортуються в CSV або VTK для аналізу, наприклад у ParaView. У WindVision задають розміри робочої частини й площини вимірювання.

Площина поділяється на вокселі — тривимірний аналог пікселів. Більше вокселів дає докладніші дані. Менше дозволяє швидше завершити вимірювання й отримати загальний огляд.

Система вимірює вектори в об’ємах від 1 см³. За найдрібнішого налаштування доступно до 27 мільйонів вокселів для докладного профілю. 

Практичний приклад: імітація зсуву вітру

Припустімо, дрон має мити вікна висотних будівель. Із висотою вітер часто посилюється, а біля фасаду створює різкі градієнти й зсув, складні для польоту.

Перед роботою в щільній забудові оператору варто потренуватися без ризику для дрона й дорогих вікон.

Рисунок 7. Комп’ютерне зображення вітру біля фасаду (джерело)

WindShaper легко відтворює умови. У системі 2×2 ліві модулі можна задати на 2 м/с, праві — на 6 м/с. Між ними утворюється різкий градієнт. WindProbe показує створений профіль.

Рисунок 8. WindVision показує чіткий зсув вітру WindShaper

Рухайте зонд перед вентиляторами по площині — програма автоматично будує профіль у реальному часі.

Потім можна летіти дроном зліва направо перед установкою, перевірити реакцію й відпрацювати відновлення.

Висновок

WindProbe перетворює невидиме повітря на зрозумілі дані для інженерів і дослідників. Поєднання багатоотвірного датчика й захоплення руху забезпечує перевірку, що раніше потребувала складного дорогого обладнання, та картографування повного 3D-профілю в реальному часі.

Рисунок 9. WindProbe 3D сканує потік позаду БПЛА літакового типу