DEVELOPMENT OF LABORATORY SOFTWARE AND MACHINE COMPLEX FOR RESEARCH OF AERODYNAMIC FLOW IN FREE SPACE
Authors: Борисов А.П. 
Published: October 2024

Исследование аэродинамического потока в свободном пространстве необходимо при расчетах процессов, протекающих, например, в циклонах-сепараторах. Они необходимы для расчета скорости воздушного потока и эффективности очистки воздуха. Поэтому целью работы является разработка программно-аппаратного комплекса для исследования аэродинамических характеристик с применением методов обработки изображений для объекта, движимого воздушным потоком. Для этого был разработан стенд на основе поворотного стола, и установленного на нем вентилятора. Скорость движения воздуха регулируется с помощью частотного преобразователя и определяется с помощью датчика скорости воздушного потока. Поворот стола происходит с помощью сервоприводов. Благодаря этому происходит наклонение воздушного потока, создаваемый вентилятором в двух плоскостях. По собранным в ходе эксперимента данным рассчитываются аэродинамические характеристики. Автоматизированная система для исследования характеристик воздушного потока имеет модульную структуру. В качестве управляющего устройства выступает микроконтроллер Raspberry Pi Model B. Управление сервоприводами происходит при помощи драйвера шагового двигателя L293D. Также разработано серверное и клиентское приложение для управление процессом движения аэродинамического потока. Клиентское приложение для проведения эксперимента и обработки результатов было разработано на кроссплатформенном языке программирования Python. В процессе работы программы вычисляется расстояние, равное высоте витания шарика. Для этой цели в программе используется библиотека компьютерного зрения OpenCV. OpenCV предоставляет оператор обнаружения границ изображения, который называется оператор Кэнни. Также в программе предусмотрена возможность вывода углов поворота платформы, при которых шарик перестаёт держаться в воздушном потоке.

Abstract – An investigation of the aerodynamic flow in free space is necessary for calculating the processes occurring, for example, in cyclone separators. They are necessary for calculating the speed of air flow and the efficiency of air purification. Therefore, the goal of the work is the development of a software and hardware complex for the study of aerodynamic characteristics using image processing methods for an object driven by airflow. For this purpose, a stand was designed on the basis of a turntable, and a fan mounted on it. The speed of air movement is regulated by a frequency converter and is determined by means of an air speed sensor. The table rotates with the help of servos. Due to this, the air flow is caused by the fan in two planes. According to the data collected during the experiment, aerodynamic characteristics are calculated. The automated system for studying airflow characteristics has a modular structure. The control device is a microcontroller Raspberry Pi Model B. Servo drives are controlled by the L293D stepper motor driver. A server and client application is also developed to manage the process of aerodynamic flow. The client application for conducting the experiment and processing the results was developed on the cross-platform programming language Python. Each frame received from the server's camera is processed. In the process of the program, the distance equal to the height of the ball's rotation is calculated. For this purpose, the program uses the OpenCV computer vision library. OpenCV provides the operator of the detection of the boundaries of the image, which is called the Canni operator. Also, the program provides the ability to display the angles of rotation of the platform, in which the ball ceases to hold in the air flow.