專利名稱：水面移動空氣動力學測試平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本項發(fā)明涉及低速空氣動力學試驗平臺設(shè)計，屬空氣動力學技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前風力發(fā)電機測試有風洞吹風試驗和外場試驗二種方法。在風洞中進行吹風試 驗，通常需制作縮尺模型。2006年，Danmei Hu和Ouyang Hua等在RenewableEnergy第31 期821-836頁上發(fā)明論文"A study on stall-delay for horizontal axis windturbine，， 說明了小型風力機模型風洞試驗方法。由于模型與原型風輪流動雷諾數(shù)差別，以及風洞 壁面影響，造成模型試驗結(jié)果不能反映原型風輪的氣動性能；橋梁、建筑等模型試驗也存 在相同問題。直接進行外場試驗，對于風力機可真實檢驗風輪氣動性能和整機運行狀況； 對于橋梁、建筑等模型可消除洞壁影響。1999年，美國可再生能源實驗室D. A. Simms和 M. M. Hand等發(fā)表的技術(shù)矛艮告"Unsteady AerodynamicsExperiment Phases II—IV Test Configurations and Available Data Campaigns，，(編號NREL/TP_500_25950)，在夕卜場對 一直徑IO米的二葉片風力機原型進行測試研究。但由于外場自然風速不能根據(jù)測試要求 變化，因而難以在短時間內(nèi)測量整個設(shè)計風速范圍內(nèi)的氣動性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前風力機及橋梁、建筑等模型在風洞中采用模型試驗與原型實際運行差別 較大以及在外場測試自然風速不可調(diào)節(jié)的不足之處，本專利提出一種水面移動測試平臺， 實現(xiàn)可調(diào)風速的外場測試。 —種水面移動空氣動力學測試平臺，其特征在于包括漂浮于水面的漂浮平臺及
運動測量臺架，其中漂浮平臺上安裝有導軌，運動測量臺架安裝于導軌上并通過軌道輪與
導軌配合；測量臺架上還安裝有電動機、電動機帶動轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動軸上安裝有兩個纜繩
絞盤，這兩個纜繩絞盤上的纜繩繞線方式相反，所繞纜繩分別與位于漂浮平臺兩端的兩個
纜繩固定座連接；該測試平臺還包括用于使漂浮平臺在水面定位的水中固定件。 —種利用上述水面移動空氣動力學測試平臺測試的方法，其特征在于包括以下過
程(1)、將試驗件固定在運動測量臺架的臺面上；(2)、測量自然風的風速、風向，轉(zhuǎn)動浮動
平臺使其對準風向，然后通過水中固定件使浮動平臺定位；(3)、根據(jù)所測風速以及試驗件
模擬風速、計算測量臺架相對導軌的運動速度，進而確定電動機轉(zhuǎn)速；(4)、起動電動機，當
達到設(shè)定的轉(zhuǎn)速勻速運行后，對實驗件氣動性能進行測量；(5)、完成一次測量后，反轉(zhuǎn)電動
機，將運動測量臺架拉回原始發(fā)位置，進行下次試驗。 本發(fā)明1)、利用相對運動原理，通過改變試驗件(風力機、橋梁、建筑等模型)運動 速度，使試驗件迎面相對風速可變；2)、采用測試平臺方向轉(zhuǎn)動，使試驗件運動逆風向，利用 自然風速提高相對風速，降低試驗件運動速度、減小運動距離進而減小測試平臺尺寸，同時 可消除自然風向與試驗件運動方向不一致產(chǎn)生的相對風向不可控性；3)、利用水面安裝測 試平臺，可避開建筑、山峰造成的自然風速不均勻，利用水體浮力可降低零部件強度要求、簡化結(jié)構(gòu)、并且易于實現(xiàn)平臺的轉(zhuǎn)動、降低設(shè)備成本。 應(yīng)用該測試平臺，可進行中小型風力機原型風輪空氣動力學試驗、整機性能測試， 大型風力機縮尺模型風輪空氣動力學試驗；可用于其他低速試驗，如橋梁、建筑等模型吹 風試驗。 本項發(fā)明與目前已有的技術(shù)比較有以下優(yōu)點，1)、沒有洞壁干擾且模型尺寸較大， 能更真實模擬實際運行狀態(tài)；2)、無需建造大尺寸風洞、試驗動力要求小，因此設(shè)備造價及 測試費用低于風洞試驗；3)、可根據(jù)要求調(diào)節(jié)風速，快速檢測在整個設(shè)計風速范圍內(nèi)的性


圖1為水面移動空氣動力學測試平臺結(jié)構(gòu)俯視示意圖。
圖2為水面移動空氣動力學測試平臺結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖。
圖3為電機和纜繩絞盤結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為定位卡環(huán)與定位圈連接關(guān)系示意圖。 圖1中標號名稱1、定位卡環(huán)；2、定位圈；3、纜繩固定座；4、導軌；5、漂浮平臺；6、 纜繩；7、運動測量臺架；8、電動機；9、纜繩絞盤；10、水底水泥樁；11、水下拉索；12、浮圈； 13、試驗件-風力機；14、軌道輪；15、水面；16、軸承座；17、轉(zhuǎn)動軸；19、螺栓+螺帽，20、螺栓孔。 具體實施方法及實施例 1、水面移動空氣動力學測試平臺組成 圖1和圖2分別為所發(fā)明的水面移動空氣動力學測試平臺結(jié)構(gòu)俯視和側(cè)視示意 圖。該測試平臺主要由定位卡環(huán)1、定位圈2、纜繩固定座3、導軌4、漂浮平臺5、纜繩6、運 動測量臺架7、電動機8、纜繩絞盤9、水底水泥樁10、水下拉索11、和浮圈12組成。
2、各零部件功能及相互連接關(guān)系 定位卡環(huán)1與定位圈2配合，用于浮動平臺5定位和固定作用。定位卡環(huán)1和定 位圈2可采用圖4所示連接方式。然后再利用定位卡環(huán)1上螺栓孔20(見圖4)借助螺栓 將其與浮動平臺5連接。由于浮動平臺5在試驗過程中受力(主要為測試臺架上試驗件與 風的作用力)要通過定位卡環(huán)傳遞至水底水泥樁，為保證結(jié)構(gòu)強度，可采用較多個定位卡 環(huán)1 (圖1、2中畫出4個作為示意)。 漂浮平臺5為空心結(jié)構(gòu)，在水面上產(chǎn)生浮力。該平臺上安裝二個導軌4，與運動測 量臺架7的軌道輪14相配合。如圖3，電動機8為調(diào)速電機可帶動纜繩絞盤9正反向轉(zhuǎn)動， 實現(xiàn)運動測量臺架的雙向、變速運動。 水底水泥樁10、水下拉索11用于固定空心浮圈12。整個測試平臺受力主要有風 浪拍打浮圈12和運動測試臺架7上試驗件13與風的作用力。為了確保該測試平臺整體固 定不動，可在水底固定浮圈12下方排列多個水底水泥樁，并且水下拉索11要有較大的拉力 (要求浮圈12浮力大、水底水泥樁10牢靠)。
3、測試平臺工作方式 將試驗件(風力機、橋梁模型等)固定在運動測量臺架7的臺面上(如圖2所示)； 試驗測量前，先測量自然風的風速、風向，轉(zhuǎn)動浮動平臺5使其對準風向，根據(jù)風速以及試驗件前方相對風速要求確定運動測量臺架7的運動速度，進而確定電動機8轉(zhuǎn)速。起動電 動機，當達到設(shè)定的轉(zhuǎn)速勻速運行后，對試驗件氣動性能進行測量。完成一次測量后，反轉(zhuǎn) 電動機8，將運動測量臺架7拉回原始發(fā)位置，進行第二次試驗。
4、實施例 設(shè)計一個水面移動空氣動力學測試平臺，該平臺可進行15米/秒以內(nèi)風速、勻速 持續(xù)時間1分鐘試驗。 假設(shè)該測試平臺安裝在經(jīng)常性自然風速5米/秒的湖面上，因此運動測量臺架7 逆風運行速度最大要達到10米/秒；持續(xù)時間1分鐘，軌道長度要600米。如果從靜止加 速到10米/秒需要10秒鐘，從10米/秒減速到靜止需要5秒鐘，按平均速度5米/秒，還 需要75米軌道。因此合計軌道長度為675米，這樣測試平臺浮圈內(nèi)徑應(yīng)為700米左右。如 果自然風速增大、測試最大風速降低或勻速持續(xù)時間縮短可減小平臺尺寸，反則反之。
權(quán)利要求
一種水面移動空氣動力學測試平臺，其特征在于包括漂浮于水面的漂浮平臺(5)及運動測量臺架(7)，其中漂浮平臺(5)上安裝有導軌(4)，運動測量臺架(7)安裝于導軌(4)上并通過軌道輪(14)與導軌(4)配合；測量臺架上還安裝有電動機(8)、電動機(8)帶動轉(zhuǎn)動軸(17)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動軸(17)上安裝有兩個纜繩絞盤，這兩個纜繩絞盤上的纜繩繞線方式相反，所繞纜繩分別與位于漂浮平臺(5)兩端的兩個纜繩固定座(3)連接；該測試平臺還包括用于使漂浮平臺(5)在水面定位的水中固定件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水面移動空氣動力學測試平臺，其特征在于上述用于使漂浮平臺(5)在水面定位的水中固定件由水底水泥樁(10)、水下拉索(11)、浮圈(12)組成。
3. 利用權(quán)利要求1所述水面移動空氣動力學測試平臺測試的方法，其特征在于包括以下過程(1) 、將試驗件固定在運動測量臺架(7)的臺面上；(2) 、測量自然風的風速、風向，轉(zhuǎn)動浮動平臺(5)使其對準風向，然后通過水中固定件使浮動平臺(5)定位；(3) 、根據(jù)所測風速以及試驗件模擬風速、計算測量臺架(7)相對導軌的運動速度，進而確定電動機(8)轉(zhuǎn)速；(4) 、起動電動機，當達到設(shè)定的轉(zhuǎn)速勻速運行后，對實驗件氣動性能進行測量；(5) 、完成一次測量后，反轉(zhuǎn)電動機(8)，將運動測量臺架(7)拉回原始發(fā)位置，進行下次試驗。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水面移動空氣動力學測試平臺及測試方法，屬空氣動力學技術(shù)領(lǐng)域。該平臺包括漂浮于水面的漂浮平臺(5)及運動測量臺架(7)，其中漂浮平臺(5)上安裝有導軌(4)，運動測量臺架(7)安裝于導軌(4)上并通過軌道輪(14)與導軌(4)配合；測量臺架上還安裝有電動機(8)、電動機(8)帶動轉(zhuǎn)動軸(17)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動軸(17)上安裝有兩個纜繩絞盤，這兩個纜繩絞盤上的纜繩繞線方式相反，所繞纜繩分別與位于漂浮平臺(5)兩端的兩個纜繩固定座(3)連接；該測試平臺還包括用于使漂浮平臺(5)在水面定位的水中固定件。本發(fā)明利用水面移動測試平臺，實現(xiàn)可調(diào)風速的外場測試。
文檔編號G01M9/00GK101699239SQ20091018487
公開日2010年4月28日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者周正貴, 徐夏, 章嘉麟, 邱名 申請人:南京航空航天大學