風(fēng)洞諧波風(fēng)場的半主動(dòng)模擬裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模擬諧波風(fēng)場的風(fēng)洞試驗(yàn)裝置，具體涉及到利用彈性懸掛鈍體斷面格柵振動(dòng)系統(tǒng)在特定條件下產(chǎn)生穩(wěn)定扭轉(zhuǎn)振動(dòng)來模擬指定頻率和尺度的諧波風(fēng)場的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)洞試驗(yàn)是研宄結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能的主要方法之一，而風(fēng)場模擬又是風(fēng)洞試驗(yàn)的重要組成部分。一般的風(fēng)洞試驗(yàn)可以采用固定不動(dòng)的橫豎格柵裝置來被動(dòng)產(chǎn)生紊流風(fēng)場，優(yōu)點(diǎn)在于技術(shù)簡單，實(shí)現(xiàn)方便，但產(chǎn)生的紊流風(fēng)場有多種頻率，且格柵后隨距離增大，紊流特征變化很大。日本宮崎大學(xué)建造有99個(gè)風(fēng)扇的主動(dòng)風(fēng)洞，可以實(shí)現(xiàn)不同頻率脈動(dòng)風(fēng)場的模擬，但造價(jià)相當(dāng)昂貴，不便于推廣。意大利學(xué)者Cigada、Diana等人開發(fā)了主動(dòng)格柵技術(shù)，可以在風(fēng)動(dòng)中控制形成單一頻率的波動(dòng)流，我國同濟(jì)大學(xué)、湖南大學(xué)等單位也開發(fā)了類似裝置，但是整套裝置需要電機(jī)等驅(qū)動(dòng)裝置。一方面，費(fèi)用較高(十幾到幾十萬元不等)；另一方面，振動(dòng)頻率也一般不超過5Hz ;還有，所用格柵尺寸寬度一般都不超過50cm，因此產(chǎn)生的紊流風(fēng)場渦旋尺度范圍較窄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對風(fēng)洞試驗(yàn)的需要，提供一種方便模擬特定頻率和尺度諧波風(fēng)場的裝置。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是將約束豎向和側(cè)向自由度，而彈性約束單自由度扭轉(zhuǎn)的鈍體斷面格柵橫置于風(fēng)洞，通過調(diào)整彈簧剛度、彈簧吊點(diǎn)間距、振動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量、質(zhì)量慣矩、格柵寬度等參數(shù)，在特定風(fēng)速區(qū)間內(nèi)，利用氣動(dòng)自激力，使格柵發(fā)生平穩(wěn)扭轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由此可以產(chǎn)生指定頻率范圍和尺度范圍的諧波風(fēng)場。因?yàn)楸狙b置產(chǎn)生的諧波頻率和尺度可以通過不同參數(shù)組合來調(diào)整，而且無需其他外加激勵(lì)(如電機(jī))，因此屬于一種半主動(dòng)模擬裝置。
[0005]風(fēng)洞諧波風(fēng)場的半主動(dòng)模擬裝置包括格柵支架、格柵、轉(zhuǎn)動(dòng)軸承、彈簧和連桿。格柵支架固定于風(fēng)洞試驗(yàn)段兩側(cè)，用于固定格柵；兩格柵支架間平行布置不少于3個(gè)格柵，格柵兩端中點(diǎn)位置設(shè)有銷軸，通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸承與格柵支架連接，格柵能且只能繞各自中心旋轉(zhuǎn)。位于上端和下端的格柵通過彈簧與格柵支架上的橫桿連接，形成扭轉(zhuǎn)振動(dòng)體系。各格柵間通過連桿相互連接，保證同步扭轉(zhuǎn)。
[0006]格柵支架采用井字形狀，兩個(gè)豎桿直接固定在風(fēng)洞地面上，兩個(gè)橫桿分別在接近上端格柵和下端格柵處，為懸掛彈簧方便，格柵支架的橫桿長度超過格柵寬度。格柵支架采用不銹鋼型材或鋼型材制作。
[0007]為保證易于產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)氣動(dòng)自激力，剛性格柵宜采用鈍體截面，作為一種優(yōu)選，可用H型截面，截面寬度20cm至100cm，H型翼緣高度5cm至25cm?？梢圆捎娩X材或鋼材制作格柵。格柵間距不宜超過格柵寬度。
[0008]為保證格柵轉(zhuǎn)動(dòng)自如，剛性連桿與格柵之間宜設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)軸承。
[0009]作為一種風(fēng)洞諧波風(fēng)場的半主動(dòng)模擬裝置，本發(fā)明適用于風(fēng)洞試驗(yàn)中模擬指定頻率和尺度的諧波風(fēng)場，相對于既有被動(dòng)模擬和主動(dòng)模擬措施，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有:
[0010]1，相對于被動(dòng)模擬技術(shù)，本發(fā)明的半主動(dòng)風(fēng)場模擬方法通過調(diào)整參數(shù)組合，可以在較寬范圍內(nèi)產(chǎn)生指定頻率和尺度的諧波氣流，以便測定氣動(dòng)導(dǎo)納，研宄結(jié)構(gòu)抖振特性；
[0011]2，相對于主動(dòng)模擬技術(shù)，本發(fā)明的半主動(dòng)風(fēng)場模擬方法技術(shù)簡單，無需專門強(qiáng)迫振動(dòng)裝置，成本大幅降低，有利于推廣使用。
[0012]3，相對于主動(dòng)模擬技術(shù)，本發(fā)明的半主動(dòng)風(fēng)場模擬方法可以實(shí)現(xiàn)超過5Hz的振動(dòng)頻率，即能夠模擬高頻風(fēng)場。另外，通過改變格柵寬度來實(shí)現(xiàn)不同諧波尺度的模擬。
【附圖說明】
[0013]附圖是本文所述風(fēng)洞試驗(yàn)諧波風(fēng)場半主動(dòng)模擬裝置構(gòu)造圖。
[0014]圖中:1格柵支架；2格柵；3轉(zhuǎn)動(dòng)軸承；4彈簧；5連桿。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案進(jìn)一步說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0016]如附圖所示，諧波風(fēng)場半主動(dòng)模擬裝置有兩組支架I和多個(gè)格柵2及一系列軸承
3、彈簧4和連桿5組成。本裝置橫放于風(fēng)洞試驗(yàn)段內(nèi)，支架I與風(fēng)洞地面連接牢靠。格柵2通過軸承3支撐于支架I上。連桿5將3組格柵2連接牢固，保證共同繞軸承3轉(zhuǎn)動(dòng)。通過選取適當(dāng)格柵2質(zhì)量慣矩、彈簧4剛度和吊點(diǎn)間距，在一定風(fēng)速范圍內(nèi)，諧波風(fēng)場半主動(dòng)模擬裝置下游可產(chǎn)生特定頻率波動(dòng)風(fēng)場。格柵振幅與風(fēng)速相關(guān)，諧波尺度與格柵寬度和振幅相關(guān)。因此，可以通過格柵尺寸、振動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量慣矩、彈簧剛度、彈簧吊點(diǎn)間距等參數(shù)的合理組合，實(shí)現(xiàn)所需頻率和尺度諧波風(fēng)場的模擬。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種風(fēng)洞諧波風(fēng)場的半主動(dòng)模擬裝置，其特征在于，該半主動(dòng)模擬裝置包括格柵支架、格柵、轉(zhuǎn)動(dòng)軸承、彈簧和連桿；格柵支架固定于風(fēng)洞試驗(yàn)段兩側(cè)，用于固定格柵；兩格柵支架間平行布置不少于3個(gè)格柵，格柵兩端的中點(diǎn)位置設(shè)有銷軸，通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸承與格柵支架連接，格柵只能繞各自中點(diǎn)旋轉(zhuǎn)；位于上端和下端的格柵通過彈簧與格柵支架上的橫桿連接，形成扭轉(zhuǎn)振動(dòng)體系；各格柵間通過連桿相互連接，保證同步扭轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半主動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述的格柵支架采用井字形狀，兩個(gè)豎桿直接固定在風(fēng)洞地面上，兩個(gè)橫桿分別在接近上端格柵和下端格柵處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半主動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述的格柵支架上橫桿長度超過格柵寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半主動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述的格柵支架采用不銹鋼型材或鋼型材制作。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半主動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述的格柵支架采用不銹鋼型材或鋼型材制作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5所述的半主動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述的格柵采用鋁型材拼接H型截面，截面寬度20cm至100cm，H型翼緣高度5cm至25cm ;格柵間距不超過格柵寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半主動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述的格柵采用鋁型材拼接H型截面，截面寬度20cm至100cm，H型翼緣高度5cm至25cm ;格柵間距不超過格柵寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半主動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述的格柵采用鋁型材拼接H型截面，截面寬度20cm至100cm，H型翼緣高度5cm至25cm ;格柵間距不超過格柵寬度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、7或8所述的半主動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述的連桿與格柵之間設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)軸承。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半主動(dòng)模擬裝置，其特征在于，所述的連桿與格柵之間設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)軸承。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種風(fēng)洞諧波風(fēng)場的半主動(dòng)模擬裝置，屬于風(fēng)洞試驗(yàn)諧波風(fēng)場模擬方法及裝置。其特征是將彈性約束單自由度扭轉(zhuǎn)格柵置于風(fēng)洞，在某風(fēng)速區(qū)間內(nèi)，利用氣動(dòng)自激力，格柵發(fā)生平穩(wěn)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，振動(dòng)頻率主要取決于彈性系統(tǒng)基頻，格柵后的氣流振動(dòng)單一卓越頻率即為格柵振動(dòng)頻率。風(fēng)速越高，格柵振幅越大，諧波尺寸也隨之越大，便于調(diào)節(jié)和測量。本發(fā)明的效果和益處是用一種簡單、低成本、無需動(dòng)力輸入的方式，在風(fēng)洞試驗(yàn)中產(chǎn)生指定頻率和尺度的諧波氣流。
【IPC分類】G01M9-04
【公開號】CN104596725
【申請?zhí)枴緾N201510036566
【發(fā)明人】許福友, 葛曉萌, 張哲 , 袁良東
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月26日