风洞谐波风场的半主动模拟装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模拟谐波风场的风洞试验装置，具体涉及到利用弹性悬挂钝体断面格栅振动系统在特定条件下产生稳定扭转振动来模拟指定频率和尺度的谐波风场的装置。
【背景技术】
[0002]风洞试验是研宄结构抗风性能的主要方法之一，而风场模拟又是风洞试验的重要组成部分。一般的风洞试验可以采用固定不动的横竖格栅装置来被动产生紊流风场，优点在于技术简单，实现方便，但产生的紊流风场有多种频率，且格栅后随距离增大，紊流特征变化很大。日本宫崎大学建造有99个风扇的主动风洞，可以实现不同频率脉动风场的模拟，但造价相当昂贵，不便于推广。意大利学者Cigada、Diana等人开发了主动格栅技术，可以在风动中控制形成单一频率的波动流，我国同济大学、湖南大学等单位也开发了类似装置，但是整套装置需要电机等驱动装置。一方面，费用较高(十几到几十万元不等)；另一方面，振动频率也一般不超过5Hz ;还有，所用格栅尺寸宽度一般都不超过50cm，因此产生的紊流风场涡旋尺度范围较窄。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是，针对风洞试验的需要，提供一种方便模拟特定频率和尺度谐波风场的装置。
[0004]为实现上述目的，本发明的技术方案是将约束竖向和侧向自由度，而弹性约束单自由度扭转的钝体断面格栅横置于风洞，通过调整弹簧刚度、弹簧吊点间距、振动系统质量、质量惯矩、格栅宽度等参数，在特定风速区间内，利用气动自激力，使格栅发生平稳扭转往复运动，由此可以产生指定频率范围和尺度范围的谐波风场。因为本装置产生的谐波频率和尺度可以通过不同参数组合来调整，而且无需其他外加激励(如电机)，因此属于一种半主动模拟装置。
[0005]风洞谐波风场的半主动模拟装置包括格栅支架、格栅、转动轴承、弹簧和连杆。格栅支架固定于风洞试验段两侧，用于固定格栅；两格栅支架间平行布置不少于3个格栅，格栅两端中点位置设有销轴，通过转动轴承与格栅支架连接，格栅能且只能绕各自中心旋转。位于上端和下端的格栅通过弹簧与格栅支架上的横杆连接，形成扭转振动体系。各格栅间通过连杆相互连接，保证同步扭转。
[0006]格栅支架采用井字形状，两个竖杆直接固定在风洞地面上，两个横杆分别在接近上端格栅和下端格栅处，为悬挂弹簧方便，格栅支架的横杆长度超过格栅宽度。格栅支架采用不锈钢型材或钢型材制作。
[0007]为保证易于产生扭转气动自激力，刚性格栅宜采用钝体截面，作为一种优选，可用H型截面，截面宽度20cm至100cm，H型翼缘高度5cm至25cm。可以采用铝材或钢材制作格栅。格栅间距不宜超过格栅宽度。
[0008]为保证格栅转动自如，刚性连杆与格栅之间宜设置转动轴承。
[0009]作为一种风洞谐波风场的半主动模拟装置，本发明适用于风洞试验中模拟指定频率和尺度的谐波风场，相对于既有被动模拟和主动模拟措施，本发明的优点有:
[0010]1，相对于被动模拟技术，本发明的半主动风场模拟方法通过调整参数组合，可以在较宽范围内产生指定频率和尺度的谐波气流，以便测定气动导纳，研宄结构抖振特性；
[0011]2，相对于主动模拟技术，本发明的半主动风场模拟方法技术简单，无需专门强迫振动装置，成本大幅降低，有利于推广使用。
[0012]3，相对于主动模拟技术，本发明的半主动风场模拟方法可以实现超过5Hz的振动频率，即能够模拟高频风场。另外，通过改变格栅宽度来实现不同谐波尺度的模拟。
【附图说明】
[0013]附图是本文所述风洞试验谐波风场半主动模拟装置构造图。
[0014]图中:1格栅支架；2格栅；3转动轴承；4弹簧；5连杆。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图和技术方案进一步说明本发明的【具体实施方式】。
[0016]如附图所示，谐波风场半主动模拟装置有两组支架I和多个格栅2及一系列轴承
3、弹簧4和连杆5组成。本装置横放于风洞试验段内，支架I与风洞地面连接牢靠。格栅2通过轴承3支撑于支架I上。连杆5将3组格栅2连接牢固，保证共同绕轴承3转动。通过选取适当格栅2质量惯矩、弹簧4刚度和吊点间距，在一定风速范围内，谐波风场半主动模拟装置下游可产生特定频率波动风场。格栅振幅与风速相关，谐波尺度与格栅宽度和振幅相关。因此，可以通过格栅尺寸、振动系统质量惯矩、弹簧刚度、弹簧吊点间距等参数的合理组合，实现所需频率和尺度谐波风场的模拟。
【主权项】
1.一种风洞谐波风场的半主动模拟装置，其特征在于，该半主动模拟装置包括格栅支架、格栅、转动轴承、弹簧和连杆；格栅支架固定于风洞试验段两侧，用于固定格栅；两格栅支架间平行布置不少于3个格栅，格栅两端的中点位置设有销轴，通过转动轴承与格栅支架连接，格栅只能绕各自中点旋转；位于上端和下端的格栅通过弹簧与格栅支架上的横杆连接，形成扭转振动体系；各格栅间通过连杆相互连接，保证同步扭转。
2.根据权利要求1所述的半主动模拟装置，其特征在于，所述的格栅支架采用井字形状，两个竖杆直接固定在风洞地面上，两个横杆分别在接近上端格栅和下端格栅处。
3.根据权利要求1或2所述的半主动模拟装置，其特征在于，所述的格栅支架上横杆长度超过格栅宽度。
4.根据权利要求1或2所述的半主动模拟装置，其特征在于，所述的格栅支架采用不锈钢型材或钢型材制作。
5.根据权利要求3所述的半主动模拟装置，其特征在于，所述的格栅支架采用不锈钢型材或钢型材制作。
6.根据权利要求1、2或5所述的半主动模拟装置，其特征在于，所述的格栅采用铝型材拼接H型截面，截面宽度20cm至100cm，H型翼缘高度5cm至25cm ;格栅间距不超过格栅宽度。
7.根据权利要求3所述的半主动模拟装置，其特征在于，所述的格栅采用铝型材拼接H型截面，截面宽度20cm至100cm，H型翼缘高度5cm至25cm ;格栅间距不超过格栅宽度。
8.根据权利要求4所述的半主动模拟装置，其特征在于，所述的格栅采用铝型材拼接H型截面，截面宽度20cm至100cm，H型翼缘高度5cm至25cm ;格栅间距不超过格栅宽度。
9.根据权利要求1、2、5、7或8所述的半主动模拟装置，其特征在于，所述的连杆与格栅之间设置转动轴承。
10.根据权利要求6所述的半主动模拟装置，其特征在于，所述的连杆与格栅之间设置转动轴承。
【专利摘要】本发明提供了一种风洞谐波风场的半主动模拟装置，属于风洞试验谐波风场模拟方法及装置。其特征是将弹性约束单自由度扭转格栅置于风洞，在某风速区间内，利用气动自激力，格栅发生平稳扭转振动，振动频率主要取决于弹性系统基频，格栅后的气流振动单一卓越频率即为格栅振动频率。风速越高，格栅振幅越大，谐波尺寸也随之越大，便于调节和测量。本发明的效果和益处是用一种简单、低成本、无需动力输入的方式，在风洞试验中产生指定频率和尺度的谐波气流。
【IPC分类】G01M9-04
【公开号】CN104596725
【申请号】CN201510036566
【发明人】许福友, 葛晓萌, 张哲 , 袁良东
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月26日