CN104280204A

CN104280204A - 一种风洞

Info

Publication number: CN104280204A
Application number: CN201410510731.0A
Authority: CN
Inventors: 龚明; 梁建英; 张志强; 刘韶庆; 陈大伟; 王维斌; 邓小军; 崔洪举
Original assignee: CSR Qingdao Sifang Locomotive and Rolling Stock Co Ltd
Current assignee: CRRC Qingdao Sifang Co Ltd
Priority date: 2014-09-28
Filing date: 2014-09-28
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2034-09-28
Also published as: CN104280204B

Abstract

本发明涉及流体力学设备，具体涉及一种用于轨道车辆综合气候环境试验与空气动力学试验的风洞。该风洞包括洞体，所述洞体为环形流道，在洞体内设有用于产生气流的通风系统，所述洞体上还设置有环境模拟系统和空气动力学模拟系统；所述环境模拟系统用于控制所述洞体内的气候条件；所述空气动力学模拟系统用于使所述气流形成气动流场。该风洞不仅可以进行轨道交通车辆整车实车的气候环境试验，也可以进行轨道交通车辆缩比模型的空气动力学试验；在满足轨道车辆试验需求的基础上，还可以用于航空航天、汽车、建筑等领域的相关环境试验和空气动力学试验。

Description

一种风洞

技术领域

本发明涉及流体力学设备，尤其涉及一种用于轨道车辆综合气候环境试验与空气动力学试验的风洞。

背景技术

目前，气候环境的适应性是轨道交通车辆设计的主要考虑因素，而针对不同气候环境的试验测试能力是轨道车辆设计、优化、生产制造的重要保障。高低温、雨雪、积冰等恶劣气候环境对轨道车辆的安全、高效运行造成重大影响。在轨道车辆的设计过程中，需要采取有效措施，最大限度地消除恶劣气候条件对车辆运行所造成的不利影响，使其完全具有全天候运行功能。目前国内并没有针对轨道车辆进行综合气候环境试验的风洞。

空气动力学性能是高速列车研发的主要考虑因素，气动性能试验是高速列车气动设计的重要手段，而风洞试验是高速列车气动设计的重要手段。数值计算、风洞实验、实车线路实验，已成为解决列车空气动力学问题的相互联系、相互补充和相互验证的三种手段。目前国内现有风洞多针对于航空航天、汽车、建筑等领域，并没有针对轨道车辆进行空气动力学试验的风洞。

因此，针对以上不足，需要一种不仅可以进行轨道交通车辆整车实车的气候环境试验，也可以进行轨道交通车辆缩比模型的空气动力学试验的风洞。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种风洞，使得不仅可以进行轨道交通车辆整车实车的气候环境试验，也可以进行轨道交通车辆缩比模型的空气动力学试验的风洞。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种风洞，其包括洞体，所述洞体为环形流道，在洞体内设有用于产生气流的通风系统，所述洞体上还设置有环境模拟系统和空气动力学模拟系统；所述环境模拟系统用于控制所述洞体内的气候条件；所述空气动力学模拟系统用于使所述气流形成气动流场。

其中，所述环境模拟系统包括温湿度调控单元、太能辐射单元和雨雪冰调控单元；

所述温湿度调控单元包括温度调控机组、湿度调控机组和换热器，所述换热器位于洞体内，所述温度调控机组与换热器连接，用于调节洞体内的温度；所述湿度调控机组设置在洞体上，用于调节洞体内的湿度；

所述太能辐射单元包括支架、传感器和多个辐射灯，所述多个辐射灯通过支架铰接在所述洞体的侧壁和顶部；所述传感器设置在所述洞体内，用于感测所述多个辐射灯产生的光强；

所述雨雪冰调控单元包括造雪机组、水处理机组和喷射装置，所述喷射装置上设有多个喷头，所述多个喷头可移动地安装于洞体内，所述造雪机组和水处理机组分别与所述多个喷头连接。

其中，所述环境模拟系统还包括轮轴驱动单元，所述轮轴驱动单元设置在洞体内，用于驱动待测轨道车辆的车轮旋转。

其中，所述空气动力学模拟系统包括依次连接的收缩段、测试段和扩散段，所述收缩段、测试段和扩散段分别可移动地安装于洞体内，所述收缩段内设有旋转地板，所述旋转地板用于支撑并带动车辆缩比模型发生偏转。

其中，所述收缩段、测试段和扩散段的底部分别设有滑轮；所述洞体内设有滑轨；所述滑轮安装在滑轨上。

其中，所述旋转地板包括支撑板、转台、吸气装置和吹气装置；所述吸气装置和吹气装置分别安装在支撑板上；所述支撑板安装在转台上，并在转台带动下旋转；所述转台安装在收缩段上。

其中，所述收缩段和扩散段的形状均为喇叭状或角锥状。

其中，所述通风系统包括风机，所述风机位于洞体内。

其中，所述洞体的拐角处分别设有导流片，在所述洞体内设有测试区域，所述环境模拟系统和空气动力学模拟系统共用所述测试区域，所述空气动力学模拟系统的试验段插入至所述测试区域内，并与所述环境模拟系统进行切换。

其中，该风洞还包括操作平台，所述操作平台通过控制单元与所述通风系统、环境模拟系统和空气动力学模拟系统电连接。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明风洞不仅可以进行轨道交通车辆整车实车的气候环境试验，也可以进行轨道交通车辆缩比模型的空气动力学试验；在满足轨道车辆试验需求的基础上，还可以用于航空航天、汽车、建筑等领域的相关环境试验和空气动力学试验；利用环境模拟系统可以高质量模拟不同风速、不同温湿度、太阳辐射、雨、雪、冰等自然界常见气候条件，综合度较高；利用空气动力学模拟系统在保证较高风速的基础上具有较高的气动流场品质。

附图说明

图1为本发明实施例的原理示意图；

图2为本发明实施例环境模拟系统的示意图；

图3为本发明实施例空气动力学模拟系统的示意图；

图4为本发明实施例洞体为卧式的俯视图；

图5为本发明实施例洞体为卧式的正视图；

图6为本发明实施例洞体为立式的俯视图；

图7为本发明实施例洞体为立式的正视图。

其中，1：洞体；2：通风系统；3：环境模拟系统；4：空气动力学模拟系统；5：温湿度调控单元；6：太能辐射单元；7：雨雪冰调控单元；8：轮轴驱动单元；9：辅助能源单元；10：操作平台；11：控制单元；12：导流片；13：车辆缩比模型；41：收缩段；42：测试段；43：扩散段；44：滑轮；45：滑轨；46：支撑板；47：转台；51：温度调控机组；52：湿度调控机组；53：换热器；61：辐射灯；71：水处理机组；72：喷射装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；除非另有说明，“缺口状”的含义为除截面平齐外的形状。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供一种风洞，其包括洞体1、通风系统2、环境模拟系统3和空气动力学模拟系统4；洞体1为环形流道，通过通风系统2在洞体1内形成循环气流，通风系统2可以采用大型轴流风机及喷嘴组成，不仅可带动整个风洞空间内的气体流动及循环，还可满足在高低温环境下气流带动换热器的热、冷量循环的要求，以及满足雨雪等气候环境下的风速要求等。此外，通风系统2在满足各种气候条件下的风量、风速要求的同时，还能克服整个风洞整体的系统阻力。空气动力学模拟系统4用于使气流形成不同流场，以有效进行空气动力学试验；环境模拟系统3用于控制洞体1内的气候条件，可模拟不同的环境，例如：可模拟不同风速、不同温度、不同湿度、太阳辐射、降雨降雪、冻雨、积冰；具体而言，气候环境试验风速范围：0～350km/h；空气动力学试验风速范围：0～500km/h；温度范围：-50℃～+60℃；湿度范围：10％～98％；太阳辐射强度范围：200～1200W/m²；降雨强度范围：20～250mm/h。该风洞不仅可以进行轨道车辆单个气候环境下的试验测试，也可进行多个综合气候条件下的试验测试，如可以模拟温湿、湿热环境、高温加辐射环境、高寒加辐射环境等。

如图2所示，本实施例环境模拟系统3包括温湿度调控单元5、太能辐射单元6和雨雪冰调控单元7；

其中，温湿度调控单元5包括温度调控机组51、湿度调控机组52和换热器53，温度调控机组51与换热器53连接，换热器53位于洞体1内，用于调节洞体1内的温度；温度调控机组51具有制冷、制热功能，可采用压缩式制冷方式进行降温，采用辅助电加热或蒸汽加热方式进行升温；相应地，湿度调控机组52具有加湿及除湿功能，可采用蒸汽方式进行加湿，采用冷冻除湿方式进行除湿。

其中，太能辐射单元6包括支架、传感器和多个辐射灯61，多个辐射灯61设置在洞体1内，并与支架铰接，可连续有效调整辐射角度，传感器用于感测多个辐射灯61产生的光强；优选地，多个辐射灯61均匀地布置在洞体1的侧壁和顶部。当然，太能辐射单元6为了实现更好控制及方便调节，其还可以设有稳压器、控制柜及温控系统，在本实施例太能辐射单元6的基础上进行的任何改造均属于本发明的保护范围。

其中，雨雪冰调控单元7包括造雪机组、水处理机组71和喷射装置72，造雪机组和水处理机组71分别与喷射装置72连接，喷射装置72可移动地安装于洞体1内。喷射装置72包括多个喷头，多个喷头可移动地安装于洞体1内测试区域的顶部和前部，可使雨雪覆盖在整个测试区域，采用可移动式的喷射末端可以随意变换喷头位置，可以将雨雪喷射到转向架、设备舱等车下区域。而对于积冰、冻雨气候条件而言，其是低温环境与降雨、降雪组合实现的，通过间断式喷淋降水的方式，在风洞环境温度逐步降低到零度以下的过程中，逐渐形成冻雨、积冰。试验结束后，冻雨、积冰通过加热融冰装置融合后，由排水设施排出风洞外。

本实施例中环境模拟系统3还包括轮轴驱动单元8，轮轴驱动单元8设置在洞体1内；可采用驱动轮带动轨道车辆车轮旋转的方式模拟车轮的转动工况，可以模拟恒速、加速、减速、制动等工况。值得说明，环境模拟系统3的结构及可模拟的环境条件并不局限于此，还可以在此基础上增加其它模拟系统，例如辅助能源单元9，其它自然界气候条件也可以实现模拟，综合程度较高。

本实施例中兼有空气动力学试验与气候环境试验的功能，气候环境试验向空气动力学试验的转换，通过在测试区域插入空气动力学系统试验段的方式实现。

如图3所示，空气动力学模拟系统4包括依次连接的收缩段41、测试段42和扩散段43，其中收缩段41、测试段42和扩散段43分别可移动地安装于洞体1内。收缩段41和扩散段43的形状可以为喇叭形或者角锥形。在收缩段41内设有旋转地板，旋转地板用于支撑并带动车辆缩比模型13发生偏转。

该收缩段41、测试段42和扩散段43可采用钢制板壳结构。同时，为方便其进出环境试验段，优选地，收缩段41、测试段42和扩散段43的底部分别设有滑轮44和与滑轮44连接的滑轨45。当然，对于滑轮44和滑轨45也可以为替换为具有车轮的移动小车，小车通过铺设在风洞地面的轨道移动，使不同部分之间依次进入风洞。收缩段41、测试段42和扩散段43之间可通过法兰联接，并进行密封。

本实施例空气动力学试验测试段具有较高的气动流场品质，旋转地板具有360度旋转能力，最小旋转角度小于0.2度，可模拟侧风效应。旋转地板包括支撑板46、转台47、吸气装置和吹气装置；吸气装置和吹气装置分别安装在支撑板46上；支撑板46安装在转台47上，并在转台47带动下进行旋转。从而带动列车模型旋转。将测力天平内置在列车模型内部，可对模型实现气动力的测量。在支撑板46加装吸气装置，吸除地面边界层，也可加装吹气装置，模拟地面移动。

如图4-7所示，对于该风洞而言，从整体布局上分为立式及卧式结构两种，立式结构可有效减少占地面积，而卧式结构相比立式可降低土建、设备安装方面的工程技术难度。对于立式及卧式结构都具有气候环境试验和空气动力学性能试验功能，风洞内各种设备布置一致，只是外围洞体建筑或卧式或立式。本实施仅针对卧式布局进行说明，立式布局同样通用。在洞体1的拐角处分别设有导流片12，以保证形成稳定的环流。值得说明，不论风洞整体结构是立式布置还是卧式布置，或是倾斜布置等各种布置形式，都属于本发明的保护范围。

同时，洞体1内设有测试区域，环境模拟系统3和空气动力学模拟系统4共用一个测试区域。其中，空气动力学模拟系统4的试验段可插入至该测试区域内，并与环境模拟系统3进行切换，从而实现整车实车的气候环境测试功能向缩比模型的空气动力学测试功能的转换。

此外，本实施例风洞还包括操作平台10，操作平台10通过控制单元11与通风系统2、环境模拟系统3和空气动力学模拟系统4电连接，所有系统可通过控制单元11集成控制，将单个子系统的测试及控制系统以及风洞内各种辅助设备的控制系统集成在一个统一的操控平台上，对各种气候试验系统及各类设备统一管理。可以根据试验项目需求，设置不同的试验模块，不同测试项目的试验数据。可以同步采集并通过图表等形式实时进行后处理，提高试验效率，降低试验成本。

综上所述，本发明风洞不仅可以进行轨道交通车辆整车实车的气候环境试验，也可以进行轨道交通车辆缩比模型的空气动力学试验；在满足轨道车辆试验需求的基础上，还可以用于航空航天、汽车、建筑等领域的相关环境试验和空气动力学试验；利用环境模拟系统可以高质量模拟不同风速、不同温湿度、太阳辐射、雨、雪、冰等自然界常见气候条件，综合度较高；利用空气动力学模拟系统在保证较高风速的基础上具有较高的气动流场品质。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims

1.一种风洞，包括洞体(1)，所述洞体(1)为环形流道，在洞体(1)内设有用于产生气流的通风系统(2)，其特征在于，所述洞体(1)上还设置有环境模拟系统(3)和空气动力学模拟系统(4)；所述环境模拟系统(3)用于控制所述洞体(1)内的气候条件；所述空气动力学模拟系统(4)用于使所述气流形成气动流场。

2.根据权利要求1所述的风洞，其特征在于，所述环境模拟系统(3)包括温湿度调控单元(5)、太能辐射单元(6)和雨雪冰调控单元(7)；

所述温湿度调控单元(5)包括温度调控机组(51)、湿度调控机组(52)和换热器(53)，所述换热器(53)位于洞体(1)内，所述温度调控机组(51)与换热器(53)连接，用于调节洞体(1)内的温度；所述湿度调控机组(52)设置在洞体(1)上，用于调节洞体(1)内的湿度；

所述太能辐射单元(6)包括支架、传感器和多个辐射灯(61)，所述多个辐射灯(61)通过支架铰接在所述洞体(1)的侧壁和顶部；所述传感器设置在所述洞体(1)内，用于感测所述多个辐射灯(61)产生的光强；

所述雨雪冰调控单元(7)包括造雪机组、水处理机组(71)和喷射装置(72)，所述喷射装置(72)上设有多个喷头，所述多个喷头可移动地安装于洞体(1)内，所述造雪机组和水处理机组(71)分别与所述多个喷头连接。

3.根据权利要求2所述的风洞，其特征在于，所述环境模拟系统(3)还包括轮轴驱动单元(8)，所述轮轴驱动单元(8)设置在洞体(1)内，用于驱动待测轨道车辆的车轮旋转。

4.根据权利要求1所述的风洞，其特征在于，所述空气动力学模拟系统(4)包括依次连接的收缩段(41)、测试段(42)和扩散段(43)，所述收缩段(41)、测试段(42)和扩散段(43)分别可移动地安装于洞体(1)内，所述收缩段(41)内设有旋转地板，所述旋转地板用于支撑并带动车辆缩比模型(13)发生偏转。

5.根据权利要求4所述的风洞，其特征在于，所述收缩段(41)、测试段(42)和扩散段(43)的底部分别设有滑轮(44)；所述洞体(1)内设有滑轨(45)；所述滑轮(44)安装在滑轨(45)上。

6.根据权利要求4所述的风洞，其特征在于，所述旋转地板包括支撑板(46)、转台(47)、吸气装置和吹气装置；所述吸气装置和吹气装置分别安装在支撑板(46)上；所述支撑板(46)安装在转台(47)上，并在转台(47)带动下旋转；所述转台(47)安装在收缩段(41)上。

7.根据权利要求4所述的风洞，其特征在于，所述收缩段(41)和扩散段(43)的形状均为喇叭状或角锥状。

8.根据权利要求1所述的风洞，其特征在于，所述通风系统(2)包括风机，所述风机位于洞体(1)内。

9.根据权利要求1所述的风洞，其特征在于，所述洞体(1)的拐角处分别设有导流片(12)，在所述洞体(1)内设有测试区域，所述环境模拟系统(3)和空气动力学模拟系统(4)共用所述测试区域，所述空气动力学模拟系统(4)的试验段插入至所述测试区域内，并与所述环境模拟系统(3)进行切换。

10.根据权利要求1所述的风洞，其特征在于，还包括操作平台(10)，所述操作平台(10)通过控制单元(11)与所述通风系统(2)、环境模拟系统(3)和空气动力学模拟系统(4)电连接。