CN104595293A - 一种组合风场的产生装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合风场产生装置和方法，包括风机、导风管道、脉动风型发生器、半谐波风型发生器和导流板组，脉动风型发生器包括脉动挡风板、气缸以及与气缸工作控制装置；脉动挡风板穿过导风管道其中一个表面沿导风管道横截面设置于导风管道的入风口和出风口之间；气缸的活塞杆连接脉动挡风板；半谐波风型发生器包括半谐波挡风板、连杆和连杆旋转运动驱动装置，半谐波挡风板穿过导风管道其中一个表面沿导风管道横截面设置于导风管道的入风口和出风口之间；半谐波挡风板上设置有水平滑道；连杆一端与水平滑道活动连接，另一端连接连杆旋转运动驱动装置；本发明能产生不同的风型，对不同工况风场环境进行模拟。具有适用领域广、控制简单等优点。

Description

一种组合风场的产生装置和方法

技术领域

本发明涉及一种流体力学领域，特别涉及一种组合风场产生装置和方法。

背景技术

弦线类结构在工程中应用广泛，如架空电缆、客运索道、跨海斜拉桥和高空升降机的缆绳等，其振动问题一直是国内外学者的研究热点。风致激励可能引发弦线类结构震颤失衡现象的产生，在一定的参数范围内，风的作用会破坏弦线类结构垂向平衡构型的稳定性，产生稳态周期振动。如果周期运动的振幅过大，就会危及弦线类结构的安全性和使用寿命。因此对风致激励条件下弦线类结构的振动特性研究以及不良振动的抑制显得至关重要。开发可以产生多种风型的组合型风场发生装置可用于构建试验风场，为弦线类结构提供相应的试验风致激励条件，从而起到科学促进弦线类结构设计和制造的作用。现有的小型风场试验系统对场地通常有一定的要求，且单一风场的生成特性给对象的测试工作带来了一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种方便可靠的组合风场产生装置，该装置能够产生不同的风型，对不同工况风场环境进行模拟。

本发明的另一目的在于提供一种上述装置的组合风场产生方法。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种组合风场产生装置，包括风机、导风管道、脉动风型发生器、半谐波风型发生器和导流板组，所述风机设置于导风管道的入风口；

所述脉动风型发生器包括脉动挡风板、气缸以及与气缸连接的气缸工作控制装置；所述脉动挡风板穿过导风管道其中一个表面，并且沿导风管道横截面设置于导风管道的入风口和出风口之间；所述气缸的活塞杆连接脉动挡风板，通过气缸中活塞杆的动作控制脉动挡风板沿导风管道横截面方向运动；

所述半谐波风型发生器包括半谐波挡风板、连杆和用于驱动连杆做旋转运动的连杆旋转运动驱动装置，所述半谐波挡风板穿过导风管道其中一个表面，沿导风管道横截面设置于导风管道的入风口和出风口之间；所述半谐波挡风板上设置有水平滑道；所述连杆的一端与水平滑道活动连接，另一端连接连杆旋转运动驱动装置，通过连杆的旋转动作控制半谐波挡风板沿导风管道的横截面方向运动；

所述导流板组设置于导风管道的出风口处。

优选的，所述脉动挡风板两侧活动设置在第一导轨上，通过气缸中活塞杆的动作控制脉动挡风板在第一导轨上沿导风管道横截面方向运动。

优选的，所述气缸工作控制装置包括空气压缩机、电磁阀和控制电磁阀打开和关闭状态的电磁阀通断控制器，所述空气压缩机通过电磁阀与气缸连接，所述电磁阀连接电磁阀通断控制器。

优选的，所述半谐波挡风板两侧活动设置于第二导轨上，通过连杆的旋转动作控制半谐波挡风板在第二导轨上沿导风管道的横截面方向运动。

优选的，所述连杆旋转运动驱动装置包括减速齿轮组以及控制减速齿轮组工作的电动机，所述连杆的一端与半谐波挡风板上的水平滑道活动连接，另一端与减速齿轮组的动力输出轴固定连接。

优选的，所述导风管道的入风口处设置有蜂窝器和阻尼网；所述导风管道中的出风口处设置有风速计。

优选的，所述导流板组包括沿导风管道横截面设置的水平导流板和竖直导流板，所述水平导流板和竖直导流板均连接步进电机和联动机构。

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种基于上述组合风场产生装置实现的组合风场产生方法，步骤如下：

S1、开启风机，风机吹出的风通过导风管道的入风口进入到导风管道；根据需要产生的风型控制脉动风型发生器和半谐波风型发生器的工作状态，并且通过导流板组改变导风管道的出风方向；若需要产生脉动风型，则进入步骤S2；若需要产生半谐波风型，则进入步骤S3，若需要产生匀速风型，则进入步骤S4；

S2、脉动风型发生器的气缸工作控制装置控制气缸中活塞杆的动作，脉动挡风板根据活塞杆的动作沿导风管道横截面方向往复运动，通过脉动挡风板的运动控制以脉冲规律变化的导风管道风口面积，产生脉动风型；本步骤中脉动风型发生器控制半谐波挡风板处于打开状态并且处于某一位置，即本步骤中控制半谐波挡风板底部距离导风管道内表面一定的距离；

S3、半谐波风型发生器的连杆旋转运动驱动装置控制连杆做旋转动作，半谐波挡风板根据连杆的旋转动作沿导风管道横截面方向运动，通过半谐波挡风板的运动控制以谐波规律变化的导风管道风口面积，产生半谐波风型；本步骤中脉动风型发生器控制脉动挡风板处于打开状态并且处于某一位置，即本步骤中控制脉动挡风板底部距离导风管道内表面一定的距离；

S4、控制脉动挡风板和半谐波挡风板均处于打开状态，即控制脉动挡风板底部和半谐波挡风板底部距离导风管道表面一定的距离。使得导风管道入风口的风场穿过脉动挡风板和半谐波挡风板后直接从出风口吹出。

优选的，所述气缸工作控制装置包括空气压缩机、电磁阀和控制电磁阀打开和关闭状态的电磁阀通断控制器，所述空气压缩机通过电磁阀与气缸连接，所述电磁阀连接电磁阀通断控制器；

在所述步骤S2中，气缸工作控制装置控制气缸中活塞杆动作的具体过程如下：当电磁阀通断控制器控制电磁阀打开时，空气压缩机的气流通过电磁阀进入到气缸中，推动气缸的活塞杆动作，带动脉动挡风板沿导风管道横截面的运动；当电磁阀通断控制器控制电磁阀关闭时，阻断空气压缩机的气流进入到气缸中，活塞杆恢复到原来的位置上，同时也带动脉动挡风板恢复到原来位置上，得到以脉冲规律变化的导风管道风口面积。

优选的，所述连杆旋转运动驱动装置包括减速齿轮组以及控制减速齿轮组工作的电动机，所述连杆的一端与半谐波挡风板上的水平滑道活动连接，另一端与减速齿轮组的动力输出轴固定连接；

在所述步骤S3中，半谐波风型发生器的连杆旋转运动驱动装置控制连杆做旋转动作的具体过程如下：控制电动机工作，电动机输出的动力通过减速齿轮组带动连杆旋转运动，连杆的旋转运动带动通过水平滑道与连杆连接的半谐波挡风板沿导风管道横截面方向运动，得到以谐波规律变化的导风管道风口面积。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明组合风场产生装置通过脉动风型发生器和半谐波风型发生器产生脉动风型、半谐波风型以及匀速风型，通过导流板组可以实现风场风向的控制，本发明装置可以实现风型、风向和风速的调节，能够对不同工况风场环境进行模拟，可用于研究弦线类结构的振动分析，也可用于农作物分级和风送喷药等研究；具有适用领域广、结构紧凑、安装方便、控制简单和响应迅速的优点。

(2)本发明组合风场产生装置的脉动风型发生器可通过控制气缸工作控制装置中电磁阀通电和断电的频率和周期得到不同的脉动风型；半谐波风型发生器可通过控制连杆旋转运动驱动装置中电动机的转速来调整谐波的角频率，得到不同的半谐波风型。

附图说明

图1a和1b是本发明组合风场产生装置的立体图。

图2是本发明组合风场产生装置的主视图。

图3是本发明组合风场产生装置的主视图的侧视图。

图4是本发明组合风场产生装置的主视图的俯视图。

图5是本发明组合风场产生装置产生的脉动风型特征示意图。

图6是本发明组合风场产生装置产生的半谐波型风型特征示意图

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1至4所示，本实施例公开了一种组合风场产生装置，包括风机、导风管道、脉动风型发生器、半谐波风型发生器和导流板组，风机设置于导风管道的入风口1处，本实施例的导风管道为长方体。

脉动风型发生器包括脉动挡风板4、气缸8以及与气缸8连接的气缸工作控制装置；脉动挡风板4穿过导风管道其中一个表面，并且沿导风管道横截面设置于导风管道的入风口1和出风口17之间；气缸8的活塞杆7顶部与脉动挡风板4两侧中部连接，通过气缸8中活塞杆7的动作控制脉动挡风板4沿导风管道横截面方向往复运动，以控制脉动挡风板4底部与导风管道内表面的距离，通过脉动挡风板4的运动控制以脉冲规律变化的导风管道风口面积，产生脉动风型。在本实施例中脉动挡风板4两侧设置有直线轴承，通过直线轴承活动的设置于第一导轨上5，脉动挡风板通过直线轴承在第一导轨5上滑动，从而通过气缸8中活塞杆7的动作控制脉动挡风板在第一导轨5上沿导风管道横截面方向运动。如图1中所示，第一导轨5和气缸8均固定在支架6上。

在本实施例中气缸工作控制装置包括空气压缩机、电磁阀和控制电磁阀打开和关闭状态的电磁阀通断控制器，空气压缩机通过电磁阀与气缸连接，电磁阀连接电磁阀通断控制器，通过电磁阀通断控制器控制电磁阀通电或断电，以使得电磁阀打开或者关闭。当电磁阀通电时，电磁线圈产生电磁力把阀芯从阀座上提起，阀门打开，空气压缩机的气流通过电磁阀的阀门进入到气缸中，快速推动气缸8的活塞7杆动作，带动脉动挡风板4沿导风管道横截面的运动；当电磁阀断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭，阻断空气压缩机的气流进入到气缸中，空气压缩机不为气缸不提供推力，活塞杆7快速恢复到原来的位置上，同时也带动脉动挡风板4恢复到原来位置上，控制脉动挡风板4在两个位置上的来回运动，从而使得导风管道出现两种风口面积，即得到脉动挡风板4处于导风管道横截面的面积以脉动的规律变化，得到如图5所示的以脉冲规律变化的导风管道风口面积。本实施例通过改变电磁阀通电和断电的频率和周期可以获取到周期不同的脉动风型。由于气缸8活塞杆7的动作为瞬时大行程，因此活塞杆7控制脉动挡风板从一个位置到另一个位置的时间非常快，基本可以忽略不计，因此位置变换过程中脉动挡风板处于导风管道横截面的面积变化忽略不计。

半谐波风型发生器包括半谐波挡风板9、连杆11和用于驱动连杆做旋转运动的连杆旋转运动驱动装置，半谐波挡风板9穿过导风管道其中一个表面，沿导风管道横截面设置于导风管道的入风口1和出风口17之间；半谐波挡风板9上设置有水平滑道18；连杆11的一端与水平滑道18活动连接，另一端连接连杆旋转运动驱动装置；半谐波挡风板9两侧设置有直线轴承，直线轴承活动的设置于第二导轨51上，半谐波挡风板9通过直线轴承在第二导轨51上滑动，从而通过连杆11的旋转动作控制半谐波挡风板在第二导轨上沿导风管道的横截面方向运动。第二导轨51固定在支架6上。

本实施例中，连杆11旋转运动驱动装置包括减速齿轮组13以及控制减速齿轮组工作的电动机10，连杆11的一端与半谐波挡风板9上的水平滑道18活动连接，另一端与减速齿轮组13的动力输出轴固定连接。在本实施例中半谐波挡风板9的水平滑道中设置有滑轮12，连杆的一端与水平滑道18的滑轮12铰接，滑轮12在水平滑道上可实现水平运动。当电动机10工作，电动机10输出的动力通过减速齿轮组13带动连杆11旋转运动，连杆11的旋转运动带动半谐波挡风板9沿导风管道横截面方向按照一定的速度进行往复运动，得到半谐波挡风板9处于导风管道横截面的面积以半谐波的规律变化，从而使得导风管道出现多种风口面积，得到如图6所示的以半谐波规律变化的导风管道风口面积。其中谐波的角频率可以方便的通过调节电机转速来改变，从而得到不同的半谐波风型。

本实施例中导风管道的入风口处设置有用于对风进行整流的蜂窝器2和阻尼网3；导风管道中的出风口处设置有用于测量风速大小的风速计14。本实施例中可以通过调节与风机连接的变频器来改变风机转速从而改变风速的大小。

本实施例中导流板组包括沿导风管道横截面设置的水平导流板15和竖直导流板16。水平导流板15和竖直导流板16均连接步进电机和联动机构，通过步进电机来改变水平导流板15的水平角度和竖直导流板16的竖直角度，以改变分别改变风场与水平线和竖直线之间的角度，从而控制导风管道出风口风场的方向。其中风场的风向变化速度通过控制步进电机的脉冲频率实现。

本实施例还公开了一种通过上述组合风场产生装置实现的组合风场产生方法，步骤如下：

S1、开启风机，风机吹出的风通过导风管道的入风口进入到导风管道，并且通过蜂窝器2和阻尼网3进行整流；根据需要产生的风型控制脉动风型发生器和半谐波风型发生器的工作状态，并且通过控制导流板组中的水平导流板15和竖直导流板16改变导风管道的风场出风方向，通过风速计14测量出风口风场的速度。若需要产生脉动风型，则进入步骤S2；若需要产生半谐波风型，则进入步骤S3，若需要产生匀速风型，则进入步骤S4。

S2、脉动风型发生器的气缸工作控制装置控制气缸8中活塞杆7的动作，脉动挡风板4根据活塞杆7的动作在第一导轨5上沿导风管道横截面方向往复运动，通过脉动挡风板的运动控制以脉冲规律变化的导风管道风口面积，产生脉动风型；其中本步骤中半谐波挡风板处于打开状态，即控制半谐波挡风板9底部距离导风管道内表面一定的距离，以避免脉动风型发生器产生的脉动风型的风场被半谐波挡风板9挡住。

在本实施例中气缸工作控制装置控制气缸中活塞杆7动作的具体过程如下：当电磁阀通断控制器控制电磁阀打开时，空气压缩机的气流通过电磁阀进入到气缸中，推动气缸的活塞杆动作，带动脉动挡风板4沿导风管道横截面的运动；当电磁阀通断控制器控制电磁阀关闭时，阻断空气压缩机的气流进入到气缸中，活塞杆恢复到原来的位置上，同时也带动脉动挡风板4恢复到原来位置上，通过电磁阀打开和关闭状态的控制得到以脉冲规律变化的导风管道风口面积。

S3、半谐波风型发生器的连杆11旋转运动驱动装置控制连杆做旋转动作，半谐波挡风板根据连杆的旋转动作沿导风管道横截面方向运动，通过半谐波挡风板9的运动控制以谐波规律变化的导风管道风口面积，产生半谐波风型；本步骤中脉动风型发生器控制脉动挡风板4处于打开状态，即控制脉动挡风板4底部距离导风管道内表面一定的距离，以避免半谐波风型发生器产生的半谐波风型的风场被脉动挡风板4挡住。

在本步骤中半谐波风型发生器的连杆旋转运动驱动装置控制连杆11做旋转动作的具体过程如下：控制电动机10工作，电动机10输出的动力通过减速齿轮组13带动连杆11旋转运动，连杆11的旋转运动带动通过水平滑道与连杆11连接的半谐波挡风板沿导风管道横截面方向运动，通过电动机10的转动得到以谐波规律变化的导风管道风口面积。其中谐波的角频率可以方便的通过调节电机转速来改变。

S4、控制脉动挡风板4和半谐波挡风板9均处于打开状态，即控制脉动挡风板4底部和半谐波挡风板9底部距离导风管道表面一定的距离。使得导风管道入风口的风场穿过脉动挡风板4和半谐波挡风板9后直接从出风口吹出。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种组合风场产生装置，包括风机，其特征在于，还包括导风管道、脉动风型发生器、半谐波风型发生器和导流板组，所述风机设置于导风管道的入风口；

所述脉动风型发生器包括脉动挡风板、气缸以及与气缸连接的气缸工作控制装置；所述脉动挡风板穿过导风管道其中一个表面，并且沿导风管道横截面设置于导风管道的入风口和出风口之间；所述气缸的活塞杆连接脉动挡风板，通过气缸中活塞杆的动作控制脉动挡风板沿导风管道横截面方向运动；

所述半谐波风型发生器包括半谐波挡风板、连杆和用于驱动连杆做旋转运动的连杆旋转运动驱动装置，所述半谐波挡风板穿过导风管道其中一个表面，沿导风管道横截面设置于导风管道的入风口和出风口之间；所述半谐波挡风板上设置有水平滑道；所述连杆的一端与水平滑道活动连接，另一端连接连杆旋转运动驱动装置，通过连杆的旋转动作控制半谐波挡风板沿导风管道的横截面方向运动；

所述导流板组设置于导风管道的出风口处。

2.根据权利要求1所述的组合风场产生装置，其特征在于，所述脉动挡风板两侧活动设置在第一导轨上，通过气缸中活塞杆的动作控制脉动挡风板在第一导轨上沿导风管道横截面方向运动。

3.根据权利要求1或2所述的组合风场产生装置，其特征在于，所述气缸工作控制装置包括空气压缩机、电磁阀和控制电磁阀打开和关闭状态的电磁阀通断控制器，所述空气压缩机通过电磁阀与气缸连接，所述电磁阀连接电磁阀通断控制器。

4.根据权利要求1所述的组合风场产生装置，其特征在于，所述半谐波挡风板两侧活动设置于第二导轨上，通过连杆的旋转动作控制半谐波挡风板在第二导轨上沿导风管道的横截面方向运动。

5.根据权利要求1或4所述的组合风场产生装置，其特征在于，所述连杆旋转运动驱动装置包括减速齿轮组以及控制减速齿轮组工作的电动机，所述连杆的一端与半谐波挡风板上的水平滑道活动连接，另一端与减速齿轮组的动力输出轴固定连接。

6.根据权利要求1所述的组合风场产生装置，其特征在于，所述导风管道的入风口处设置有蜂窝器和阻尼网；所述导风管道中的出风口处设置有风速计。

7.根据权利要求1所述的组合风场产生装置，其特征在于，所述导流板组包括沿导风管道横截面设置的水平导流板和竖直导流板，所述水平导流板和竖直导流板均连接步进电机和联动机构。

8.一种基于权利要求1所述装置实现的组合风场产生方法，其特征在于，步骤如下：

S1、开启风机，风机吹出的风通过导风管道的入风口进入到导风管道；根据需要产生的风型控制脉动风型发生器和半谐波风型发生器的工作状态，并且通过导流板组改变导风管道的出风方向；若需要产生脉动风型，则进入步骤S2；若需要产生半谐波风型，则进入步骤S3，若需要产生匀速风型，则进入步骤S4；

S2、脉动风型发生器的气缸工作控制装置控制气缸中活塞杆的动作，脉动挡风板根据活塞杆的动作沿导风管道横截面方向往复运动，通过脉动挡风板的运动控制以脉冲规律变化的导风管道风口面积，产生脉动风型；本步骤中半谐波风型发生器控制半谐波挡风板处于打开状态并且处于某一位置；即本步骤中控制半谐波挡风板底部距离导风管道内表面一定的距离；

S3、半谐波风型发生器的连杆旋转运动驱动装置控制连杆做旋转动作，半谐波挡风板根据连杆的旋转动作沿导风管道横截面方向运动，通过半谐波挡风板的运动控制以谐波规律变化的导风管道风口面积，产生半谐波风型；本步骤中脉动风型发生器控制脉动挡风板处于打开状态并且处于某一位置；即本步骤中控制脉动挡风板底部距离导风管道内表面一定的距离；

S4、控制脉动挡风板底部和半谐波挡风板底部距离导风管道表面一定的距离。

9.根据权利要求8所述的组合风场产生方法，其特征在于，所述气缸工作控制装置包括空气压缩机、电磁阀和控制电磁阀打开和关闭状态的电磁阀通断控制器，所述空气压缩机通过电磁阀与气缸连接，所述电磁阀连接电磁阀通断控制器；

在所述步骤S2中，气缸工作控制装置控制气缸中活塞杆动作的具体过程如下：当电磁阀通断控制器控制电磁阀打开时，空气压缩机的气流通过电磁阀进入到气缸中，推动气缸的活塞杆动作，带动脉动挡风板沿导风管道横截面的运动；当电磁阀通断控制器控制电磁阀关闭时，阻断空气压缩机的气流进入到气缸中，活塞杆恢复到原来的位置上，同时也带动脉动挡风板恢复到原来位置上，得到以脉冲规律变化的导风管道风口面积。

10.根据权利要求8所述的组合风场产生方法，其特征在于，所述连杆旋转运动驱动装置包括减速齿轮组以及控制减速齿轮组工作的电动机，所述连杆的一端与半谐波挡风板上的水平滑道活动连接，另一端与减速齿轮组的动力输出轴固定连接；

在所述步骤S3中，半谐波风型发生器的连杆旋转运动驱动装置控制连杆做旋转动作的具体过程如下：控制电动机工作，电动机输出的动力通过减速齿轮组带动连杆旋转运动，连杆的旋转运动带动通过水平滑道与连杆连接的半谐波挡风板沿导风管道横截面方向运动，得到以谐波规律变化的导风管道风口面积。