CN104614148B - 一种应用于地形模型风场特性风洞试验的移动测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于地形模型风场特性风洞试验的移动测试装置。所述移动测试装置包括测试支架系统、支架固定系统以及支架转盘系统；所述测试支架系统包括纵向布置的外伸支架以及装在外伸支架上的多根竖向布置的支架吊杆，所述支架吊杆上装有可绕支架吊杆旋转、且可沿着支架吊杆长度方向竖向移动的探头支架；所述支架固定系统包括横向布置的支架横梁以及装在支架横梁上的多根用于支撑在地面上的支架立柱；所述支架转盘系统自身可转动，且可沿外伸支架的长度方向纵向移动，还可沿着支架横梁的长度方向横向移动。本发明的测试装置能使测试探头等风速测试仪器在水平面及竖直面内可连续调节,并在地形模型上能够准确地测量各点的风场特性。

Description

一种应用于地形模型风场特性风洞试验的移动测试装置

技术领域

本发明涉及地形模型风场特性风洞试验中的测试装置，尤其涉及多测点、大范围、大尺度的复杂地形模型风场特性的测试。

背景技术

在地形复杂的山区建造桥梁，需要通过桥址区地形模型风洞试验以获得桥址区的平均风速、脉动风速等风特性参数，从而为桥梁的抗风设计与施工提供科学依据。此外，在复杂的山区地形进行风电场宏观和微观选址时，也要明确风电场址处的风场特性参数，从而为风机的高效、安全运营提供保障。目前进行风洞试验时风速的测量主要有风洞固有探头和坐式支架携带探头两种装置。这两种装置都是针对于常规风洞试验中（如桥梁节段模型测力试验）的风速测量，当进行桥址区或风电场大尺度的复杂地形模型风场特性的风洞试验时，由于要测量多点、大范围的风场特性，就需要一个可方便移动且测量精度较高的风速测试装置。风洞固有探头无法移动，这在复杂地形模型风场特性的风洞试验中无法使用，而座式支架携带探头的装置在复杂地形上难以固定，且在较大的来流风下容易倾倒，这也无法完成复杂地形模型风场特性的风洞试验要求。

目前针对复杂地形模型风场特性的风洞试验还没有专门的风速测试装置，试验时所用装置大多为旧装置的改进或在此基础上的简单再加工。由于没有进行针对性的设计和论证，这些改进的装置在试验时效率较低，且无法保证试验数据的可靠性以及装置使用的连续性。

发明内容

本发明旨在提供一种使测试探头等风速测试仪器在水平面及竖直面内均可连续调节以及在地形模型上能够准确地测量各点风场特性的测试装置。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种应用于地形模型风场特性风洞试验的移动测试装置，其结构特点是，包括测试支架系统、支架固定系统以及支架转盘系统；所述测试支架系统通过支架转盘系统可绕支架固定系统水平转动，且该测试支架系统可沿支架固定系统水平横向移动与水平纵向移动；

所述测试支架系统包括与支架转盘系统相连的外伸支架，纵向布置的外伸支架上装有多根竖向布置的支架吊杆，所述支架吊杆上装有可绕支架吊杆旋转、且可沿着支架吊杆长度方向竖向移动的探头支架；

所述支架固定系统包括与支架转盘系统相连的支架横梁，横向布置的支架横梁上装有多根用于支撑在地面上的支架立柱；

所述支架转盘系统自身可转动，且可沿外伸支架的长度方向纵向移动，还可沿着支架横梁的长度方向横向移动。

由此，通过移动或转动相应的结构部件，从而达到调整测试探头位置的目的，一方面可以保证测试探头等风速测试仪器在复杂地形模型上实现三维空间方向上的灵活移动，另一方面，可保证测试探头等风速测试仪器可以较准确地测试出复杂地形模型上的平均风速和脉动风速。

以下为本发明的进一步改进的技术方案：

为了更方便地调整支架吊杆的位置，所述支架吊杆的顶端通过前支架双向套管、中支架双向套管和后支架双向套管装在外伸支架上，并可沿着外伸支架的长度方向纵向移动，同时支架吊杆可通过前支架双向套管、中支架双向套管和后支架双向套管做竖向移动。

为了更方便地调整支架立柱的位置，所述支架立柱的顶端通过支架立柱的双向套管装在支架横梁上，并可沿着支架横梁的长度方向横向移动，同时支架横梁可通过支架立柱的双向套管沿着支架立柱的长度方向竖向移动。

作为一种具体的结构形式，所述支架转盘系统包括上转盘和可相对上转盘水平旋转的下转盘；所述上转盘通过上转盘套管与所述外伸支架和支架横梁中的一根相连，所述下转盘通过下转盘套管与所述外伸支架和支架横梁中的另一根相连。更进一步地，所述上转盘上开有弧形滑槽，所述下转盘上开有与上转盘的弧形滑槽位置对应的弧形滑槽，在所述上转盘的弧形滑槽和下转盘的弧形滑槽内装有导向限位结构。最优选地，所述导向限位结构为紧固件，如螺栓螺母结构，由此在限定上转盘和下转盘横向位置和竖向位置的同时，也方便导引上转盘和下转盘相对转动。

优选地，所述探头支架包括装在支架吊杆上的探头支架套管和固定在探头支架套管上的至少三根悬臂杆，且悬臂杆的长度为支架吊杆直径的10倍以上,由于此时测试探头等仪器距离支架吊杆较远，因而测试探头等仪器受支架气动干扰的影响较小。

为了方便在支架吊杆调整到位时临时插入地形模型以更好地固定整个移动测试装置，所述支架吊杆的底部呈针尖状。

优选地，所述支架吊杆至少为三根，支架吊杆与支座固定系统共同固定整个测试装置。

优选地，所述支架立柱底端装有支架底座，以方便将移动测试装置支撑在地面上，从而提高整个装置的稳定性。

本发明的工作过程和工作原理是：将支架立柱的底座放在地形模型底部（即风洞地板上）或者当地形模型较小时可放在地形模型外面，从而为整个支架系统提供稳定的支撑。测试探头固定于探头支架上，而探头支架通过探头支架套管可沿支架吊杆上下移动或绕其转动；支架吊杆与外伸支架连接，并可沿外伸支架纵向移动，且其自身还可竖向移动，而外伸支架则通过支架转盘与支架横梁连接；支架转盘自身可转动，也可沿外伸支架的长度方向纵向移动，还可沿着支架横梁的长度方向横向移动。如此一来，通过支架吊杆、外伸支架以及支架转盘的作用，探头支架就可实现水平面和竖直面内连续移动，且还可绕支架吊杆进行转动，由此就可实现探头支架在三维空间方向的灵活移动。测试探头等仪器通过三根悬臂杆固定于探头支架上，三根悬臂杆的长度为支架吊杆直径的10倍以上，由于此时测试探头等仪器距离支架吊杆较远，因而测试探头等仪器受支架气动干扰的影响较小；另一方面，测试探头等仪器固定在探头支架上，在支架横梁、支架立柱以及三根支架吊杆的共同支撑下，能使测试探头等仪器在来流风作用下保持稳定。综上所述，通过上述装置一方面可以保证测试探头等风速测试仪器在复杂地形模型上实现三维空间方向上的灵活移动，另一方面，可保证测试探头等风速测试仪器可以较准确地测试出复杂地形模型上的平均风速和脉动风速。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）能实现在起伏不平的复杂地形模型上固定，且在较大的来流风速下不会倾倒。

（2）能够在不移动整个测试装置位置的情况下，通过移动或转动探头支架、支架吊杆以及支架转盘就可方便地测量较大范围内空间各点的风场特性参数，适于多测点、大范围、大尺度的复杂地形模型风场特性的测试。

（3）当地形模型需要转动以测试其它风向角度的风场特性时，无需转动整个测试装置，只需转动支架转盘即可。

（4）测试探头等风速测试仪器固定在探头支架上，在支架横梁、支架立柱以及三根支架吊杆的共同支撑下，能使测试探头等仪器在来流风作用下保持稳定；此外，测试探头等风速测试仪器距离探头支架的距离为支架吊杆直径的10倍以上，因而测试探头等风速测试仪器受支架气动干扰的影响较小，以上技术能保证测试探头测试出的平均风速和脉动风速均具有较高的精度。

（5）本发明装置的所有部件均可拆卸，这在试验时可方便组装，而在试验完成后可方便拆除、存放，且占地少。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

附图说明

图1是本发明一种实施例的移动测试装置结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1的俯视图；

图4是本发明所述的支架转盘系统的构造图；

图5是图4的俯视图。

在图中：

1-测试支架系统；2-支架固定系统；3-支架转盘系统；4-支架横梁；5-支架立柱；6-支架底座；7-前支架双向套管；8-中支架双向套管；9-后支架双向套管；10-外伸支架；11-探头支架套管；12-上转盘套管；13-下转盘套管；14-上转盘；15-下转盘；16-弧形滑槽；17-支架立柱的双向套管；18-限位螺栓；19-探头支架；20-支架吊杆；21-悬臂杆。

具体实施方式

本发明是一种应用于地形模型风场特性风洞试验的移动测试装置，移动测试装置由测试支架系统1、支架固定系统2以及支架转盘系统3组成。

具体而言，测试支架系统1由探头支架19、支架吊杆20和外伸支架10组成。探头支架19由一探头支架套管11和焊接于其上的三根悬臂杆21组成，测试探头等仪器固定在三根悬臂杆21上；探头支架套管11上有螺栓孔，通过拧紧螺栓可固定探头支架套管；探头支架19通过探头支架套管11安装在支架吊杆20上并可沿其上下移动或绕其转动。支架吊杆20底部呈针尖状，外伸支架10为水平纵向放置的圆钢管，本发明中设计有三个相同的支架吊杆20，这些支架吊杆20可分别通过前支架双向套管7、中支架双向套管8和后支架双向套管9连接在外伸支架10上，而前支架双向套管7、中支架双向套管8和后支架双向套管9为两个套管互相垂直地焊接在一起，通过这些双向套管，支架吊杆20可以沿外伸支架10纵向移动，也可自由竖向移动。

所述支架固定系统由支架底座6、支架立柱5以及支架横梁4组成。支架立柱5的下端部焊接有支架底座6，支架底座6为一有一定厚度的圆形底座。支架横梁4为一水平横向放置的圆钢管。两个支架立柱5通过双向套管17连接在支架横梁4上，通过双向套管17，支架立柱5可沿支架横梁4水平横向移动，也可自由竖向移动。

所述支架转盘系统3由上转盘套管12、下转盘套管13、上转盘14、下转盘15、弧形滑槽16组成。上转盘套管12焊接于上转盘14上，下转盘套管13焊接于下转盘15上。下转盘15的中央焊接有小立柱，上转盘14的中央有孔，将下转盘15的小立柱对准上转盘14的中央孔，就可将两转盘合在一起，并使两转盘围绕小立柱作相对转动。上转盘14、下转盘15均有弧形滑槽16，限位螺栓18穿过弧形滑槽16，拧紧螺栓就可锁死上下转盘的相对转动。外伸支架10穿过上转盘套管12，支架横梁4穿过下转盘套管13。支架转盘3连接了测试支架系统1和支架固定系统2，由此，支架转盘3可沿着测试支架系统1和支架固定系统2移动。

探头支架19可沿支架吊杆20竖向移动并可绕其转动，试验中，根据需要也可将探头支架19取下安装在其它两根支架吊杆20上，从而更方便地测试所需位置的风场特性。支架吊杆20与外伸支架10连接，并可沿外伸支架10水平纵向移动，也可自由竖向移动，而外伸支架10则通过支架转盘3与支架横梁4连接；通过支架转盘3，外伸支架10可水平转动，并可沿支架转盘3的上转盘套管12水平纵向移动，还可沿支架转盘3的下转盘套管13水平横向移动。

支架吊杆20、支架立柱5以及各个套管7、8、9、12、13、17所用材料均为实心钢材，而外伸支架10与支架横梁4为空心圆柱形钢管。

本发明能够在不移动整个测试装置位置的前提下，仅仅通过移动或转动探头支架19、支架吊杆20以及支架转盘3就可方便地测量较大范围内空间各点的风场特性参数，适于多测点、大范围、大尺度的复杂地形模型风场特性的测试。

在本实施例中，所述测试支架系统1、支架固定系统2以及支架转盘系统3等各个部件均可方便地拆卸且可方便地重新组装。

由此，在每次试验完成后，通过拧松各处螺栓就可方便地拆卸该装置的测试支架系统1、支架固定系统2以及支架转盘系统3各个部件，且存放时占地少；此外，在下次试验时，也可方便的重新组装，可重复利用性好。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种应用于地形模型风场特性风洞试验的移动测试装置，其特征在于，包括测试支架系统（1）、支架固定系统（2）以及支架转盘系统（3）；所述测试支架系统（1）通过支架转盘系统（3）可绕支架固定系统（2）水平转动，且该测试支架系统（1）可沿支架固定系统（2）水平横向移动与水平纵向移动；

所述测试支架系统（1）包括与支架转盘系统（3）相连的外伸支架（10），纵向布置的外伸支架（10）上装有多根竖向布置的支架吊杆（20），所述支架吊杆（20）上装有可绕支架吊杆（20）旋转、且可沿着支架吊杆（20）长度方向竖向移动的探头支架（19）；所述支架吊杆（20）的顶端通过前支架双向套管（7）、中支架双向套管（8）和后支架双向套管（9）装在外伸支架（10）上，并可沿着外伸支架（10）的长度方向纵向移动，同时支架吊杆（20）可通过前支架双向套管（7）、中支架双向套管（8）和后支架双向套管（9）做竖向移动；

所述支架固定系统（2）包括与支架转盘系统（3）相连的支架横梁（4），横向布置的支架横梁（4）上装有多根用于支撑在地面上的支架立柱（5）；所述支架立柱（5）的顶端通过支架立柱的双向套管（17）装在支架横梁（4）上，并可沿着支架横梁（4）的长度方向横向移动，同时支架横梁（4）可通过支架立柱的双向套管（17）沿着支架立柱（5）的长度方向竖向移动；

所述支架转盘系统（3）自身可转动，且可沿外伸支架（10）的长度方向纵向移动，还可沿着支架横梁（4）的长度方向横向移动；所述支架转盘系统（3）包括上转盘（14）和可相对上转盘（14）水平旋转的下转盘（15）；所述上转盘（14）通过上转盘套管（12）与所述外伸支架（10）和支架横梁（4）中的一根相连，所述下转盘（15）通过下转盘套管（13）与所述外伸支架（10）和支架横梁（4）中的另一根相连。

2.根据权利要求1所述的应用于地形模型风场特性风洞试验的移动测试装置，其特征在于，所述上转盘（14）上开有弧形滑槽（16），所述下转盘（15）上开有与上转盘（14）的弧形滑槽（16）位置对应的弧形滑槽，在所述上转盘（14）的弧形滑槽（16）和下转盘（15）的弧形滑槽内装有导向限位结构。

3.根据权利要求2所述的应用于地形模型风场特性风洞试验的移动测试装置，其特征在于，所述导向限位结构为紧固件。

4.根据权利要求1-3之一所述的应用于地形模型风场特性风洞试验的移动测试装置，其特征在于，所述探头支架（19）包括装在支架吊杆（20）上的探头支架套管（11）和固定在探头支架套管（11）上的至少三根悬臂杆（21），且悬臂杆（21）的长度为支架吊杆（20）直径的10倍以上。

5.根据权利要求1-3之一所述的应用于地形模型风场特性风洞试验的移动测试装置，其特征在于，所述支架吊杆（20）的底部呈针尖状。

6.根据权利要求1-3之一所述的应用于地形模型风场特性风洞试验的移动测试装置，其特征在于，所述支架吊杆（20）至少为三根。

7.根据权利要求1-3之一所述的应用于地形模型风场特性风洞试验的移动测试装置，其特征在于，所述支架立柱（5）底端装有支架底座（6）。