CN106404340B - 一种风洞收集口 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风洞收集口，包括上导流板、固定穿孔导流板、可动穿孔导流板、电动执行机构和控制器；所述固定穿孔导流板的数量为两个且分别与上导流板的下端两侧连接，所述固定穿孔导流板的平直部位设置有呈行列状阵列的第一通孔，所述可动穿孔导流板的平直部位设置有与第一通孔位置相应且大小相同的第二通孔，所述电动执行机构可驱动可动穿孔导流板沿滑轨上下移动，所述滑轨上设置有位移传感器，所述控制器与位移传感器以及电动执行机构电性连接。本发明可有效抑制低速开口回流风洞产生的低频颤振现象，并且具有实时反馈调节能力，在整个风速范围内均能对低频颤振起到良好的抑制作用。

Description

一种风洞收集口
技术领域
本发明涉及一种风洞的气道结构，具体涉及一种风洞收集口。
背景技术
风洞是用于进行空气动力学、环境、声学等特殊试验的试验设备。风洞分为闭口风洞和开口风洞，闭口风洞指喷口与试验段横截面大小一致的风洞，而开口风洞试验段横截面尺寸大于喷口尺寸。低速开口回流风洞普遍应用于汽车、轨道列车等行业，在这类交通工具的研究和开发中起到至关重要的作用。
开口回流风洞的设计建造和运行仍存在许多技术难点，例如在一定条件下发生的低频颤振问题，其发生频率与风洞的气道尺寸相关。在汽车全尺寸回流风洞中，低频颤振主要发生的频率范围在20Hz以下，这是由于风洞结构的声振频率与从风洞喷口脱落的大尺度旋涡频率一致时发生共振，或者流场内部的耦合因素互相作用引起的。
低频颤振现象主要有以下危害：1)压力、速度的低频脉动对试验测量的气动力和气动力矩产生不稳定、不确定分量，影响试验精度；2)压力、速度的低频脉动会影响风洞的背景噪音，同时对噪声等级产生不稳定、不确定分量，影响试验精度；3)产生洞体结构的强烈振动。
为了获得稳定的测试环境，提高试验精度，低频颤振的抑制非常重要。
现有的抑制低频颤振的方法主要有：在风洞喷口设置涡流发生器；在收集口至扩散段的洞壁上设置减振孔；在收集口附近设置减振环等。
现有的开口回流风洞低频颤振抑制方法有自身的缺点。
例如，在风洞喷口设置涡流发生器的方法容易产生高频噪声，并引起流场的附加扰动，影响试验段的气流品质；减振孔和减振环需要设置在压力脉动幅值最大的位置，而对于不同的试验风速和不同的倍频，其相应的波长不同，因此减振孔和减振环不能在整个风速范围内起到良好的抑制作用。
发明内容
本发明的目的是：提供一种风洞收集口，可有效抑制风洞收集口处产生的低频颤振现象，并且可根据实时反馈来调整收集口的配合特征，在整个风速范围内均能对低频颤振起到良好的抑制作用。
为了实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：
一种风洞收集口，包括上导流板、固定穿孔导流板、可动穿孔导流板、电动执行机构和控制器；所述固定穿孔导流板的数量为两个且分别与上导流板的下端两侧连接，所述可动穿孔导流板的形状和尺寸均与固定穿孔导流板的外侧面相配合，所述固定穿孔导流板的平直部位设置有呈行列状阵列的第一通孔，所述可动穿孔导流板的平直部位设置有与第一通孔位置相应且大小相同的第二通孔，所述固定穿孔导流板外侧设置有竖直状的滑轨，所述电动执行机构可驱动可动穿孔导流板沿滑轨上下移动，所述滑轨上设置有位移传感器，所述控制器与位移传感器以及电动执行机构电性连接。
进一步的，所述上导流板的前缘为弧形构造，所述两个固定穿孔导流板的前缘均为弧形结构；所述上导流板的弧形构造的半径与两个固定穿孔导流板的弧形结构的半径相等。
进一步的，所述电动执行机构与固定穿孔导流板外侧面连接，所述两个固定穿孔导流板上的电动执行机构同步动作。
本发明的有益效果为：一种风洞收集口，通过固定穿孔导流板上的第一通孔与可动穿孔导流板上的第二通孔相配合，可有效抑制开口回流风洞的低频颤振现象，并且可根据实时反馈来调整可动穿孔导流板的位置，由此改变收集口导流板的等效穿孔率，改变风洞喷口脱落的大尺度旋涡频率，保证收集口在整个风速范围内均能有效抑制低频颤振，改善了驻室中的气流稳定性，提高了试验精度，并避免产生共振。
附图说明
图1为本发明一种风洞收集口的整体结构示意图。
图2为本发明一种风洞收集口的A向视角结构示意图。
图3为本发明一种风洞收集口的控制模块示意图。
图4为本发明一种风洞收集口的穿孔率调节示意图。
图5为本发明一种风洞收集口的工作原理逻辑图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1、图2、图3以及图4，一种风洞收集口，包括上导流板1、固定穿孔导流板2、可动穿孔导流板3、电动执行机构6和控制器9；所述固定穿孔导流板2的数量为两个且分别与上导流板1的下端两侧连接，所述可动穿孔导流板3的形状和尺寸均与固定穿孔导流板2的外侧面相配合，所述固定穿孔导流板2的平直部位设置有呈行列状阵列的第一通孔7，所述可动穿孔导流板3的平直部位设置有与第一通孔7位置相应且大小相同的第二通孔8，所述固定穿孔导流板2外侧设置有竖直状的滑轨5，所述可动穿孔导流板2通过滑轮与滑轨5相接触，所述电动执行机构6可驱动可动穿孔导流板3沿滑轨5上下移动，所述滑轨5上设置有位移传感器4，所述位移传感器4用于采集可动穿孔导流板3的位移数值，所述控制器9与位移传感器4以及电动执行机构6电性连接。
所述上导流板1的前缘为弧形构造，所述两个固定穿孔导流板2的前缘均为弧形结构；所述上导流板1的弧形构造的半径与两个固定穿孔导流板2的弧形结构的半径相等。
所述电动执行机构6与固定穿孔导流板2外侧面连接，所述两个固定穿孔导流板2上的电动执行机构6同步动作，使左右两个可动穿孔导流板3始终处于同一水平高度，确保左右两端的穿孔率相同。
所述电动执行机构6可为电机驱动也可为电磁阀配合气缸驱动。
所述固定穿孔导流板2上的第一通孔7与可动穿孔导流板3上的第二通孔8的孔形、数量均相同，且固定穿孔导流板2与可动穿孔导流板3紧密贴合。
所述控制器9具体为用于风洞中控系统的PLC控制器，所述控制器9与风洞驻室内的噪声监测装置电性连接。
图1中的M和箭头表示风洞收集口的空气流动方向。
风洞调试阶段，在驻室中压力脉动最剧烈的位置放置噪声监测装置测量噪声声压，所述控制器9与噪声监测装置电性连接。
本发明的工作原理为：
风洞喷口脱落的大尺度旋涡频率f可下式表示：
式中，
Ljet——射流长度，即风洞喷口至收集口入口的距离；
Δl——压力紊乱产生位置引起的射流长度增量；
U——主流速度；
C——声速。
可见，在试验过程中，流场旋涡频率f随主流速度U的变化而变化。
风洞中的低频颤振水平可用峰值压力脉动系数Cp,peak来定量地衡量。
Cp,peak定义为：
式中：
Pmax——最大脉动压力值；
q——测点动压；
p0——参考压力(p0＝20μPa)；
Lp,peak——峰值声压级。
在风洞的每个常用风速下，通过电动执行机构6驱动可动穿孔导流板3沿滑轨5上下移动(左右同步)，即改变收集口两侧导流板的等效穿孔率，见图4。用位移传感器4采集可动穿孔导流板3的瞬时位移数值，并记录各噪声监测装置测得的声压，按式2将峰值声压级Lp,peak换算成峰值压力脉动系数Cp,peak。这样，得到常用风速下，风速U与峰值压力脉动系数Cp,peak最小值对应的可动穿孔导流板3最佳位移H的离散关系。对于风洞最低风速至最高风速范围内的其它风速，利用插值法获得可动穿孔导流板3最佳位移H，并将该关系(U-H)写入风洞中控系统中的控制器9。
参考图5，在进行风洞试验时，输入试验风速U，风洞中控系统的控制器9计算出可动穿孔导流板3的最佳位移H。由电动执行机构6驱动可动穿孔导流板3沿滑轨5运动，由位移传感器4采集可动穿孔导流板3的瞬时位移数值，并将位移信号反馈给电动执行机构6，电动执行机构6继续作动直至可动穿孔导流板3达到所需的最佳位置，此时对应的穿孔率可最佳化的抑制低频颤振，改善风洞驻室中的气流稳定性，同时提高试验精度，并避免产生共振。
上述实施例用于对本发明作进一步的说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应理解为在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种风洞收集口，其特征在于：包括上导流板(1)、固定穿孔导流板(2)、可动穿孔导流板(3)、电动执行机构(6)和控制器(9)；所述固定穿孔导流板(2)的数量为两个且分别与上导流板(1)的下端两侧连接，所述可动穿孔导流板(3)的形状和尺寸均与固定穿孔导流板(2)的外侧面相配合，所述固定穿孔导流板(2)的平直部位设置有呈行列状阵列的第一通孔(7)，所述可动穿孔导流板(3)的平直部位设置有与第一通孔(7)位置相应且大小相同的第二通孔(8)，所述固定穿孔导流板(2)外侧设置有竖直状的滑轨(5)，所述电动执行机构(6)可驱动可动穿孔导流板(3)沿滑轨(5)上下移动，所述滑轨(5)上设置有位移传感器(4)，所述控制器(9)与位移传感器(4)以及电动执行机构(6)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种风洞收集口，其特征在于：所述上导流板(1)的前缘为弧形构造，所述两个固定穿孔导流板(2)的前缘均为弧形结构；所述上导流板(1)的弧形构造的半径与两个固定穿孔导流板(2)的弧形结构的半径相等。
3.根据权利要求1所述的一种风洞收集口，其特征在于：所述电动执行机构(6)与固定穿孔导流板(2)外侧面连接，所述两个固定穿孔导流板(2)上的电动执行机构(6)同步动作。
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