CN109163874A - 可自由组合的自行走风机阵 - Google Patents

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唐虎
吴敬涛
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Abstract

本发明提出一种可自由组合的自行走风机阵，属于飞机环境试验领域，其包括：多个风机模块，其中所述风机模块包括：至少一风机单元，所述风机单元具有相同的方形左端面及方形右端面及不凸出于所述方形的中部；以及至少一移动升降机构，所述移动升降机构与所述风机单元连接，用于支撑于所述风机单元；多个所述风机模块组合成预定吹风面积的风机阵。本发明的可自由组合的自行走风机阵可通过多个风机模块的自由组合，拼接形成预定吹风面积的风机阵，能够满足全尺寸飞机吹风试验要求，且吹风试验流场形状可通过风机单元控制，能够吹出品质良好的风场，且在设备转运、调试过程等实现了模块操作，非常便捷。

Description

可自由组合的自行走风机阵
技术领域
本发明涉及飞机环境试验设备，特别涉及一种可自由组合的自行走风机阵。
背景技术
风机阵是一种开放式风洞形式，其模拟流场的形状主要是依靠风机模块之间的协调组合，类似于现在飞速发展的风洞主动控制技术；同时风机阵相比于传统风洞试验方法的优势在于气流无边界，可避免风洞试验存在洞壁干扰；对试验件形式限制小；另外整个系统构造简单，试验操作方便，节约成本。目前风机阵吹风试验在我国海洋工程结构抗风能力检测中得到了很好的应用。
国外飞机气候环境试验一般在整机上进行，包括实验室试验、地面试验和飞行试验。我国由于此前没有可供飞机整机进行气候环境试验的实验室和试验模拟设备，因此飞机飞行前的气候环境试验只能在外场等待适合的气象条件进行，使得试验周期长，费用大。本发明就是配合我所即将建成的全机气候环境实验室，用于在实验室内模拟风吹雨和风吹雪试验环境，进行全尺寸飞机吹风试验的试验装备。具有吹风试验流场覆盖面积巨大，吹风试验流场形状可调性灵活，吹风试验流场品质良好，风速控制简单可靠、容易搬运、安装等优势。。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供了一种可自由组合的自行走风机阵，以解决上述问题。
本发明的技术方案是：一种可自由组合的自行走风机阵，其包括
多个风机模块，其中所述风机模块包括：
至少一风机单元，所述风机单元具有相同的方形左端面及方形右端面及不凸出于所述方形的中部；以及
至少一移动升降机构，所述移动升降机构与所述风机单元连接，用于支撑于所述风机单元；
多个所述风机模块组合成预定吹风面积的风机阵。
在本发明一些实施例中，所述风机单元包括沿轴线依次设置的进气段、动力段、过渡段及等直段，其中，所述进气段为方圆过渡结构，所述动力段为圆形结构，所述过渡段为圆方过渡结构，所述等直段为正方形结构。
在本发明一些实施例中，所述进气段内设有防护网，所述防护网直于气流流向。
在本发明一些实施例中，所述等直段设有蜂窝器，所述蜂窝器直于气流流向。
在本发明一些实施例中，所述等直段还包括阻尼网，所述阻尼网直于气流流向。
在本发明一些实施例中，所述动力段包括沿轴线方向依次设置的整流前罩、安装有风扇扇叶的电机、整流中罩及整流尾罩，其中，所述整流前罩及整流中罩分别通过支撑片及止旋片固定于所述动力段内，所述整流尾罩与所述整流中罩连接。
在本发明一些实施例中，所述整流前罩和整流尾罩的外形结构为流线型旋成体结构。
在本发明一些实施例中，所述移动升降机构包括多级升降机构，其中，所述升降机构的升降幅度为方形边长的整数倍。
在本发明一些实施例中，所述移动升降机构底部设有滑轮，所述滑轮与所述移动升降机构通过带螺纹的螺杆可伸缩连接。
在本发明一些实施例中，所述螺杆的螺纹为梯形螺纹。
本发明的可自由组合的自行走风机阵可通过多个风机模块的自由组合，拼接形成预定吹风面积的风机阵，能够满足全尺寸飞机吹风试验要求，且吹风试验流场形状可通过风机单元控制，能够吹出品质良好的风场，且在设备转运、调试过程等实现了模块操作，非常便捷。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本发明一实施例的风机阵示意图；
图2为本发明中风机单元示意图；
图3为本发明中移动升降机构示意图；
图4为本发明中移动升降机构支撑风机单元示意图；
图5为本发明中风机阵的风速控制原理图。
其中：
100-风机模块；
10-风机单元，11-左端面，12-右端面，13-中部；
20-移动升降机构，21-升降机构；
30-进气段，31-防护网；
40-动力段，41-整流前罩，42-电机，43-整流中罩，44-整流尾罩，45-扇叶，46-支撑片，47-止旋片；
50-过渡段；
60-等直段，61-蜂窝器，62-阻尼网。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
为了实现全尺寸飞机吹风试验，且对吹风风场形状可调，又满足试验场地要求，本发明提出了一种可自由组合的自行走风机阵。
如图1所示为本发明一实施例的可自由组合的自行走风机阵，所述风机阵包括：多个风机模块100，其中风机模块包括：至少一个风机单元10，风机单元10具有相同的方形左端面11及方形右端面12及不凸出于方形的中部13，以及至少一个移动升降机构20，移动升降机构20与风机单元10连接，用于支撑于风机单元10，最终多个风机模块100组合成预定吹风面积的风机阵。
具体的，为了实现风机模块100的稳定组合，在风机单元10中，其两个端面均为方形，且中部13不能凸出两端面，可以使得两风机单元拼接组合时，拼接组合面平稳。
如图2所示，本发明中风机单元10包括沿轴线依次设置的进气段30、动力段40、过渡段50及等直段60，其中，进气段30为方圆过渡结构，动力段40为圆形结构，过渡段50为圆方过渡结构，等直段60为正方形结构。
具体的，进气段30左侧为方形左端面11且沿轴线向右延伸为圆形(此圆形不大于方形的内接圆)即构成方圆过渡段，动力段40整体为圆形结构，与进气段40的右侧的圆形相拼接，过渡段50左侧与动力段40的圆形结构拼接且沿轴线向右延伸为方形即方圆过渡段，最终过渡段50的右侧与方形结构的等直段60拼接，而等直段60右侧为方形右端面12，进气段30、动力段40、过渡段50及等直段60的其余部分构成中部13。
通过上述结构构成风机单元10的外形结构，当两个风机单元10组合时，风机单元10的进气端相同方向设置，且两端面持平。通过等直段60可实现两风机单元1的平稳支撑。另外，两个风机单元10之间也可拆可组，两个风机单元10之间的安装，先通过连接定位销的定位，再通过螺栓等进行固定，很方便进行安装与拆卸。
在本发明一些实施例中，进气段内设有防护网31，防护网31垂直于气流流向设置。
具体的，防护网31可以防止进气过程中，一些杂质物体进入风机单元10内，杂质物体例如树叶、纸屑等。
在本发明一些实施例中，等直段60设有蜂窝器61，蜂窝器61垂直于气流流向设置。
具体的，蜂窝器61由许多方形、圆形或六角形的等截面小管道并列组成，形状如同蜂窝，用于导直风机单元10内的气流，使其平行于风洞轴线，把气流中的大尺寸漩涡分割成小尺寸涡，因而有利于加快漩涡的衰减。
在本发明一些实施例中，等直段60还包括阻尼网62，阻尼网62垂直于气流流向设置。
具体的，在风机单元10的工作过程中，由于气流流动带来的流体阻力、气流摩擦力等会产生较大的振动，因此本发明中设置的阻尼网62则可以使振动幅度逐渐下降，从而降低振动，提高气流的稳定性。
在本发明一些实施例中，动力段40包括沿轴线方向依次设置的整流前罩41、安装有风扇扇叶45的电机42、整流中罩43及整流尾罩47，其中，整流前罩41及整流中罩43分别通过支撑片46及止旋片47固定于动力段40内，整流尾罩44与整流中罩43连接。
具体的，整流罩前罩41外壁与动力段40的壳体内壁通过支撑片46连接，连接方式类似于航空发动机结构；风机扇叶45与电机45输出轴连接；整流罩中罩43外壁与动力段40的壳体内壁通过止旋片47连接；整流罩中罩43为圆筒结构；整流罩尾罩44由整流罩中罩43沿气流方向逐渐缩小并密封。
此外，本发明中的电机42为轴流风机，轴流风机具有结构简单、稳固可靠、噪声小、风量大、功能选择范围广等。
在本发明一些实施例中，整流前罩41和整流尾罩44的外形结构为流线型旋成体结构。其中，整流罩前罩29和整流罩尾罩211的外形曲线按流线型旋成体坐标值确定。
具体的，对于风机单元10在设计过程中，着重在于整流罩41-44的外形、风机扇叶45的数目及形状、止旋片47的数目及形状等的参数设计及优化，通过设计合理且高效率的上述结构参数，可降低噪声、防止共振并保证风机高效率。上述结构的设计可参照航空发动机叶片及构型设计，在本发明中不作为重点，故不再赘述。
在本发明一些实施例中，移动升降机构20包括多级升降机构21，其中，升降机构21的升降幅度为方形边长的整数倍。
在本发明一些实施例中，移动升降机构20底部设有滑轮22，滑轮22与移动升降机构20通过带螺纹的螺杆可伸缩连接。
如图3及图4所示，在本发明中风机单元10的移动通过的移动升降机构20来实现。移动升降机构20的底部装有滑轮22，滑轮22的升降采用螺纹与螺杆的可伸缩配合方式，既能便于升降又可实现自锁。滑轮22可升降，当需要移动风机单元10时，可把滑轮22进行下降，使滑轮22与地面接触，从而移动风机单元10，当风机模块100运动到指点地点需要与地面固定时，便可升滑轮22。
需要说明的是，为了能够对风机单元10有效支撑，升降机构21的级数不宜太多，本实施例中设计了三级的升降机构(可升级两个方形边长的高度L)，升降行程包括上部分升降机构21c、中部分升降机构21b及下部分升降机构21a。在本实施例中，移动升降机构20可实现将风机单元10中心由距地面2.0m举升至距离地面8.0m。
需要说明的是，在本实施例中升降机构21采用电机驱动，方便控制。此外，升降机构3的底部前后两侧设置地面固定装置，可加强升降机构与地面的固定，平衡风机运转产生的水平反推力。
在本发明一些实施例中，螺杆的螺纹为梯形螺纹，既能便于升降又可实现自锁。
此外，为了实现对风机单元10的风速控制还需要风速变频控制系统200。
如图5所示某实施例的风机阵的风速控制原理图，在此实施例中每个移动升降机构20支撑有两个风机单元10(参照图1)构成一个风机模块100，而风机阵中具有N个风机模块100。因此在风机阵的风速变频控制系统200中具有由N组矢量变频控制单元，即2N台电机42。每组矢量变频控制单元通过1套变频器204控制两个风机单元10的2台电机42的运行，实现风速的调节。
在本实施例中，每组变频控制单元控制风机单元10的运行状态相同，即电机42的转速、转向等相同。
具体的，本发明中风机阵的风速控制过程为：上位机201给PLC控制器202发送风速指令，PLC控制器202通过Profibus总线203方式与每台变频器204连接，变频器204中的PC卡205通过向电机42中的编码器206发送转速控制指令并监测电机42的主要运行参数；通过PLC控制器202的AI模块完成对风速测量等传感器信号的数据采集。
采用PLC控制方式具有较好的可靠性和抗干扰性，作为系统的控制器能够保证系统的稳定运行，其较高的模块化和自动化程度，也为开发和系统维护带来了便利，具有较高的性价比。
本发明的可自由组合的自行走风机阵可通过多个风机模块的自由组合，拼接形成预定吹风面积的风机阵，能够满足全尺寸飞机吹风试验要求，且吹风试验流场形状可通过风机单元控制，能够吹出品质良好的风场，且在设备转运、调试过程等实现了模块操作，非常便捷。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种可自由组合的自行走风机阵，其特征在于，所述风机阵包括多个风机模块(100)，其中所述风机模块(100)包括：
至少一风机单元(10)，所述风机单元(10)具有相同的方形左端面(11)及方形右端面(12)及不凸出于所述方形的中部(13)；以及
至少一移动升降机构(20)，所述移动升降机构(20)与所述风机单元(10)连接，用于支撑于所述风机单元(10)；
多个所述风机模块(100)组合成具有预定吹风面积的风机阵。
2.根据权利要求1所述的可自由组合的自行走风机阵，其特征在于，所述风机单元(10)包括沿轴线依次设置的进气段(30)、动力段(40)、过渡段(50)及等直段(60)，其中，所述进气段(30)为方圆过渡结构，所述动力段(40)为圆形结构，所述过渡段(50)为圆方过渡结构，所述等直段(60)为正方形结构。
3.根据权利要求2所述的可自由组合的自行走风机阵，其特征在于，所述进气段(30)内设有防护网(31)，所述防护网(31)垂直于气流流向。
4.根据权利要求2所述的可自由组合的自行走风机阵，其特征在于，所述等直段(60)设有蜂窝器(61)，所述蜂窝器(61)垂直于气流流向。
5.根据权利要求4所述的可自由组合的自行走风机阵，其特征在于，所述等直段(60)还设有阻尼网(62)，所述阻尼网(62)垂直于气流流向。
6.根据权利要求2所述的可自由组合的自行走风机阵，其特征在于，所述动力段(40)包括沿轴线方向依次设置的整流前罩(41)、安装有风扇扇叶(45)的电机(42)、整流中罩(43)及整流尾罩(44)，其中，所述整流前罩(41)通过支撑片(46)固定于所述动力段(40)内以及所述整流中罩(43)通过止旋片(47)固定于所述动力段(40)内，所述整流尾罩(44)与所述整流中罩(43)连接。
7.根据权利要求6所述的可自由组合的自行走风机阵，其特征在于，所述整流前罩(41)和整流尾罩(44)的外形结构为流线型旋成体结构。
8.根据权利要求1所述的可自由组合的自行走风机阵，其特征在于，所述移动升降机构(20)包括多级升降机构(21)，其中，所述升降机构的升降幅度为所述方形边长的整数倍。
9.根据权利要求8所述的可自由组合的自行走风机阵，其特征在于，所述移动升降机构(20)底部设有滑轮(22)，所述滑轮(22)与所述移动升降机构(20)通过带螺纹的螺杆可伸缩连接。
10.根据权利要求9所述的可自由组合的自行走风机阵，其特征在于，所述螺杆的螺纹为梯形螺纹。
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