CN110296809A - 一种不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置,其特征在于,包括:机体,固定在风洞地面上;托盘,分布于所述机体的上方,所述托盘上固定设置有试验模型;俯仰机构,设置在所述机体内,并与所述托盘连接,用于驱动所述托盘相对于所述机体作俯仰运动,以改变所述托盘上的所述试验模型的风攻角;旋转机构,设置在所述机体内,并与所述托盘连接,用于驱动所述托盘相对于所述机体旋转,以改变所述托盘上的所述试验模型的风向角。
Description
技术领域
本发明涉及一种不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置,特别涉及一种浮式海洋平台结构风洞试验不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置,属于风洞试验设备技术领域。
背景技术
浮式海洋平台结构风荷载对整个平台的设计有重大影响。上部模块不同布置方案是影响风荷载的重要方面,对不同平台布置进行比较研究具有重要意义。构件形状系数的取值直接影响计算的风荷载,同时上部结构存在停机坪等大面积的平坦部分将产生不可忽略的升力,而理论计算是不考虑这部分荷载的,虽然风荷载占总荷载的比重小,但是其对浮式平台的稳性影响大,采用可靠的风洞试验确定风荷载将为合理的平台结构设计提供可靠保障。浮式平台结构不管是在拖航工况还是在位工况,其有可能受任意方向风的作用(不同风向角),同时整体发生倾斜(不同风攻角),为了在风洞试验中模拟浮式海洋平台结构这种实际状况,则需要一种实现不同风向角和风攻角组合转换装置。
目前风洞试验实现不同风向角很容易,但是实现不同风攻角需要对用于其它结构的设备进行改造,同时实现不同风向角和风攻角组合试验设备则非常复杂,每一次改变组合,操作非常麻烦,而且每一次操作都需重新安装模型,安装模型过程可能损坏测力天平(测力天平力矩量程小,安装过程稍有操作不当就易超载破坏),因此费时费力,效率不高,同时风险高。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供一种浮式海洋平台结构风洞试验不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置,实现试验模型不同风向角和风攻角的自动切换。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案,一种不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置,其特征在于,包括:
机体,固定在风洞地面上;
托盘,分布于所述机体的上方,所述托盘上固定设置有试验模型;
俯仰机构,设置在所述机体内,并与所述托盘连接,用于驱动所述托盘相对于所述机体作俯仰运动,以改变所述托盘上的所述试验模型的风攻角;
旋转机构,设置在所述机体内,并与所述托盘连接,用于驱动所述托盘相对于所述机体旋转,以改变所述托盘上的所述试验模型的风向角。
优选地,所述俯仰机构包括俯仰蜗杆、俯仰蜗轮、俯仰轴、转盘轴和俯仰驱动装置;所述俯仰蜗杆通过两第一轴承固定设置在机体内,所述俯仰蜗轮呈半圆结构,所述俯仰蜗轮分布于所述俯仰蜗杆上方并与其传动配合,所述俯仰蜗轮通过两俯仰轴固定在所述机体内,两所述俯仰轴分布在所述俯仰蜗轮的两侧,每一所述俯仰轴的一端伸入所述俯仰蜗轮内,另一端穿设在所述机体的侧壁上;转盘轴通过两第二轴承径向固定设置所述俯仰蜗轮内,所述转盘轴的上端与所述托盘固定连接;所述俯仰驱动装置固定在所述机体上,所述俯仰驱动装置的输出端与所述俯仰蜗杆的一端传动连接。
优选地,所述旋转机构包括旋转蜗轮、旋转蜗杆和旋转驱动装置,所述旋转蜗轮同轴设置在所述转盘轴的外部,所述旋转蜗轮和所述转盘轴之间键连接,所述旋转蜗杆通过两第三轴承固定在所述俯仰蜗轮内,且所述旋转蜗轮和旋转蜗杆传动配合,所述旋转驱动装置设置在所述俯仰蜗轮上,所述旋转驱动装置的输出端与所述旋转蜗杆的一端传动连接。
优选地,所述机体包括底座,紧固连接在所述底座上方的俯仰蜗杆座,平行分布于所述俯仰蜗杆座的两侧的两支板,每一所述支板与所述底座紧固连接。
优选地,在所述底座的外周均匀布设有多个磁力座,每一所述磁力座上安装有磁力可控磁铁。
优选地,所述第一轴承、第二轴承和第三轴承均采用圆锥滚子轴承;每一俯仰轴的另一端通过单向推力轴承和单列滚针轴承固定在所述机体的侧壁上,所述转盘轴和所述旋转蜗轮之间通过C型普通平键固定连接。
优选地,所述俯仰驱动装置和旋转驱动装置均采用伺服电动机。
优选地,还包括与所述俯仰驱动装置和所述旋转驱动装置电连接并控制两者的运行时间的控制系统。
优选地,所述控制系统包括自动控制界面,与所述自动控制界面连接的数据输送模块,与所述数据输送模块连接的数据处理模块,以及与所述数据处理模块连接的控制模块,所述控制模块与所述俯仰驱动装置以及所述旋转驱动装置连接;开始工作时,在所述自动控制界面上输入相应的风向角和风攻角角度,所述数据输送模块将含有风向角和风攻角角度信息的信号传送至所述数据处理模块,所述数据处理模块对接收的信号进行处理,并将含有所述俯仰驱动装置和旋转驱动装置的运行时间的信号传送至所述控制模块,所述控制模块分别控制所述俯仰驱动装置和旋转驱动装置运行,所述俯仰机构带着试验模型自动俯仰至输入的风攻角角度,所述旋转机构带着试验模型自动旋转至输入的风向角角度。
优选地,所述试验模型为浮式海洋平台结构模型,所述试验模型紧固连接在所述托盘上,整个所述自动控制转换装置固定设置在风洞试验转盘的中心位置处。
本发明采用以上技术方案,其具有如下优点:1、本发明将试验模型固定在此装置上,可以自动控制实现模型的不同风向角和风攻角,实现不同模型不同姿态下的风洞试验,同时该本发明装置操作便利、拆装方便、可反复循环使用,因此可广泛应用于浮式海洋平台结构风洞试验不同风向角和风攻角组合情况,特别是试验工况风攻角数量比较多的风洞试验,其工作效率将非常突出。
2、本发明提供的一种浮式海洋平台结构风洞试验不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置,以方便浮式海洋平台结构风洞试验,改变模型的风向角和风攻角,实现实际工程中模型可能的姿态,测试相应姿态下模型的作用力及作用效应,有效的确定海洋平台结构的关键风向角和最不利荷载,为海洋平台结构设计确定风荷载提供重要基础。
附图说明
图1是本发明的正剖面示意图;
图2是本发明的侧剖面示意图;
图3是本发明旋转机构的水平剖面示意图;
图4是本发明控制系统的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明,以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是,附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制,而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
如图1~3所示,本发明提供一种不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置,其包括:机体1,固定在风洞地面上;托盘2,分布于机体1的上方,其上固定设置有试验模型;俯仰机构3,设置在机体1内,并与托盘2连接,用于驱动托盘2相对于机体1作俯仰运动,以改变托盘2上的试验模型的风攻角;旋转机构4,设置在机体1内,并与托盘2连接,用于驱动托盘2相对于机体1旋转,以改变托盘2上的试验模型的风向角。
在上述实施例中,优选的,俯仰机构3包括俯仰蜗杆31、俯仰蜗轮32、俯仰轴33、转盘轴34和俯仰驱动装置35;俯仰蜗杆31通过两第一轴承30固定设置在机体1内,俯仰蜗轮32呈半圆结构,俯仰蜗轮32分布于俯仰蜗杆31上方并与其传动配合,俯仰蜗轮32通过两俯仰轴33固定在机体1内,两俯仰轴33分布在俯仰蜗轮32的两侧,每一俯仰轴33的一端伸入俯仰蜗轮32内,另一端穿设在机体1的侧壁上;转盘轴34通过两第二轴承36径向固定设置俯仰蜗轮32内,转盘轴34的上端与托盘2固定连接;俯仰驱动装置35固定在机体1上,俯仰驱动装置35的输出端与俯仰蜗杆31的一端传动连接。使用时,俯仰驱动装置35的输出端带动俯仰蜗杆31转动,俯仰蜗杆31带动俯仰蜗轮32转动,由于俯仰蜗轮32、转盘轴34和转盘2连接在一起,因此,托盘2则随着俯仰蜗轮32作俯仰运动,进而改变托盘2上的试验模型的风攻角。
在上述实施例中,优选的,旋转机构4包括旋转蜗轮41、旋转蜗杆42和旋转驱动装置43,旋转蜗轮41同轴设置在转盘轴34的外部,旋转蜗轮41和转盘轴34之间键连接,旋转蜗杆42通过两第三轴承44固定在俯仰蜗轮32内,且旋转蜗轮41和旋转蜗杆42传动配合,旋转驱动装置43设置在俯仰蜗轮32上,旋转驱动装置43的输出端与旋转蜗杆42的一端传动连接。使用时,旋转驱动装置43的输出端带动旋转蜗杆42转动,旋转蜗杆42则带着旋转蜗轮41转动,由于旋转蜗轮41和转盘轴34周向固定连接,托盘2固定在转盘轴34的上端,因此,托盘2随着旋转蜗轮41作旋转运动,进而改变托盘2上的试验模型的风向角。
在上述实施例中,优选的,机体1包括底座11,紧固连接(采用螺栓等紧固件)在底座11上方的俯仰蜗杆座12,平行分布于俯仰蜗杆座12的两侧的两支板13,每一支板13与底座11紧固连接。
在上述实施例中,优选的,在底座11的外周均匀布设有多个磁力座5,每一磁力座5上安装有磁力可控磁铁6,利用磁力可控磁铁6和磁力座5将整个转换装置固定在风洞地面(风洞地面磁铁可吸的钢铁材料)的任何位置,能够方便整个转换装置的移动和固定。
在上述实施例中,优选的,第一轴承30、第二轴承36和第三轴承44均采用圆锥滚子轴承;每一俯仰轴33的另一端通过单向推力轴承7和单列滚针轴承8固定在机体1的侧壁上。转盘轴34和旋转蜗轮41之间通过C型普通平键9固定连接。
在上述实施例中,优选的,俯仰驱动装置35和旋转驱动装置43均采用伺服电动机。
在上述实施例中,优选的,本发明还包括与俯仰驱动装置35和旋转驱动装置43电连接的控制系统,控制系统用于控制俯仰驱动装置35和旋转驱动装置43的运行时间,而运行时间与俯仰蜗杆31和旋转蜗杆42转动的圈数对应,转动圈数与俯仰角度和旋转角度对应,这样就可以实现风攻角和风向角的自动控制。
在上述实施例中,优选的,控制系统包括自动控制界面,与自动控制界面连接的数据输送模块,与数据输送模块连接的数据处理模块,以及与数据处理模块连接的控制模块,控制模块与俯仰驱动装置35以及旋转驱动装置43连接;开始工作时,在自动控制界面上输入相应的风向角和风攻角角度,数据输送模块将含有风向角和风攻角角度信息的信号传送至数据处理模块,数据处理模块对接收的信号进行处理,并将含有俯仰驱动装置35和旋转驱动装置43的运行时间的信号传送至控制模块,控制模块分别控制俯仰驱动装置35和旋转驱动装置43运行,俯仰机构3带着试验模型自动俯仰至输入的风攻角角度,旋转机构4带着试验模型自动旋转至输入的风向角角度,从而实现风洞试验模型所需要的风向角和风攻角的自动控制。
在上述实施例中,优选的,试验模型为浮式海洋平台结构模型,可采用螺栓等紧固连接方式固定在托盘2上,整个自动控制转换装置固定设置在风洞试验转盘的中心位置处。
本发明仅以上述实施例进行说明,各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上,凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换,均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置,其特征在于,包括:
机体(1),固定在风洞地面上;
托盘(2),分布于所述机体(1)的上方,所述托盘(2)上固定设置有试验模型;
俯仰机构(3),设置在所述机体(1)内,并与所述托盘(2)连接,用于驱动所述托盘(2)相对于所述机体(1)作俯仰运动,以改变所述托盘(2)上的所述试验模型的风攻角;
旋转机构(4),设置在所述机体(1)内,并与所述托盘(2)连接,用于驱动所述托盘(2)相对于所述机体(1)旋转,以改变所述托盘(2)上的所述试验模型的风向角。
2.如权利要求1所述的一种不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置,其特征在于:所述俯仰机构(3)包括俯仰蜗杆(31)、俯仰蜗轮(32)、俯仰轴(33)、转盘轴(34)和俯仰驱动装置(35);所述俯仰蜗杆(31)通过两第一轴承(30)固定设置在机体(1)内,所述俯仰蜗轮(32)呈半圆结构,所述俯仰蜗轮(32)分布于所述俯仰蜗杆(31)上方并与其传动配合,所述俯仰蜗轮(32)通过两俯仰轴(33)固定在所述机体(1)内,两所述俯仰轴(33)分布在所述俯仰蜗轮(32)的两侧,每一所述俯仰轴(33)的一端伸入所述俯仰蜗轮(32)内,另一端穿设在所述机体(1)的侧壁上;转盘轴(34)通过两第二轴承(36)径向固定设置所述俯仰蜗轮(32)内,所述转盘轴(34)的上端与所述托盘(2)固定连接;所述俯仰驱动装置(35)固定在所述机体(1)上,所述俯仰驱动装置(35)的输出端与所述俯仰蜗杆(31)的一端传动连接。
3.如权利要求2所述的一种不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置,其特征在于:所述旋转机构(4)包括旋转蜗轮(41)、旋转蜗杆(42)和旋转驱动装置(43),所述旋转蜗轮(41)同轴设置在所述转盘轴(34)的外部,所述旋转蜗轮(41)和所述转盘轴(34)之间键连接,所述旋转蜗杆(42)通过两第三轴承(44)固定在所述俯仰蜗轮(32)内,且所述旋转蜗轮(41)和旋转蜗杆(42)传动配合,所述旋转驱动装置(43)设置在所述俯仰蜗轮(32)上,所述旋转驱动装置(43)的输出端与所述旋转蜗杆(42)的一端传动连接。
4.如权利要求2所述的一种不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置,其特征在于:所述机体(1)包括底座(11),紧固连接在所述底座(11)上方的俯仰蜗杆座(12),平行分布于所述俯仰蜗杆座(12)的两侧的两支板(13),每一所述支板(13)与所述底座(11)紧固连接。
5.如权利要求4所述的一种不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置,其特征在于:在所述底座(11)的外周均匀布设有多个磁力座(5),每一所述磁力座(5)上安装有磁力可控磁铁(6)。
6.如权利要求3所述的一种不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置,其特征在于:所述第一轴承(30)、第二轴承(36)和第三轴承(44)均采用圆锥滚子轴承;每一俯仰轴(33)的另一端通过单向推力轴承(7)和单列滚针轴承(8)固定在所述机体(1)的侧壁上,所述转盘轴(34)和所述旋转蜗轮(41)之间通过C型普通平键(9)固定连接。
7.如权利要求3所述的一种不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置,其特征在于:所述俯仰驱动装置(35)和旋转驱动装置(43)均采用伺服电动机。
8.如权利要求3所述的一种不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置,其特征在于:还包括与所述俯仰驱动装置(35)和所述旋转驱动装置(43)电连接并控制两者的运行时间的控制系统。
9.如权利要求8所述的一种不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置,其特征在于:所述控制系统包括自动控制界面,与所述自动控制界面连接的数据输送模块,与所述数据输送模块连接的数据处理模块,以及与所述数据处理模块连接的控制模块,所述控制模块与所述俯仰驱动装置(35)以及所述旋转驱动装置(43)连接;开始工作时,在所述自动控制界面上输入相应的风向角和风攻角角度,所述数据输送模块将含有风向角和风攻角角度信息的信号传送至所述数据处理模块,所述数据处理模块对接收的信号进行处理,并将含有所述俯仰驱动装置(35)和旋转驱动装置(43)的运行时间的信号传送至所述控制模块,所述控制模块分别控制所述俯仰驱动装置(35)和旋转驱动装置(43)运行,所述俯仰机构(3)带着试验模型自动俯仰至输入的风攻角角度,所述旋转机构(4)带着试验模型自动旋转至输入的风向角角度。
10.如权利要求1所述的一种不同风向角和风攻角组合的自动控制转换装置,其特征在于:所述试验模型为浮式海洋平台结构模型,所述试验模型紧固连接在所述托盘(2)上,整个所述自动控制转换装置固定设置在风洞试验转盘的中心位置处。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191001 |