CN115326344A - 重力驱使的风洞喷流试验等效模拟装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重力驱使的风洞喷流试验等效模拟装置及其应用方法，涉及风洞试验领域，包括：试验模型，其重心上设置有相配合的第一连接组件；固定台面，其上设置有第二连接组件；其中，所述第一连接组件的自由端穿过固定台面与第二连接组件转动连接，所述第一连接组件在固定台面与第二连接组件之间穿设有相配合的偏心式配重组件；所述固定台面、第二连接组件之间设置有与配重组件相配合的至少一个电磁离合器，各电磁离合器被配置为与对应的控制器通信连接。本发明提供一种重力驱使的风洞喷流试验等效模拟装置及其应用方法，其结构简单，易于实施，可操作性强，适应性好。

Description

重力驱使的风洞喷流试验等效模拟装置及其应用方法

技术领域

本发明涉及风洞试验领域。更具体地说，本发明涉及一种重力驱使的风洞喷流试验等效模拟装置及其应用方法。

背景技术

现有的风洞试验喷流模拟装置，通常是在风洞中设置一个可以转动的试验模型，而风洞外部设置相配合的气罐，同时在风洞内部布置多根与气罐连通，且送气位置与试验模型表面相配合的送气管，在实际的喷流试验中，在对试验模型进行喷流试验时，通过将送气管相应位置的阀门打开，其送出具有预定压力的气流将会作用于试验模型的相应位置，而试验模型在气流压力的反作用下会发生相应的转动，通过测试模块体在受力作用下的转动速率、时间等，即可得到在该位置经受相应喷流压力时，试验模型相应试验参数。

而这种风洞喷流试验的方式存在的缺点在于，在实际的试验中，我们通常需要试验模型的不同位置，所经受的不同压力的情况分别进行试验，这就使得送气管的管路布置非常复杂，且对于不同长度、不同大小、不同外部结构的试验模型来说，送气管路的适应性也达不到理想的要求。

同时，对于采用送气管路在风洞中进行喷流模拟来说，送气管路与风洞配合的密封性，管路在输送高压气体时本身所具有抗压性、密封性都很难满足试验的要求，且使用寿命短，投入成本较大。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种重力驱使的风洞喷流试验等效模拟装置，包括：

试验模型，其重心上设置有相配合的第一连接组件；

固定台面，其上设置有第二连接组件；

其中，所述第一连接组件的自由端穿过固定台面与第二连接组件转动连接，所述第一连接组件在固定台面与第二连接组件之间穿设有相配合的偏心式配重组件；

所述固定台面、第二连接组件之间设置有与配重组件相配合的至少一个电磁离合器，各电磁离合器被配置为与对应的控制器通信连接。

优选的是，所述配重组件被配置为包括：

安装臂；

多块柱形结构的配重，其中心处设置有相配合的第一安装孔；

其中，所述安装臂在与第一连接组件相配合的一侧设置有第二安装孔，在远离第二安装孔的一侧设置有与配重相配合的至少一个安装柱；

所述安装臂通过设置在第二安装孔内的第一轴承与第一连接组件活动连接。

优选的是，所述安装柱被配置为呈楔形结构，且各安装柱上端通过螺纹连接有相配合的螺帽；

其中，相邻的配重之间、最上层的配重与螺帽之间分别设置有至少一块弹性垫片。

优选的是，所述弹性垫片被配置为包括：上下呈相对设置的金属片，以及设置在金属片之间的弹性层。

优选的是，所述第一连接组件被配置为包括：与试验模型可拆卸连接的连接杆；

其中，所述连接杆与固定台面、第二连接组件均通过相配合的第二轴承连接。

优选的是，所述第二连接组件被配置为在空间上呈Z字形的安装臂。

一种应用风洞喷流试验等效模拟装置的方法，包括：

步骤一，将试验模型待测点位置以及吹风压力、喷流压力、喷口面积、喉道面积分别输入至控制器中，以通过反算公式计算相应的配重位置和配重质量，通过控制器控制电磁离合器处于工作态，将安装臂吸合在靠近第二连接组件的一侧；

步骤二，按步骤一中计算得到的配重位置和配重质量，将配重安装在安装柱上，旋紧螺帽，完成配重的固定；

步骤三，通过控制器切换电磁离合器的工作状态，将安装臂吸合在固定台面的一侧，以将配重的质量以偏心的方式施加给第一连接组件的连接杆上，控制试验模型的旋转状态；

步骤四，设置在试验模型上的采集机构实时采集试验模型的工作状态，以得到试验模型的喷流试验参数。

优选的是，所述反算公式被配置为包括：

其中，式中A为喷口面积，p₀为喷流总压，p为喷流出口静压，

为来流静压，A_*为喷管吼道面积，r为气体常数，m为配重块的质量，g为重力加速度，a为喷气口相对于连接杆的作用力臂，b为配重块相对于连接杆的作用力臂。

本发明至少包括以下有益效果：其一，本发明通过偏心设置的配重，模拟在试验模型旋转态下，突然受到喷流反作用后试验模型的状态变化，得到相应的试验参数，其相对于现有的喷流送气的模拟系统来说，具有结构简单，易于实施，可操作性强，适应性好的效果。

其二，本发明通过反算公式，得到在相应喷流压力以及不同位置下，通过对配重的质量试验模型可能经受的压力，通过控制电磁离合器控制配重机构施加一个偏心的作用力给予试验模型连接的连接杆，模拟现有喷流送气效果，以达到试验目的，其操作可行性高，精度满足试验要求。

其三，本发明相对于现有的喷流送气的模拟系统来说，无高压操作设备，安全性高。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明中重力驱使的风洞喷流试验等效模拟装置的结构示意图；

图2为本发明中风洞喷流试验等效模拟装置的截面结构示意图；

图3为本发明中垫片的结构示意图；

图4为本发明中的等效模拟装置在应用时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1示出了根据本发明的一种重力驱使的风洞喷流试验等效模拟装置的实现形式，其中包括：

试验模型1，其重心上设置有相配合的第一连接组件2，在这种结构中，试验模型可以是根据需要设置的任意设备或设备部件，第一连接组件通过螺钉与试验模型进行连接；

固定台面3，其上设置有第二连接组件4，固定台面用于对试验模型与其它部件进行物理隔离或电磁隔离，而第二连接组件用于将与第一连接组件固定连接的试验模型设置在固定台面上；

其中，所述第一连接组件的自由端穿过固定台面与第二连接组件转动连接，第一连接组件与第二连接组件的可转动式连接，使得第一连接组件上的试验模型在空间上即可以固定，又不会影响其后期的试验，所述第一连接组件在固定台面与第二连接组件之间穿设有相配合的偏心式配重组件5，其用于通过设置一个配重组件在试验时突然向与试验模型连接的第一连接组件施加一个作用力，用于模拟喷流试验时通过气路喷射于试验模型表面的气流压力，以测量在外部压力干涉下试验模型运动状态的变化，以得到相应的试验参数；

所述固定台面、第二连接组件之间设置有与配重组件相配合的电磁离合器6，电磁离合器被配置为与对应的控制器（未示出）通信连接，在这种方案中，控制器用于控制电磁离合器的工作状态，在实际的应用中，电磁离合器可以设置成具有双向功能的一个电磁离合器，也可以是两个单向的电磁离合器进行组合使用，即电磁离合器应因具有双向的吸附功能，故可以控制配重吸附的方向，进而可以控制配重是否施加给第一连接组件以作用力，在实际的应用到风洞中时，图1的方向应逆时针旋转90°，即使固定台面为竖直方向放置，以保证与风洞现有结构以及试验的配合度。

所述第一连接组件被配置为包括：与试验模型可拆卸连接的连接杆20，其用于以试验模型进行连接，连接杆在与试验模型相配合的一侧设置有弧形连接板，以通过螺钉将连接板与待测试验模型进行快速连接；

其中，所述连接杆与固定台面、第二连接组件均通过相配合的第二轴承A 21、第二轴承B 22连接，通过轴承的设置，保证设备连接的稳定性，同时不影响试验模型的转动；

所述第二连接组件被配置为在空间上呈Z字形的安装臂，其用于提供给第一连接组件一个相应的高度安装空间，以使配重组件在第二连接组件与固定台面之间具有足够的空间可以施加相应的作用力给第一连接组件。

如图1-图2在另一种实施例中，所述配重组件被配置为包括：

安装臂50；

多块柱形结构的配重51，其中心处设置有相配合的第一安装孔(未示出)；

其中，所述安装臂在与第一连接组件相配合的一侧设置有第二安装孔(未示出)，在远离第二安装孔的一侧设置有与配重相配合的至少一个安装柱52；

所述安装臂通过设置在第二安装孔内的第一轴承53与第一连接组件活动连接，在这种结构中，安装臂具有伸出第一连接组件的预定距离，以使得安装在安装臂上的配重相对于第二安装孔所在的位置呈偏心结构，以在电磁离合器失力的作用下，给予第一连接组件上连接杆一个突然的作用力，用于模拟喷流的冲击力，而安装柱的设置是用于安装需要对配重的质量、个数、位置进行适应性的调整。

如图3，在另一种实施例中，所述安装柱被配置为呈楔形结构，通过底部楔形结构的设计，使得配得安装后以及试验过程中不会产生旋转和位置变动，减小试验误差，且各安装柱上端通过螺纹连接有相配合的螺帽（未示出），螺帽的设计用于对各配重进行位置限定，防止其在失力作用下，配重从安装柱上脱离或位置变动，影响试验效果和精度；

其中，相邻的配重之间、最上层的配重与螺帽之间分别设置有至少一块弹性垫片7，所述弹性垫片被配置为包括：上下呈相对设置的金属片70，以及设置在金属片之间的弹性层71，在这种结构中，通过弹性垫片的作用力，在于减小设备的冲击震动，同时保证配重之间的配合紧密度，同时可以根据需要增加空间高度，以适应不同配重高度与螺帽之间的配合度。

一种应用风洞喷流试验等效模拟装置的方法，包括：

步骤一，将试验模型待测点位置以及吹风压力、喷流压力、喷口面积、喉道面积分别输入至控制器中，以通过反算公式计算相应的配重位置和配重质量，通过控制器控制电磁离合器处于工作态，将安装臂吸合在靠近第二连接组件的一侧；

步骤二，按步骤一中计算得到的配重位置和配重质量，将配重安装在安装柱上，旋紧螺帽，完成配重的固定；

步骤三，通过控制器切换电磁离合器的工作状态，将安装臂吸合在固定台面的一侧，以将配重的质量以偏心的方式施加给第一连接组件的连接杆上，控制试验模型的旋转状态；

步骤四，设置在试验模型上的采集机构实时采集试验模型的工作状态，以得到试验模型的喷流试验参数。

如图4，在现有的风洞试验条件下，设喷气口10喷出气体产生的力大小为F，喷气口相对于安装模拟实验体旋转轴（也称为连接杆）的作用力臂为a，喷气作用效果相当于对旋转轴产生旋转力矩大小为F·a的驱动力矩。

采用等效装置后，设配重块相对于旋转轴的作用力臂为b，重力块质量为m，则当F·a=m·g·b时，重力块即产生与喷气相同的作用效果，其中，g为重力加速度。

而基于公式一：

(1)

以及公式二：

(2)

对公式一、二进行整理可得配重块的质量反算公式：

其中，A为喷口面积，p₀为喷流总压，p为喷流出口静压，

为来流静压，A_*为喷管吼道面积，r为气体常数。

通过这种方式，可以根据实际的喷流试验需要，对配重的质量进行设置，以使其不同工况下的试验相配合，具有更好的适配度，风洞内部不需要设置复杂的喷流管路，结构更为简单，可操作性更强。

以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种重力驱使的风洞喷流试验等效模拟装置，其特征在于，包括：

试验模型，其重心上设置有相配合的第一连接组件；

固定台面，其上设置有第二连接组件；

其中，所述第一连接组件的自由端穿过固定台面与第二连接组件转动连接，所述第一连接组件在固定台面与第二连接组件之间穿设有相配合的偏心式配重组件；

所述固定台面、第二连接组件之间设置有与配重组件相配合的至少一个电磁离合器，各电磁离合器被配置为与对应的控制器通信连接。

2.如权利要求1所述的重力驱使的风洞喷流试验等效模拟装置，其特征在于，所述配重组件被配置为包括：

安装臂；

多块柱形结构的配重，其中心处设置有相配合的第一安装孔；

其中，所述安装臂在与第一连接组件相配合的一侧设置有第二安装孔，在远离第二安装孔的一侧设置有与配重相配合的至少一个安装柱；

所述安装臂通过设置在第二安装孔内的第一轴承与第一连接组件活动连接。

3.如权利要求2所述的重力驱使的风洞喷流试验等效模拟装置，其特征在于，所述安装柱被配置为呈楔形结构，且各安装柱上端通过螺纹连接有相配合的螺帽；

其中，相邻的配重之间、最上层的配重与螺帽之间分别设置有至少一块弹性垫片。

4.如权利要求3所述的重力驱使的风洞喷流试验等效模拟装置，其特征在于，所述弹性垫片被配置为包括：上下呈相对设置的金属片，以及设置在金属片之间的弹性层。

5.如权利要求1所述的重力驱使的风洞喷流试验等效模拟装置，其特征在于，所述第一连接组件被配置为包括：

与试验模型可拆卸连接的连接杆；

其中，所述连接杆与固定台面、第二连接组件均通过相配合的第二轴承连接。

6.如权利要求1所述的重力驱使的风洞喷流试验等效模拟装置，其特征在于，所述第二连接组件被配置为在空间上呈Z字形的安装臂。

7.一种如权利要求3所述重力驱使的风洞喷流试验等效模拟装置的应用方法，其特征在于，包括：

步骤一，将试验模型待测点位置以及吹风压力、喷流压力、喷口面积、喉道面积分别输入至控制器中，以通过反算公式计算相应的配重位置和配重质量，通过控制器控制电磁离合器处于工作态，将安装臂吸合在靠近第二连接组件的一侧；

步骤二，按步骤一中计算得到的配重位置和配重质量，将配重安装在安装柱上，旋紧螺帽，完成配重的固定；

步骤三，通过控制器切换电磁离合器的工作状态，将安装臂吸合在固定台面的一侧，以将配重的质量以偏心的方式施加给第一连接组件的连接杆上，控制试验模型的旋转状态；

步骤四，设置在试验模型上的采集机构实时采集试验模型的工作状态，以得到试验模型的喷流试验参数。

8.如权利要求7所述重力驱使的风洞喷流试验等效模拟装置的应用方法，其特征在于，所述反算公式被配置为包括：

其中，式中A为喷口面积，p₀为喷流总压，p为喷流出口静压，

为来流静压，A_*为喷管吼道面积，r为气体常数，m为配重块的质量，g为重力加速度，a为喷气口相对于连接杆的作用力臂，b为配重块相对于连接杆的作用力臂。

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