CN115200827A - 一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞，包括三自由度平台，所述三自由度平台上端设置有用于模拟风洞的风扇组装机构，所述三自由度平台与风扇组装机构之间设置有用于调节风扇组装机构出风形式的滑轨调节机构。本发明使用效果好，通过可以调整的三自由度平台、滑轨位置、风扇转速形成可变角度的复杂来流，从而模拟贴合飞行器真实飞行环境的风场来流，同时结构可靠、简单，易于制造。

Description

一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞

技术领域

本发明涉及风洞技术领域，具体为一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞。

背景技术

随着风洞实验技术成熟发展，风洞装置现已广泛应用于飞行器的气动性能及其流场特征测试，常规的回流风洞设备一般采用单一大型风扇作为动力源并在试验段形成均匀来流，可一定程度模拟飞行器运行的理想均匀风场环境，但对于其他较复杂风场来流的模拟能力有限，目前采用多风扇阵列作为驱动的主动控制风洞是较为先进的风场模拟技术，日本宫崎大学的多风扇主动控制湍流风洞通过电信号改变各风扇转速和相位产生所需气流。上海交通大学的多风扇风洞可模拟大气边界层的风速廓线规律，同济大学的多风扇阵列风洞还可模拟脉动风场，多阵列风洞提升了非均匀来流风场的模拟能力。

但是目前这些风洞的结构设计思路仍基本与常规风洞一致，保留直流式的试验段结构及较复杂的进出口管道，体积结构庞大复杂，造价成本较高；另外一旦设计建造完成后，风扇阵列即固定，来流方法仅可沿设计的通道流向流动，缺乏对具有垂直或侧向速度分量风场的模拟能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞，包括三自由度平台，所述三自由度平台上端设置有用于模拟风洞的风扇组装机构，所述三自由度平台与风扇组装机构之间设置有用于调节风扇组装机构出风形式的滑轨调节机构。

优选的，所述三自由度平台包括底板、地脚螺栓、气泵、下铰链座、下铰链固定螺栓、铰链部件、套筒、伸缩杆、顶板、上铰链座、上铰链固定螺栓，所述底板下端外侧表面四周均匀固定设置有若干地脚螺栓，底板通过地脚螺栓可以固定于地面或固定设备端面，所述底板上端表面均匀固定设置有若干气泵，气泵设置有三个，间隔120度设置在底板上端，所述底板上端在气泵一侧固定设置有下铰链座，所述下铰链座与底板之间固定设置有下铰链固定螺栓，所述底板上端设置有顶板，所述底板下端表面均匀固定设置有若干上铰链座，所述上铰链座与顶板之间固定设置有上铰链固定螺栓，所述下铰链座与上铰链座内部均活动设置有铰链部件，下端所述铰链部件表面设置有套筒，上端所述铰链部件表面设置有伸缩杆，所述伸缩杆活动穿插设置在套筒内部，将铰链部件活动设置在下铰链座与上铰链座内部，并活动连接套筒和伸缩杆，从而使得套筒以及伸缩杆可以沿着多个方向进行转动，从而可以方便后续伸缩杆伸缩，使得顶板可以在一定范围内沿着正交坐标系的三个坐标轴产生相对转动，从而改变顶板相对底板的姿态，所述套筒内部空心，气泵与其附近的套筒一一对应，对应气泵通过管道与空心套筒的内部相通，从而可以向套筒内部泵入气体，从而使得套筒内部上端的伸缩杆，伸长或者缩短。

优选的，所述滑轨调节机构包括滑轨、滑块，所述顶板上端外侧表面均匀固定设置有若干滑轨，所述滑轨上端外侧表面通过滑槽活动卡合设置有滑块，滑轨通过螺栓固定在顶板上端，顶板上端设置有多组可以用于固定滑轨的定位孔，当所固定的滑轨间相互平行时，上端安装的风扇列可生成相互平行的匀直来流，当所安装的滑轨间不平行形成圆弧时，风扇列可生成扇形来流，滑块可在滑轨两端限位内自由滑动，根据滑轨上的刻度形成不同曲率半径的风扇列，当锁紧滑块表面自带的螺丝拧紧时，可锁紧滑块。

优选的，风扇组装机构包括风扇单元、紧固件、锁紧螺丝，所述滑块上端均匀固定设置有若干风扇单元，所述风扇单元之间固定设置有紧固件，所述风扇单元与紧固件之间固定设置有锁紧螺丝，通过风扇组装机构可以根据需要快速方便的组装任意数量的风扇单元，形成目标大小的风扇阵列，便于进行风洞试验。

优选的，下端所述铰链部件通过转轴与下铰链座之间活动连接，下端所述铰链部件通过转轴与套筒之间活动连接，套筒所在转轴与下端铰链部件和下铰链座所连接的转轴相互垂直，具体连接形式可以如图1处表达，，如此使得套筒可以相对于下铰链座进行多个方向的转动。

优选的，上端所述铰链部件通过转轴与上铰链座之间活动连接，上端所述铰链部件通过转轴与伸缩杆之间活动连接，伸缩杆所在转轴与上端铰链部件和上铰链座所连接的转轴相互垂直，如此使得伸缩杆可以相对于上铰链座进行多个方向的转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明可以通过三自由度平台姿态改变和滑轨的相对位置，模拟平面和扇形的来流，实现来流空间角度的调节；同时通过控制风扇单元转速的不同，模拟气流层间速度梯度，该风洞可模拟不同类型的来流，相比现有技术可实现更贴合飞行器真实飞行环境的风场环境。

2、本发明结构简单，通过简单的机械机构来模拟风洞，结构简单，省去了复杂的风洞管路，易于制造、改进和操作控制，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞整体结构示意图；

图2为本发明一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞俯视整体结构视图；

图3为本发明一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞滑轨水平设置视图；

图4为本发明一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞滑轨调节机构的整体结构视图。

图中：1、风扇组装机构；101、风扇单元；102、紧固件；103、锁紧螺丝；2、三自由度平台；201、底板；202、地脚螺栓；203、气泵；204、下铰链座；205、下铰链固定螺栓；206、铰链部件；207、套筒；208、伸缩杆；209、顶板；210、上铰链座；211、上铰链固定螺栓；3、滑轨调节机构；301、滑轨；302、滑块。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞，包括三自由度平台2，所述三自由度平台2上端设置有用于模拟风洞的风扇组装机构1，所述三自由度平台2与风扇组装机构1之间设置有用于调节风扇组装机构1出风形式的滑轨调节机构3。

所述三自由度平台2包括底板201、地脚螺栓202、气泵203、下铰链座204、下铰链固定螺栓205、铰链部件206、套筒207、伸缩杆208、顶板209、上铰链座210、上铰链固定螺栓211，所述底板201下端外侧表面四周均匀固定设置有若干地脚螺栓202，底板201通过地脚螺栓202可以固定于地面或固定设备端面，所述底板201上端表面均匀固定设置有若干气泵203，气泵203设置有三个，间隔120度设置在底板201上端，所述底板201上端在气泵203一侧固定设置有下铰链座204，所述下铰链座204与底板201之间固定设置有下铰链固定螺栓205，所述底板201上端设置有顶板209，所述底板201下端表面均匀固定设置有若干上铰链座210，所述上铰链座210与顶板209之间固定设置有上铰链固定螺栓211，所述下铰链座204与上铰链座210内部均活动设置有铰链部件206，下端所述铰链部件206表面设置有套筒207，上端所述铰链部件206表面设置有伸缩杆208，所述伸缩杆208活动穿插设置在套筒207内部，将铰链部件206活动设置在下铰链座204与上铰链座210内部，并活动连接套筒207和伸缩杆208，从而使得套筒207以及伸缩杆208可以沿着多个方向进行转动，从而可以方便后续伸缩杆208伸缩，使得顶板209可以在一定范围内沿着正交坐标系的三个坐标轴产生相对转动，从而改变顶板209相对底板201的姿态，所述套筒207内部空心，气泵203与其附近的套筒207一一对应，对应气泵203通过管道与空心套筒207的内部相通，从而可以向套筒207内部泵入气体，从而使得套筒207内部上端的伸缩杆208，伸长或者缩短。

所述滑轨调节机构3包括滑轨301、滑块302，所述顶板209上端外侧表面均匀固定设置有若干滑轨301，所述滑轨301上端外侧表面通过滑槽活动卡合设置有滑块302，滑轨301通过螺栓固定在顶板209上端，顶板209上端设置有多组可以用于固定滑轨301的定位孔，当所固定的滑轨301间相互平行时，上端安装的风扇列可生成相互平行的匀直来流，当所安装的滑轨301间不平行形成圆弧时，风扇列可生成扇形来流，滑块302可在滑轨301两端限位内自由滑动，根据滑轨301上的刻度形成不同曲率半径的风扇列，当锁紧滑块302表面自带的螺丝拧紧时，可锁紧滑块302。

风扇组装机构1包括风扇单元101、紧固件102、锁紧螺丝103，所述滑块302上端均匀固定设置有若干风扇单元101，所述风扇单元101之间固定设置有紧固件102，所述风扇单元101与紧固件102之间固定设置有锁紧螺丝103，通过风扇组装机构1可以根据需要快速方便的组装任意数量的风扇单元101，形成目标大小的风扇阵列，便于进行风洞试验。

下端所述铰链部件206通过转轴与下铰链座204之间活动连接，下端所述铰链部件206通过转轴与套筒207之间活动连接，套筒207所在转轴与下端铰链部件206和下铰链座204所连接的转轴相互垂直，具体连接形式可以如图1处表达，，如此使得套筒207可以相对于下铰链座204进行多个方向的转动。

上端所述铰链部件206通过转轴与上铰链座210之间活动连接，上端所述铰链部件206通过转轴与伸缩杆208之间活动连接，伸缩杆208所在转轴与上端铰链部件206和上铰链座204所连接的转轴相互垂直，如此使得伸缩杆208可以相对于上铰链座210进行多个方向的转动。

工作原理：本测试装置通过地脚螺栓202安装在固定地面端或者固定水平端，三自由度平台2上端通过滑轨301与滑块302安装有风扇单元101，风扇单元101旋转提供气流，用来模拟风场便于测试装置进行测试，经过期望姿态值由计算机输入，经过姿态解算，将套筒207需要的压力值经数据线传送给单片机，单片机再用于直接控制气泵203气压，同时用于采集气泵203的信号及发送风扇单元101转速信号，并将其传输回电脑上位机上计算其实际姿态用于矫正，单片机下位机于电脑上位机采用串口连接，装置使用时可以启动气泵203，气泵203启动时生成的气压推动底板201上三根伸缩杆208，使得伸缩杆208在套筒207内部延伸出不同长度，伸缩杆208长度的变化使得顶板209的姿态也相对于底板201产生变化，从而使得顶板209上滑轨301与风扇单元101阵列产生相应的姿态角，从而生成相对于地面带有姿态角的来流，装置使用时还可以根据需要调节滑轨301的平行度，当所固定的滑轨301间相互平行时，上端安装的风扇列可生成相互平行的匀直来流，当所安装的滑轨301间不平行形成圆弧时，风扇列可生成扇形来流，滑块302可在滑轨301两端限位内自由滑动，根据滑轨301上的刻度形成不同曲率半径的风扇列，如此通过不同的风扇单元101速度不同产生不同的速度梯度，配合顶板209的倾斜形成不同的姿态角，使得装置模仿非均匀来流、侧风、切边风、近地边界层风场等不同的流动状态，有效提高装置的使用效果，这就是本发明一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞的工作原理。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞，包括三自由度平台(2)，其特征在于：所述三自由度平台(2)上端设置有用于模拟风洞的风扇组装机构(1)，所述三自由度平台(2)与风扇组装机构(1)之间设置有用于调节风扇组装机构(1)出风形式的滑轨调节机构(3)。

2.根据权利要求1所述的一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞，其特征在于：所述三自由度平台(2)包括底板(201)、地脚螺栓(202)、气泵(203)、下铰链座(204)、下铰链固定螺栓(205)、铰链部件(206)、套筒(207)、伸缩杆(208)、顶板(209)、上铰链座(210)、上铰链固定螺栓(211)，所述底板(201)下端外侧表面四周均匀固定设置有若干地脚螺栓(202)，所述底板(201)上端表面均匀固定设置有若干气泵(203)，所述底板(201)上端在气泵(203)一侧固定设置有下铰链座(204)，所述下铰链座(204)与底板(201)之间固定设置有下铰链固定螺栓(205)，所述底板(201)上端设置有顶板(209)，所述底板(201)下端表面均匀固定设置有若干上铰链座(210)，所述上铰链座(210)与顶板(209)之间固定设置有上铰链固定螺栓(211)，所述下铰链座(204)与上铰链座(210)内部均活动设置有铰链部件(206)，下端所述铰链部件(206)表面设置有套筒(207)，上端所述铰链部件(206)表面设置有伸缩杆(208)，所述伸缩杆(208)活动穿插设置在套筒(207)内部，所述套筒(207)内部空心，。

3.根据权利要求1所述的一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞，其特征在于：所述滑轨调节机构(3)包括滑轨(301)、滑块(302)，所述顶板(209)上端外侧表面均匀固定设置有若干滑轨(301)，所述滑轨(301)上端外侧表面通过滑槽活动卡合设置有滑块(302)。

4.根据权利要求3所述的一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞，其特征在于：风扇组装机构(1)包括风扇单元(101)、紧固件(102)、锁紧螺丝(103)，所述滑块(302)上端均匀固定设置有若干风扇单元(101)，所述风扇单元(101)之间固定设置有紧固件(102)，所述风扇单元(101)与紧固件(102)之间固定设置有锁紧螺丝(103)。

5.根据权利要求2所述的一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞，其特征在于：下端所述铰链部件(206)通过转轴与下铰链座(204)之间活动连接，所述铰链部件(206)通过转轴与套筒(207)之间活动连接。

6.根据权利要求2所述的一种模拟可变角度来流的多风扇开放风洞，其特征在于：上端所述铰链部件(206)通过转轴与上铰链座(210)之间活动连接，上端所述铰链部件(206)通过转轴与伸缩杆(208)之间活动连接。

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