专利名称：一种旋出式风洞可变粗糙元装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旋出式风洞可变粗糙元装置，属于实验空气动力学 领域。
背景技术：
进行风工程与环境流体力学等学科的风洞实验研究时，需要在风洞中形成 一定类型的模拟大气边界层气流，通常的方法是在风洞中的某一位置放置适当 类型的尖劈(塔)和粗糙元。粗糙元是分布于平面上的块体，多为长方体，依 据所要形成的模拟大气边界层的类型，粗糙元的尺寸和分布密度要做相应的调 整，对于长方体的粗糙元来说，通常调节其高度和分布密度，或者只调节其高 度就可以达到要求。在现有的风洞实验研究中，为了形成合适的模拟大气边界 层，需要根据实际情况对不同类型的粗糙元进行高度和分布密度调节或更换， 实现起来耗时耗力。本发明提供一种旋出式风洞可变粗糙元装置，其可以简单 快速地实现粗糙元高度的无级调节。
发明内容
为了克服现有技术上述结构的不足，本发明提供一种旋出式风洞可变粗糙 元装置，该装置简单快速地实现粗糙元高度的无级调节。本发明解决其技术问 题所采用的技术方案是
一种旋出式风洞可变粗糙元装置，其包括多个粗糙元、开孔平板、下平板 (或框架)和铰链四个主要部件。所述粗糙元形状为四分之一圆柱段，该圆柱 段使用木材、铝材、不锈钢等多种材料制成，为了减轻所述粗糙元的重量，可 将其做成四分之一圆柱段壳体，其尺寸(半径R和宽度B)以及粗糙元的间距均
由风洞试验专家根据风洞尺寸、风速和试验要求来确定；所述开孔平板用木板、 塑料板、铝板或钢板材料制成，开孔为一矩形 L，其宽度为略大于圆柱段宽度B， 长度为略大于圆柱段半径R，以便粗糙元能灵活地旋进和旋出。所述旋出式风洞 可变粗糙元装置的连接方式如下-
所述开孔平板与风洞底板平齐固定安装；所述粗糙元的一个直边铰接在所 述开孔平板上，另一个直边铰接在置于开孔平板之下且与该开孔平板平行的下 平板(或框架)上；所述粗糙元的两直边的连接元件是金属合页或专门加工的 铰链，其连接方式是铰接方式；所述开孔平板与风洞底板平齐固定安装；所述 下平板(或框架)可以向一个力向移动，从而使粗糙元从开孔平面旋出，所述 粗糙元的旋出量决定了整个开孔平板的粗糙度。
该装置通过改变下平板的移动量来改变粗糙元的旋出量，从而改变整个开 孔板的粗糙度，在风洞中就会形成各类模拟大气边界层的气流，该气流具有适 当的湍流度、平均风速剖面和其它湍流特性。
本发明的有益效果是本发明通过改变下平板的移动量，控制粗糙元的旋出 量，从而改变整个开孔板的粗糙度，极大地减少了通常在风洞中安装地面粗糙 元的工作量。
图l为根据本发明的旋出式风洞可变粗糙元单体结构示意图，其中，R为粗
糙元半径，B为粗糙元宽度；
图2为根据本发明的旋出式风洞可变粗糙元单体结构三面图，其中，2a为主 视图，2b为俯视图，2c为侧视图3为根据本发明的旋出式风洞可变粗糙元装配示意图，其中，l为四分之 一圆柱段的粗糙元单体粗糙元，2为开孔板，3下平板，4铰链，箭头指示下平板 的移动方向，在风洞中这个方向通常也是气流方向，但也可以是逆气流方向；
图4是旋出式风洞可变粗糙元装置中各粗糙元分布示意图(仅画出四排)， 其中，R为粗糙元半径，B为粗糙元宽度；L为行距，S为列距；粗糙元安装在风 洞中时，列方向与风洞轴线平行。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明
实施例l:粗糙元的尺寸如图l、图2和图4所示，其中，半径为R，宽度为B， 按实验要求设计出粗糙元的分布图，并加工制作出符合要求的多个粗糙元；加 工开孔板和下平板(或框架)，为加工和安装方便，整个旋出式可变粗糙元装置 可分段加工，然后对接起来。图4为旋出式风洞可变粗糙元装置中粗糙元分布示 意图(仅画出四排)，其中，R为粗糙元半径，B为粗糙元宽度；L为行距，S为列 距；粗糙元安装在风洞中时，其列方向与风洞轴线平行。
实施例2:图3为根据本发明的旋出式风洞可变粗糙元装配示意图，其中，1 为单体粗糙元，2为开孔板，3下平板，4为铰链，箭头指示下平板的移动方向， 在风洞中这个方向通常也是气流方向，但也可以是逆气流方向。如图3所示，该 装置由多个粗糙元、开孔平板、下平板(或框架)和铰链四个主要部件组成。 粗糙元形状为四分之一圆柱段，该圆柱段用木材、铝材、不锈钢等多种材料制 成。将粗糙元做成四分之一圆柱段壳体，目的是为了减轻每个粗糙元的重量， 其中，每个粗糙元的尺寸(半径R，宽度B)和间距由各个风洞实验专家根据该 风洞尺寸、风速范围及实验对象等因素确定。粗糙元通过铰链以铰接方式将粗 糙元连接在开孔板和下平板(或框架)上，其中，粗糙元的一个直边铰接在开 孔平板上，另一个直边铰接在一块置于开孔平板之下与之平行的下平板(或框 架)上，连接元件为金属合页或专门加工的铰链；开孔平板与风洞底板平齐固 定安装，而风洞底板是风洞的固有部件，是风洞试验段底部的构成部分，下平 板(或框架)可以向一个方向移动，从而使粗糙元从开孔平面旋出；通过改变
下平板的移动量，就能控制粗糙元的旋出量，从而改变整个开孔板的粗糙度， 在风洞中就可形成各类模拟大气边界层的气流。
权利要求
1. 一种旋出式风洞可变粗糙元装置，其特征是包括多个粗糙元、开孔平板、下平板(或框架)和铰链四个主要部件；所述粗糙元的一个直边铰接在开孔平板上，另一个直边铰接在一块置于开孔平板之下并与该开孔平板平行的下平板(或框架)上，所述粗糙元的两直边的连接元件是金属合页或专门加工的铰链，其连接方式是铰接方式；所述开孔平板与风洞底板平齐固定安装，下平板或框架向一个方向移动，从而使粗糙元从开孔平面旋出。
2. 根据权利要求l所述的一种旋出式风洞可变粗糙元装置，其特征是所 述粗糙元形状为四分之一圆柱段，该圆柱段使用木材、硬塑料、铝材或不锈钢 材料制成；为了减轻重量，将所述粗糙元做成四分之一圆柱段壳体，其半径R、 宽度B以及粗糙元的间距均由风洞试验专家根据风洞尺寸、风速和试验要求来确 定。
3. 根据权利要求l所述的一种旋出式风洞可变粗糙元装置，其特征是所 述开孔平板用木板、塑料板、铝板或钢板材料制成，所述开孔为一矩形孔，其 宽度为略大于圆柱段宽度B，长度为略大于圆柱段半径R，以便粗糙元能灵活地 旋进和旋出。
4.根据权利要求1所述的一种旋出式风洞可变粗糙元装置，其特征是，所述 装置通过改变所述下平板的移动量来控制粗糙元的旋出量，从而改变整个开孔 板的粗糙度，以便在风洞中形成各类模拟大气边界层的近地面的湍流度和平均 速度剖面的气流。
全文摘要
一种旋出式风洞可变粗糙元装置，其包括多个粗糙元、开孔平板、下平板(或框架)和铰链四个主要部件。其特征是粗糙元形状为四分之一圆柱段，该粗糙元的一个直边铰接在开孔平板上，另一个直边铰接在置于开孔平板之下与之平行的下平板(或框架)上；开孔平板与风洞底板平齐固定安装，下平板(或框架)向一个方向移动就使粗糙元从开孔板的上表面旋出，通过改变下平板的移动量来改变粗糙元的旋出量，从而改变整个开孔板的粗糙度，在风洞中可形成各类模拟大气边界层的近地面气流。该装置可以简单快速地实现粗糙元高度的无级调节。
文档编号G01M9/04GK101377447SQ20081011995
公开日2009年3月4日 申请日期2008年9月12日 优先权日2008年9月12日
发明者王亚利, 王建明, 魏庆鼎 申请人:北京大学