专利名称：水面移动空气动力学测试平台的制作方法
技术领域：
本项发明涉及低速空气动力学试验平台设计，属空气动力学技术领域。
背景技术：
目前风力发电机测试有风洞吹风试验和外场试验二种方法。在风洞中进行吹风试 验，通常需制作縮尺模型。2006年，Danmei Hu和Ouyang Hua等在RenewableEnergy第31 期821-836页上发明论文"A study on stall-delay for horizontal axis windturbine，， 说明了小型风力机模型风洞试验方法。由于模型与原型风轮流动雷诺数差别，以及风洞 壁面影响，造成模型试验结果不能反映原型风轮的气动性能；桥梁、建筑等模型试验也存 在相同问题。直接进行外场试验，对于风力机可真实检验风轮气动性能和整机运行状况； 对于桥梁、建筑等模型可消除洞壁影响。1999年，美国可再生能源实验室D. A. Simms和 M. M. Hand等发表的技术矛艮告"Unsteady AerodynamicsExperiment Phases II—IV Test Configurations and Available Data Campaigns，，(编号NREL/TP_500_25950)，在夕卜场对 一直径IO米的二叶片风力机原型进行测试研究。但由于外场自然风速不能根据测试要求 变化，因而难以在短时间内测量整个设计风速范围内的气动性能。
发明内容
针对目前风力机及桥梁、建筑等模型在风洞中采用模型试验与原型实际运行差别 较大以及在外场测试自然风速不可调节的不足之处，本专利提出一种水面移动测试平台， 实现可调风速的外场测试。 —种水面移动空气动力学测试平台，其特征在于包括漂浮于水面的漂浮平台及
运动测量台架，其中漂浮平台上安装有导轨，运动测量台架安装于导轨上并通过轨道轮与
导轨配合；测量台架上还安装有电动机、电动机带动转动轴转动，转动轴上安装有两个缆绳
绞盘，这两个缆绳绞盘上的缆绳绕线方式相反，所绕缆绳分别与位于漂浮平台两端的两个
缆绳固定座连接；该测试平台还包括用于使漂浮平台在水面定位的水中固定件。 —种利用上述水面移动空气动力学测试平台测试的方法，其特征在于包括以下过
程(1)、将试验件固定在运动测量台架的台面上；(2)、测量自然风的风速、风向，转动浮动
平台使其对准风向，然后通过水中固定件使浮动平台定位；(3)、根据所测风速以及试验件
模拟风速、计算测量台架相对导轨的运动速度，进而确定电动机转速；(4)、起动电动机，当
达到设定的转速匀速运行后，对实验件气动性能进行测量；(5)、完成一次测量后，反转电动
机，将运动测量台架拉回原始发位置，进行下次试验。 本发明1)、利用相对运动原理，通过改变试验件(风力机、桥梁、建筑等模型)运动 速度，使试验件迎面相对风速可变；2)、采用测试平台方向转动，使试验件运动逆风向，利用 自然风速提高相对风速，降低试验件运动速度、减小运动距离进而减小测试平台尺寸，同时 可消除自然风向与试验件运动方向不一致产生的相对风向不可控性；3)、利用水面安装测 试平台，可避开建筑、山峰造成的自然风速不均匀，利用水体浮力可降低零部件强度要求、简化结构、并且易于实现平台的转动、降低设备成本。 应用该测试平台，可进行中小型风力机原型风轮空气动力学试验、整机性能测试， 大型风力机縮尺模型风轮空气动力学试验；可用于其他低速试验，如桥梁、建筑等模型吹 风试验。 本项发明与目前已有的技术比较有以下优点，1)、没有洞壁干扰且模型尺寸较大， 能更真实模拟实际运行状态；2)、无需建造大尺寸风洞、试验动力要求小，因此设备造价及 测试费用低于风洞试验；3)、可根据要求调节风速，快速检测在整个设计风速范围内的性
图1为水面移动空气动力学测试平台结构俯视示意图。
图2为水面移动空气动力学测试平台结构侧视示意图。
图3为电机和缆绳绞盘结构示意图。
图4为定位卡环与定位圈连接关系示意图。 图1中标号名称1、定位卡环；2、定位圈；3、缆绳固定座；4、导轨；5、漂浮平台；6、 缆绳；7、运动测量台架；8、电动机；9、缆绳绞盘；10、水底水泥桩；11、水下拉索；12、浮圈； 13、试验件-风力机；14、轨道轮；15、水面；16、轴承座；17、转动轴；19、螺栓+螺帽，20、螺栓孔。 具体实施方法及实施例 1、水面移动空气动力学测试平台组成 图1和图2分别为所发明的水面移动空气动力学测试平台结构俯视和侧视示意 图。该测试平台主要由定位卡环1、定位圈2、缆绳固定座3、导轨4、漂浮平台5、缆绳6、运 动测量台架7、电动机8、缆绳绞盘9、水底水泥桩10、水下拉索11、和浮圈12组成。
2、各零部件功能及相互连接关系 定位卡环1与定位圈2配合，用于浮动平台5定位和固定作用。定位卡环1和定 位圈2可采用图4所示连接方式。然后再利用定位卡环1上螺栓孔20(见图4)借助螺栓 将其与浮动平台5连接。由于浮动平台5在试验过程中受力(主要为测试台架上试验件与 风的作用力)要通过定位卡环传递至水底水泥桩，为保证结构强度，可采用较多个定位卡 环1 (图1、2中画出4个作为示意)。 漂浮平台5为空心结构，在水面上产生浮力。该平台上安装二个导轨4，与运动测 量台架7的轨道轮14相配合。如图3，电动机8为调速电机可带动缆绳绞盘9正反向转动， 实现运动测量台架的双向、变速运动。 水底水泥桩10、水下拉索11用于固定空心浮圈12。整个测试平台受力主要有风 浪拍打浮圈12和运动测试台架7上试验件13与风的作用力。为了确保该测试平台整体固 定不动，可在水底固定浮圈12下方排列多个水底水泥桩，并且水下拉索11要有较大的拉力 (要求浮圈12浮力大、水底水泥桩10牢靠)。
3、测试平台工作方式 将试验件(风力机、桥梁模型等)固定在运动测量台架7的台面上(如图2所示)； 试验测量前，先测量自然风的风速、风向，转动浮动平台5使其对准风向，根据风速以及试验件前方相对风速要求确定运动测量台架7的运动速度，进而确定电动机8转速。起动电 动机，当达到设定的转速匀速运行后，对试验件气动性能进行测量。完成一次测量后，反转 电动机8，将运动测量台架7拉回原始发位置，进行第二次试验。
4、实施例 设计一个水面移动空气动力学测试平台，该平台可进行15米/秒以内风速、匀速 持续时间1分钟试验。 假设该测试平台安装在经常性自然风速5米/秒的湖面上，因此运动测量台架7 逆风运行速度最大要达到10米/秒；持续时间1分钟，轨道长度要600米。如果从静止加 速到10米/秒需要10秒钟，从10米/秒减速到静止需要5秒钟，按平均速度5米/秒，还 需要75米轨道。因此合计轨道长度为675米，这样测试平台浮圈内径应为700米左右。如 果自然风速增大、测试最大风速降低或匀速持续时间縮短可减小平台尺寸，反则反之。
权利要求
一种水面移动空气动力学测试平台，其特征在于包括漂浮于水面的漂浮平台(5)及运动测量台架(7)，其中漂浮平台(5)上安装有导轨(4)，运动测量台架(7)安装于导轨(4)上并通过轨道轮(14)与导轨(4)配合；测量台架上还安装有电动机(8)、电动机(8)带动转动轴(17)转动，转动轴(17)上安装有两个缆绳绞盘，这两个缆绳绞盘上的缆绳绕线方式相反，所绕缆绳分别与位于漂浮平台(5)两端的两个缆绳固定座(3)连接；该测试平台还包括用于使漂浮平台(5)在水面定位的水中固定件。
2. 根据权利要求1所述的水面移动空气动力学测试平台，其特征在于上述用于使漂浮平台(5)在水面定位的水中固定件由水底水泥桩(10)、水下拉索(11)、浮圈(12)组成。
3. 利用权利要求1所述水面移动空气动力学测试平台测试的方法，其特征在于包括以下过程(1) 、将试验件固定在运动测量台架(7)的台面上；(2) 、测量自然风的风速、风向，转动浮动平台(5)使其对准风向，然后通过水中固定件使浮动平台(5)定位；(3) 、根据所测风速以及试验件模拟风速、计算测量台架(7)相对导轨的运动速度，进而确定电动机(8)转速；(4) 、起动电动机，当达到设定的转速匀速运行后，对实验件气动性能进行测量；(5) 、完成一次测量后，反转电动机(8)，将运动测量台架(7)拉回原始发位置，进行下次试验。
全文摘要
本发明涉及一种水面移动空气动力学测试平台及测试方法，属空气动力学技术领域。该平台包括漂浮于水面的漂浮平台(5)及运动测量台架(7)，其中漂浮平台(5)上安装有导轨(4)，运动测量台架(7)安装于导轨(4)上并通过轨道轮(14)与导轨(4)配合；测量台架上还安装有电动机(8)、电动机(8)带动转动轴(17)转动，转动轴(17)上安装有两个缆绳绞盘，这两个缆绳绞盘上的缆绳绕线方式相反，所绕缆绳分别与位于漂浮平台(5)两端的两个缆绳固定座(3)连接；该测试平台还包括用于使漂浮平台(5)在水面定位的水中固定件。本发明利用水面移动测试平台，实现可调风速的外场测试。
文档编号G01M9/00GK101699239SQ20091018487
公开日2010年4月28日 申请日期2009年10月16日 优先权日2009年10月16日
发明者周正贵, 徐夏, 章嘉麟, 邱名 申请人:南京航空航天大学