一种用于改变风洞来流风场能谱分布的振动翼栅系统的制作方法

本实用新型涉及空气动力学中风洞实验技术领域，尤其涉及一种用于改变风洞来流风场能谱分布的振动翼栅系统。

背景技术：

在高速发展的现代社会，建筑物的的高度跟形状日益增加和多样化，且气候条件的改变，导致风工程研究的重要性愈发凸显，而在风工程中风洞实验是现在除数值模拟外相对可靠的主流方法，是指在风洞中放置按照一定缩尺比设计制作的建筑模型，研究气体流动及其与模型的相互作用，目的是了解建筑结构的空气动力学特性的一种空气动力实验方法。而在不同尺寸的风洞实验室中，大气边界层模拟方法主要分为自然形成法和人工形成法。自然形成法是气流通过均匀粗糙壁所形成的厚度为0.5m-1.0m的大气边界层，此方法的试验段距离比较长，此方法占地与成本过高，因此现今的风洞实验室一般比较少采用自然形成法，而是采用被动模拟法和主动模拟法。

其中被动模拟法主要是指的尖劈、粗糙元、格栅、挡板之类的装置对来流进行导流改向从而在沿竖直方向形成梯度流场，出现剪切层，形成一定尺度的湍流旋涡和剪切边界层。目前国内最常用的被动模拟方式是尖劈和粗糙元的组合，现在尖劈-粗糙元被动模拟体系在大气边界层模拟技术下日趋成熟，此方法优点在于模拟装置简易、经济，能较好地模拟各种地貌的风速剖面，但是该装置的不足之处是模拟的紊流场紊流强度随高度衰减，同时紊流积分尺度偏小且随高度衰减，与现实紊流场相反，不能准确模拟实际大气边界层紊流场。

而主动模拟系统有多风扇风洞采用的变频调速风扇阵列技术，每个风扇都可以通过电脑独立控制随机波动，所模拟紊流场特征与实际紊流场吻合较好，但是控制技术复杂且成本过于昂贵。主动模拟系统原理都是通过运动控制系统控制翼栅以某种运动方式运动，从而产生脉动风速，在下游产生模拟的大气边界层紊流场，所产生的风场具有很好的相关性，同时湍流积分尺度得到提高。

当今国内风洞实验里常用的尖劈-粗糙元被动模拟系统。其优点在于模拟装置简易、经济，能较好地模拟各种地貌的风速剖面，但是关键是该装置的不足之处在于存在方式单一，模拟情况固定，装置布置不灵活的特点，导致模拟的紊流场紊流强度随高度衰减，同时紊流积分尺度偏小且随高度衰减，与现实紊流场相反，而紊流强度和紊流积分尺度偏小的缺点，也不能满足气动导纳研究所需要的特殊流场，不能准确模拟实际大气边界层紊流场。

在主动模拟技术中还存在以下缺点：

(1)动力及传动系统布置在风动内部，对风洞靠近上述部件的区域造成较大干扰，在做建筑模型风洞试验时可能引发较大误差；

(2)采用单频率控制，因此产生的风场能谱集中在该设定频率的窄带范围，未能体现风场能谱的宽带分布形式；

(3)有些传动机构存在死点，如在平面连杆机构中，若以摇杆或滑块为主动件，当其他两运动构件处于同一直线时的位置时，不论驱动力多大,都不能使机构启动，可能引发系统的动力传输失效。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种用于改变风洞来流风场能谱分布的振动翼栅系统，可实现风叶的规律或是随机扇动。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于改变风洞来流风场能谱分布的振动翼栅系统，包括电机，安装在电机输出端上的差速器，传动机构，上连板，多片风叶，框架；并排的多片风叶转动式地安装在框架上，风叶上设有穿过上连板的驱动件，传动机构的一端连接在差速器的输出端上，上连板连接在传动机构上。

进一步的是：传动机构包括连杆、滑块、摇把；连杆的一端连接在差速器的输出端上，滑块安装在连杆的另一端，滑块滑动式地安装在摇把上，上连板与摇把连接在一起。

进一步的是：摇把上设有用于滑块滑动的镂空滑槽。

进一步的是：上连板通过螺栓连接在摇把的中部位置。

进一步的是：摇把的端部设有吊柱，吊柱转动式地安装在框架上。

进一步的是：滑块通过螺栓安装在连杆上。

进一步的是：振动翼栅系统还包括下连板，风叶的下端设有驱动件，风叶下端的驱动件穿过下连板。

进一步的是：振动翼栅系统还包括程序控制系统，程序控制系统与电机信号连接。

进一步的是：框架呈方形，且框架由铝合金制成。

总的说来，本实用新型具有如下优点：

1、占地面积小，只需要利用一定的竖向空间，相对于尖劈—粗糙元或者是格栅，风扇矩阵技术都大大减小了占地空间，此外电机以及程序控制系统都可以布置在风洞外。

2、成本相对经济且实用性强，性价比高，易于推广应用，相对于传统的被动模拟技术，经济成本根据风洞大小差距不会太悬殊，但是比别的主动控制模拟技术成本大大降低了，并且控制要求相对没那么复杂，同时解决了被动控制无法准确模拟大气边界层的局限性，并且满足了气动导纳的要求。

3、能较好地增强低频成分湍流动能，提高湍流强度，从而实现改变风攻角，提高最优缩尺比，改善紊流场功率谱和增大紊流积分尺度，扩大研究方向，拓宽应用面。

4、程序控制系统采用电信号控制，具有巨大的优势，可以实时控制，根据情况只需要更改程序的设置，就可以模拟随机信号频率的扇动，对于精细化分析的的大比例缩尺比模型都能满足。

5、电机及程序控制系统布置在风洞外部，避免了其对来流风场的干扰；且上述布置方便拆装检修。

6、通过调节连杆及摇把的有效臂长，可以调节振动翼栅的最大振动幅度。

7、可输入不同种类的控制信号，如正弦及随机信号，从而使振动翼栅所产生的风场其能谱在频谱上有各种分布形式，如呈单频率的窄带分布，也可呈宽频分布。

附图说明

图1是本系统的结构示意图。

图2是本系统安装在风洞处的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。

为了便于统一查看说明书附图里面的各个附图标记，现对说明书附图里出现的附图标记统一说明如下：

1为电机，2为差速器，3为连杆，4为滑块，5为摇把，6为镂空滑槽，7为吊柱，8为上连板，9为驱动件，10为风叶，11为框架，12为下连板，13为风洞。

结合图1、图2所示，一种用于改变风洞来流风场能谱分布的振动翼栅系统，包括电机，安装在电机输出端上的差速器，传动机构，上连板，多片风叶，框架。风叶也就是翼栅。并排的多片风叶转动式地安装在框架上，多片风叶沿着横向方向依次排布，风叶竖向放置。风叶上设有穿过上连板的驱动件，该驱动件设置在风叶的上端，上连板沿着横向方向布置，所有风叶的上端均设有驱动件。传动机构的一端连接在差速器的输出端上，上连板连接在传动机构上。

传动机构包括连杆、滑块、摇把。连杆的一端连接在差速器的输出端上，滑块安装在连杆的另一端，滑块滑动式地安装在摇把上，上连板与摇把连接在一起。

摇把上设有用于滑块滑动的镂空滑槽，滑块可以在镂空滑槽上滑动，从而实现滑块在摇把上的滑动。

上连板的中间位置通过螺栓连接在摇把的中部位置。

摇把的端部设有吊柱，吊柱转动式地安装在框架上。吊柱起到支撑和稳定作用，使得摇把稳固可靠。

滑块通过螺栓安装在连杆上。

振动翼栅系统还包括下连板，风叶的下端设有驱动件，风叶下端的驱动件穿过下连板。所有风叶的下端均设有驱动件。

振动翼栅系统还包括程序控制系统，程序控制系统与电机信号连接。

框架呈方形，且框架由铝合金制成。

本系统的工作原理：将该系统安装在一个风洞的端部，风经过风洞并从该系统出来，即风通过风叶。风洞的模型可以假想为一个贯通的长方体，本系统安装在长方体的一个端部，风从长方体的一端吹向本系统。程序控制系统控制电机工作，电机通过差速器带动连杆转动，连杆转动带动滑块在镂空滑槽滑动的同时取得摇把转动，摇把的转动带动上连板转动，进而通过驱动件促使风叶摇摆，进而改变风场。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。