专利名称：一种二自由度造风系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种造风系统，特别是关于一种用于船舶与海洋工程领域中，造风方向在俯仰和水平两个方向可以调节的二自由度造风系统。
背景技术：
随着人类向海洋的不断进军，各种用于探索、开发、利用海洋的海洋工程结构物不断涌现。在船舶与海洋工程试验领域，风作为施加在海洋工程结构物上的主要外载荷之一，其模拟的准确性是十分重要的。建筑等大型结构物的风荷载试验一般在风洞中进行，常用的造风系统在风洞中固定安装，其造风方向恒定，风向无法变化。而实际环境中的风向是不断变化的，因此，若要在试验过程中改变结构物上风的方向，就需要转动结构物模型在风洞内的朝向，来达到改变风向的要求。而海洋工程结构物的模型试验研究一般在大型的水池中进行，试验模型的全尺寸动则十余米，甚至数十米，旋转起来十分困难。且在试验过程中还要考虑风荷载以外的各种外载荷，如波浪、水流等的方向及他们的组合。因此，按照结构物在风洞中进行风荷载试验那样，通过旋转模型来改变风向，在海洋工程试验中是无法实现的。由于外载荷的模拟与实际有所差别，因此严重影响了海洋工程试验研究的进行。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种可调节风向的造风系统，其能够在海洋工程模型试验中随时改变造风风向，从而使得在海洋工程试验中能够实现风向按照要求不断调整的二自由度造风系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种二自由度造风系统，其特征在于它包括一主承力结构、一风向俯仰调整结构、一风向水平调整结构；所述主承力结构包括一大梁和一对设置在所述大梁两侧的刚性伸出臂；所述风向俯仰调整结构包括一枢接在所述两侧伸出臂之间的俯仰框架，所述俯仰框架的一侧固接一俯仰控制电机的输出端，所述俯仰控制电机连接在所述一侧伸出臂上；所述风向水平调整结构包括若干风机，每一所述风机分别枢接在所述俯仰框架内，且每一所述风机的顶部枢接端固接一摆杆，所述俯仰框架的顶部连接一水平控制电机，所述水平控制电机的输出端固接一摆杆，将所有摆杆的两端分别连接在两连杆上。
所述风向俯仰调整结构可调节角度范围为±15度。
所述风向水平调整结构可调节角度范围为±30度。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于在系统的主承力结构上设置了一由俯仰控制电机带动的俯仰框架，因此可以通过俯仰控制电机控制造风系统在俯仰方向的造风。2、本发明由于在俯仰框架上设置了一水平控制电机，并通过水平控制电机带动摆杆和连杆同步运动，因此可以使每一台造风系统中的风机都在随俯仰框架作俯仰运动的同时，沿自身的枢接线在水平方向摆动，从而实现了本发明造风系统在二个自由度内自由变化的目的。3、本发明首次提出了通过旋转单个风机和成组风机的朝向来改变所产生的风向，使整个造风系统可随时任意调整，并可以通过预先设定的时间序列给定两个步进电机的运动方式，从而实现风向按照时间的变化而变化。本发明填补了海洋深水试验中的二自由度风速模拟的空白，满足了我国海洋工程试验研究的急需，为海洋工程试验研究提供了关键的技术支持和试验手段。
图1是本发明结构示意2是本发明风向俯仰调整结构的侧视示意3是本发明俯仰调整状态示意4是本发明风向水平调整结构的俯视示意5是本发明水平调整状态示意图具体实施方式
如图1～5所示，本发明的二自由度造风装置包括一主承力结构10、一风向俯仰调整结构20和一风向水平调整结构30。
主承力结构10包括一大梁11，大梁11底部两侧设置有一对伸出臂12，在两伸出臂12之间枢接风向俯仰调整结构20。
风向俯仰调整结构20包括一连接在一侧伸出臂12上的俯仰控制电机21，俯仰控制电机21的输出端穿过伸出臂12固接一俯仰框架22，俯仰框架22的另一端枢接在另一侧伸出臂12上，在俯仰框架22上连接风向水平调整结构30。
风向水平调整结构30包括一设置在俯仰框架顶部的水平控制电机31，水平控制电机31的输出端固接一摆杆32，在俯仰框架22内设置若干风机33，每个风机33的上、下分别枢接在俯仰框架22上，每个风机33顶部的枢接端穿出俯仰框架22并固接一摆杆34，将所有摆杆32、34两端分别连接在两同步杆35上。
上述实施例中，俯仰控制电机21和水平控制电机31可以采用步进电机，也可以采用其它电机及传动装置。俯仰控制电机21可以控制俯仰调整结构20在±15°范围内摆动；水平控制电机31可以控制水平调整结构30在±30°范围内摆动。关于俯仰控制电机21和水平控制电机31的转动角度还可以再大或再小，但上述角度范围已经可以满足使用要求。
本发明操作时，俯仰控制电机21的转动可以带动俯仰框架22绕水平轴线进行风向的俯仰调整，水平控制电机31的转动可以通过摆杆34带动两同步杆35在水平方向左右移动，并通过两同步杆35带动各连接风机33的摆杆32带动各风机沿自身枢接轴线摆动，从而同时实现俯仰和水平两个自由度的造风操作。
权利要求
1.一种二自由度造风系统，其特征在于它包括一主承力结构、一风向俯仰调整结构、一风向水平调整结构；所述主承力结构包括一大梁和一对设置在所述大梁两侧的刚性伸出臂；所述风向俯仰调整结构包括一枢接在所述两侧伸出臂之间的俯仰框架，所述俯仰框架的一侧固接一俯仰控制电机的输出端，所述俯仰控制电机连接在所述一侧伸出臂上；所述风向水平调整结构包括若干风机，每一所述风机分别枢接在所述俯仰框架内，且每一所述风机的顶部枢接端固接一摆杆，所述俯仰框架的顶部连接一水平控制电机，所述水平控制电机的输出端固接一摆杆，将所有摆杆的两端分别连接在两连杆上。
2.如权利要求1所述的一种二自由度造风系统，其特征在于所述风向俯仰调整结构可调节角度范围为±15度。
3.如权利要求1或2所述的一种二自由度造风系统，其特征在于所述风向水平调整结构可调节角度范围为±30度。
全文摘要
本发明涉及一种二自由度造风系统，其特征在于它包括一主承力结构、一风向俯仰调整结构、一风向水平调整结构；主承力结构包括一大梁和一对设置在大梁两侧的刚性伸出臂；风向俯仰调整结构包括一枢接在两侧伸出臂之间的俯仰框架，俯仰框架的一侧固接一俯仰控制电机的输出端，俯仰控制电机连接在一侧伸出臂上；风向水平调整结构包括若干风机，每一风机分别枢接在俯仰框架内，且每一风机的顶部枢接端固接一摆杆，俯仰框架的顶部连接一水平控制电机，水平控制电机的输出端固接一摆杆，将所有摆杆的两端分别连接在两同步杆上。本发明填补了海洋深水试验中的二自由度风速模拟的空白，满足了我国海洋工程试验研究的急需，为海洋工程试验研究提供了关键的技术支持和试验手段。
文档编号G01M10/00GK1811364SQ200610057378
公开日2006年8月2日 申请日期2006年3月10日 优先权日2006年3月10日
发明者李宁, 杨建民, 彭涛, 刘杰鸣, 张承懿, 王敏声 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油研究中心, 上海交通大学