本實(shí)用新型屬于風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種產(chǎn)生豎向脈動(dòng)氣流的主動(dòng)格柵裝置。

背景技術(shù)：

在長(zhǎng)大跨橋梁結(jié)構(gòu)及大跨屋蓋結(jié)構(gòu)及類似結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗(yàn)研究中，豎向脈動(dòng)氣流特性是影響風(fēng)致響應(yīng)與風(fēng)荷載的重要因素，因此在邊界層風(fēng)洞試驗(yàn)中需要進(jìn)行仔細(xì)模擬。但現(xiàn)有風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)一般通過(guò)橫豎交叉的格柵條，或多個(gè)分離的三角形尖劈等被動(dòng)模擬方式實(shí)現(xiàn)，尚缺乏可以設(shè)置目標(biāo)參數(shù)的主動(dòng)控制模擬方法。

對(duì)于長(zhǎng)大跨度橋梁結(jié)構(gòu)和大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)而言，豎向脈動(dòng)氣流是最重要的風(fēng)場(chǎng)脈動(dòng)分量，對(duì)豎向脈動(dòng)分量的模擬是很多風(fēng)洞試驗(yàn)成敗的關(guān)鍵。但是，在現(xiàn)有的風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，被動(dòng)模擬裝置對(duì)以豎向布置的尖劈為主，需要時(shí)可以輔助水平布置的格柵條，該類模擬方法很難生成在整個(gè)模型安裝區(qū)域滿足需要的豎向風(fēng)譜，且其產(chǎn)生的風(fēng)譜在風(fēng)洞中會(huì)隨著位置的變化而改變。同時(shí)，結(jié)構(gòu)抖振力理論氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)最初是通過(guò)單一諧波脈動(dòng)風(fēng)假設(shè)來(lái)推理的，因此在風(fēng)洞內(nèi)產(chǎn)生單一諧波脈動(dòng)風(fēng)對(duì)抖振理論研究的意義很大。此外，結(jié)構(gòu)物的特征尾流，常常為具有某種頻譜特征的周期性脈動(dòng)流，它可以通過(guò)多階傅里葉級(jí)數(shù)來(lái)表達(dá)，而自然風(fēng)的風(fēng)譜常常為具有一定頻譜特征的隨機(jī)脈動(dòng)流。

目前在風(fēng)洞內(nèi)產(chǎn)生上述三類特征脈動(dòng)流的手段非常匱乏，據(jù)實(shí)用新型人所知國(guó)內(nèi)尚未出現(xiàn)該類通用設(shè)備，因此通過(guò)一定的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)特定頻譜脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)的主動(dòng)模擬方法對(duì)理論研究和實(shí)際工程應(yīng)用都具有重要意義。

本實(shí)用新型由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.51478181、U1534206)聯(lián)合資助。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型旨在提供一種可在風(fēng)洞中產(chǎn)生豎向脈動(dòng)氣流的主動(dòng)格柵，可以通過(guò)控制主動(dòng)格柵的運(yùn)行，在格柵下游產(chǎn)生單一頻率諧波、多頻率組合諧波及頻譜特性可控的隨機(jī)振動(dòng)為特征的豎向脈動(dòng)氣流。

本實(shí)用新型解決問(wèn)題的技術(shù)方案是：一種產(chǎn)生豎向脈動(dòng)氣流的主動(dòng)格柵裝置，包括固定于風(fēng)洞壁上的支承框架，其特征在于：所述支承框架自上而下依次間隔鉸接有多根水平設(shè)置的振動(dòng)翼柵；

所述支承框架下部設(shè)有水平設(shè)置的第一傳動(dòng)桿，并設(shè)有驅(qū)動(dòng)第一傳動(dòng)桿上下平動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置；

所述支承框架上部鉸接有豎向設(shè)置的第二傳動(dòng)桿，第二傳動(dòng)桿的下端與第一傳動(dòng)桿鉸接，且第二傳動(dòng)桿與每一根振動(dòng)翼柵鉸接。

上述方案中，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)第一傳動(dòng)桿上下平動(dòng)，并帶動(dòng)第二傳動(dòng)桿上下移動(dòng)，第二傳動(dòng)桿引導(dǎo)振動(dòng)翼柵在風(fēng)場(chǎng)中發(fā)生頻譜特性可控的上下擺動(dòng)，從而在下游風(fēng)場(chǎng)中產(chǎn)生相應(yīng)頻譜特征的豎向脈動(dòng)氣流。

具體的，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括固定在支承框架底部的伺服電機(jī)、設(shè)置在伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的偏心輪、套裝于偏心輪外的運(yùn)動(dòng)框，所述第一傳動(dòng)桿水平固定于運(yùn)動(dòng)框頂部，運(yùn)動(dòng)框在偏心輪帶動(dòng)下可上下平動(dòng)。

上述方案中，伺服電機(jī)帶動(dòng)偏心輪在運(yùn)動(dòng)框內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心輪與運(yùn)動(dòng)框左右內(nèi)壁之間預(yù)留一定的空隙，從而在偏心輪運(yùn)動(dòng)中釋放左右側(cè)運(yùn)動(dòng)，僅引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)框沿上下方向運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)框在偏心輪帶動(dòng)下上下平動(dòng)，進(jìn)而使得第一傳動(dòng)桿上下平動(dòng)。

偏心輪可以設(shè)計(jì)為具有10mm、20mm、30mm等豎向運(yùn)動(dòng)位移的組件，可以通過(guò)調(diào)節(jié)振動(dòng)翼柵的豎向振幅來(lái)改變豎向脈動(dòng)氣流的紊流度大小，以滿足不同實(shí)驗(yàn)需求。

優(yōu)選的，所述支承框架從左自右至少分為兩個(gè)區(qū)域框，每個(gè)區(qū)域框內(nèi)均自上而下依次間隔鉸接有多根水平設(shè)置的振動(dòng)翼柵，每個(gè)區(qū)域框內(nèi)至少設(shè)有一根第二傳動(dòng)桿，每一根第二傳動(dòng)桿均與第一傳動(dòng)桿鉸接。

本實(shí)用新型的顯著效果是：

1.通過(guò)振動(dòng)翼柵對(duì)氣流的引導(dǎo)作用產(chǎn)生豎向脈動(dòng)氣流，氣流豎向脈動(dòng)的周期與振動(dòng)翼柵的運(yùn)動(dòng)周期相同，脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)湍流度可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要調(diào)節(jié)，具備較好的氣流可控特性。

2.采用伺服電機(jī)和控制軟件相配合，可以在風(fēng)洞內(nèi)產(chǎn)生單一頻率諧波的豎向脈動(dòng)氣流、多頻率組合諧波的豎向脈動(dòng)氣流以及按照某一頻譜為目標(biāo)的循環(huán)可控的隨機(jī)豎向脈動(dòng)氣流，具備很強(qiáng)的適用性能。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本實(shí)用新型的主裝配圖。

圖2是圖1中的A-A斷面圖。

圖3是圖1中的B-B斷面圖。

圖4是振動(dòng)翼柵大樣圖。

圖5是運(yùn)動(dòng)框部位大樣圖。

圖中：1、支承框架；2、振動(dòng)翼柵；3、第二傳動(dòng)桿；4、第一傳動(dòng)桿；5、運(yùn)動(dòng)框；6、伺服電機(jī)；7、偏心輪。

具體實(shí)施方式

為了便于描述，各部件的相對(duì)位置關(guān)系(如：上、下、左、右等)的描述均是根據(jù)說(shuō)明書(shū)附圖的布圖方向來(lái)進(jìn)行描述的，并不對(duì)本專利的結(jié)構(gòu)起限定作用。

如圖1～5所示，一種產(chǎn)生豎向脈動(dòng)氣流的主動(dòng)格柵裝置，包括固定于風(fēng)洞壁上的支承框架1，所述支承框架1自上而下依次間隔鉸接有多根水平設(shè)置的振動(dòng)翼柵2。

所述支承框架1下部設(shè)有水平設(shè)置的第一傳動(dòng)桿4，并設(shè)有驅(qū)動(dòng)第一傳動(dòng)桿4上下平動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。所述驅(qū)動(dòng)裝置包括固定在支承框架1底部的伺服電機(jī)6、設(shè)置在伺服電機(jī)6的轉(zhuǎn)軸上的偏心輪7、套裝于偏心輪7外的運(yùn)動(dòng)框5。所述第一傳動(dòng)桿4水平固定于運(yùn)動(dòng)框5頂部。運(yùn)動(dòng)框5在偏心輪7帶動(dòng)下可上下平動(dòng)。

所述支承框架1上部鉸接有豎向設(shè)置的第二傳動(dòng)桿3，第二傳動(dòng)桿3的下端與第一傳動(dòng)桿4鉸接，且第二傳動(dòng)桿3與每一根振動(dòng)翼柵2鉸接。

偏心輪7可以設(shè)計(jì)為具有10mm、20mm、30mm豎向運(yùn)動(dòng)位移的組件，可以通過(guò)調(diào)節(jié)振動(dòng)翼柵2的豎向振幅來(lái)改變豎向脈動(dòng)氣流的紊流度大小，以滿足不同實(shí)驗(yàn)需求。

一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述支承框架1從左自右至少分為兩個(gè)區(qū)域框。每個(gè)區(qū)域框內(nèi)均自上而下依次間隔鉸接有多根水平設(shè)置的振動(dòng)翼柵2。每個(gè)區(qū)域框內(nèi)至少設(shè)有一根第二傳動(dòng)桿3。每一根第二傳動(dòng)桿3均與第一傳動(dòng)桿4鉸接。

伺服電機(jī)6帶動(dòng)偏心輪7在運(yùn)動(dòng)框內(nèi)5轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)框5在偏心輪7帶動(dòng)下上下平動(dòng)，進(jìn)而使得第一傳動(dòng)桿4上下平動(dòng)。第一傳動(dòng)桿4帶動(dòng)第二傳動(dòng)桿3上下移動(dòng)，第二傳動(dòng)桿3引導(dǎo)振動(dòng)翼柵2在風(fēng)場(chǎng)中發(fā)生頻譜特性可控的上下擺動(dòng)，從而在下游風(fēng)場(chǎng)中產(chǎn)生相應(yīng)頻譜特征的豎向脈動(dòng)氣流。

可以通過(guò)伺服電機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器的配合實(shí)現(xiàn)如下三類運(yùn)動(dòng)形式：

(1)單一諧波頻率運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)位移d1＝A.sin(ωt)，其中運(yùn)動(dòng)頻率f＝0.1～3Hz可調(diào)，ω＝2πf，t為時(shí)間，A為運(yùn)動(dòng)位移幅值，根據(jù)格柵設(shè)計(jì)初始條件設(shè)定。

(2)多諧波組合運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)位移j＝2～10多階諧波組合可根據(jù)需要選擇，其中ω＝2πf，f為運(yùn)動(dòng)頻率，a_n為運(yùn)動(dòng)位移幅值，t為時(shí)間。

(3)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)位移d3根據(jù)目標(biāo)風(fēng)譜通過(guò)FFT逆變換得到運(yùn)動(dòng)時(shí)程，然后通過(guò)峰值平滑處理技術(shù)得到電機(jī)運(yùn)行可接受的運(yùn)行曲線。

控制目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)具有三類特性的豎向脈動(dòng)可控氣流。

本實(shí)用新型中伺服電機(jī)6的運(yùn)動(dòng)通過(guò)軟件“格柵運(yùn)行控制”來(lái)調(diào)節(jié)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)單一頻率諧波運(yùn)動(dòng)、多頻率諧波組合運(yùn)動(dòng)及以某一頻譜為目標(biāo)的隨機(jī)振動(dòng)等多種運(yùn)動(dòng)形式。所述“格柵運(yùn)行控制”為現(xiàn)有的軟件名稱。