[發明專利]一種結構繞流場吸/吹氣控制方法及其裝置

無效

• 申請號: 201210106884.X
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102609009A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 歐進萍;辛大波;李惠;張明晶;段忠東
• 申請（專利權）人: 歐進萍;辛大波;李惠
• 主分類號: G05D7/03
• 分類號: G05D7/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及工程結構空氣動力學測試方法，具體說就是一種結構繞流場吸/吹氣控制方法及其裝置

背景技術

工程結構在風作用下可能發生靜風失穩和顫振、馳振、抖振和渦激振動，其中顫振和馳振會造成結構的毀滅性破壞，抖振會導致結構局部疲勞，渦激振動容易造成結構的疲勞破壞。隨著輕質高強材料的發展以及結構計算能力的增強，工程結構向著大跨徑、輕型化和柔性化的趨勢發展，與此同時結構剛度和阻尼降低，對風荷載作用的敏感程度逐漸增大，風荷載以及風致穩定性成為影響結構安全的控制因素之一，特別是具有危險自激發散特性的風致顫振問題更加突出。結構抗風設計，就是減小結構的風致響應，降低過大變形，特別是要避免顫振和馳振的發生，同時盡量把抖振和渦振的振幅限制在允許的范圍內。從抗風針對對象角度分類，超過限度的風致作用的抗風研究包括基于結構響應控制的抗風措施和基于結構斷面繞流控制的抗風措施。這些措施的實施通常從三個方面考慮，即提高結構的整體剛度特別是扭轉剛度、增大結構阻尼和改善斷面的氣動性能。然而，提高結構的整體剛度和增大結構阻尼將需要巨大的能量，維護困難，價格昂貴，而通過引入各種措施來改變作用在結構斷面上的氣動力將產生很好的氣動效果。改變結構斷面氣動外型對于改善空氣動力特性進而提高大跨結構的抗風能力是一種經濟有效的方法，優化結構斷面的氣動特性實際上是改變了結構斷面繞流流體邊界層結構。目前，優化結構斷面氣動特性的方法大多是被動地改變斷面繞流流體邊界層結構，是間接地改善繞流品質的方式。利用主動供能方式直接地改善結構繞流邊界層進而提高結構抗風能力的研究，在國際上剛剛起步。吸(吹)氣就是一種改善結構繞流邊界層結構的主動控制方式，對于吸(吹)氣最早的研究開始于航天領域，而在結構風工程領域，利用吸氣方法提高結構抗風能力的研究還處于近乎空白的狀態。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構繞流場吸/吹氣控制方法及其裝置。

本發明的目的是這樣實現的：本發明一種結構繞流場吸/吹氣控制裝置，它是由真空泵、甲球閥、乙球閥、氣泵、儲氣罐、電磁換向閥、真空過濾器、普通過濾器、精密減壓閥、真空減壓閥、吹氣氣流主管道、吸氣氣流主管道、吸氣支管、吸/吹氣端口、流量計、節流閥、吹氣氣流主管道和吹氣支管組成的，真空泵連接甲球閥，氣泵連接乙球閥，儲氣罐分別連接甲球閥、乙球閥和電磁換向閥，電磁換向閥分別連接真空過濾器和普通過濾器，真空過濾器連接真空減壓閥，真空減壓閥連接吸氣氣流主管道，吸氣氣流主管道連接流量計，流量計連接節流閥，節流閥連接吸氣支管吸氣支管連接吸/吹氣端口，普通過濾器連接精密減壓閥，精密減壓閥連接吹氣氣流主管道，吹氣氣流主管道連接吹氣支管。

本發明一種結構繞流場吸/吹氣控制方法，利用吸/吹氣氣流控制結構在自然界來流風場下的作用效應，預先設計與布設吸/吹氣裝置，設計預設來流風速與吸/吹氣裝置流量關系，通過比對監測到的來流風速與預設來流風速，控制吸/吹氣裝置流量，步驟如下：

步驟一：在結構上布置吸/吹氣端口，在結構斷面來流方向布置風速傳感器。

步驟二：利用風速傳感器實時監測結構斷面前方來流風速信息；

步驟三：利用實時采集到的斷面前方來流風速與若干預設來流風速進行對比，當來流風速達到預設來流風速的最小值時，控制動力裝置開啟吹/吸氣端口，并通過來流風速與預設來流風速的實時比對，控制動力裝置調整吹/吸氣端口的流量，當來流風速低于預設風速的最小值時，控制動力裝置關閉吹/吸氣端口；

步驟四：當來流風速再次達到預設來流風速的最小值時，重復步驟三。

本發明在結構上布置吸/吹氣端口和結構斷面繞流特性監測傳感器，通過傳感器感知風速和結構斷面繞流狀態，該監測數據通過反饋系統處理后發出指令控制吸/吹氣系統的動力裝置開啟或關閉。本發明提供一種結構壁面繞流場主動控制技術，將吸/吹氣邊界層控制技術引進土木工程領域，改善結構風致特性，提高結構風致穩定性；采用實時監控反饋系統，能夠精確快捷的進行結構斷面繞流邊界層的控制；本發明一種結構繞流場吸/吹氣控制方法可用于超高層建筑、大跨橋梁、高聳結構、海洋工程結構等多種模型的風洞試驗研究，具有廣泛的應用范圍。

附圖說明

圖1為本發明的結構繞流場吸/吹氣控制裝置示意圖；

圖2為本發明的拉索結構渦激振動控制實驗裝置示意圖；

圖3為圖2中拉索的橫截面示意圖；

圖4為本發明的實驗設計的預設來流風速與不同吸/吹氣裝置流速控制效果關系圖；