[發(fā)明專(zhuān)利]一種安裝在實(shí)驗(yàn)室或自然環(huán)境中的自然風(fēng)物理模擬裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210506040.4
• 申請(qǐng)日: 2012-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102944377A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳進(jìn)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海第二工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M9/08
• 分類(lèi)號(hào): G01M9/08
• 代理公司: 上海東創(chuàng)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 31245
• 代理人: 寧芝華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種安裝在實(shí)驗(yàn)室或自然環(huán)境中的自然風(fēng)物理模擬裝置，屬于風(fēng)能模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、建筑、交通等行業(yè)。

背景技術(shù)

在新能源領(lǐng)域，風(fēng)能是一種清潔的、可再生的、儲(chǔ)量很大的能源,風(fēng)力發(fā)電是具有大規(guī)模發(fā)展?jié)摿Φ某墒斓目稍偕茉醇夹g(shù)。風(fēng)力機(jī)及發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能的必要設(shè)備，風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)、槳葉翼型、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等機(jī)組或部件的開(kāi)發(fā)測(cè)試與樣機(jī)驗(yàn)證，都要用到自然風(fēng)模擬裝置，作為實(shí)驗(yàn)測(cè)試設(shè)備。

在交通行業(yè)中，汽車(chē)、軌道交通、風(fēng)機(jī)等運(yùn)輸設(shè)備在樣機(jī)開(kāi)發(fā)中，需要在自然風(fēng)速條件下測(cè)試其性能參數(shù)。風(fēng)洞通常是必要的測(cè)試環(huán)境，自然風(fēng)模擬裝置是這類(lèi)風(fēng)洞中關(guān)鍵設(shè)備。

在建筑行業(yè)，高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)，如煙囪、電視塔等，對(duì)風(fēng)載荷很敏感。方案論證中通常需要做物理模擬測(cè)試，風(fēng)速物理模擬裝置可以為建筑方案論證提供物理實(shí)驗(yàn)的必要設(shè)備。

目前，模擬自然風(fēng)的風(fēng)速大小和方向兩個(gè)參數(shù)的風(fēng)速模擬裝置已有專(zhuān)利和論文，應(yīng)用范圍限于風(fēng)速傳感器的測(cè)試與標(biāo)定等。實(shí)際上，自然風(fēng)作為具有一定動(dòng)能的一種物質(zhì)，風(fēng)速大小和方向只是描述其基本特性的兩個(gè)參數(shù)，還有風(fēng)的脈動(dòng)特性，時(shí)程特性，隨機(jī)分布特性等重要特性。模擬這些重要特性的手段，目前主要是數(shù)字模擬，即應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真方法，數(shù)字計(jì)算模擬出自然風(fēng)的這些特性，這方面已有許多論文報(bào)道，屬于自然風(fēng)的虛擬形態(tài)模擬。而從物理層面模擬自然風(fēng)的這些特性的物理裝置，無(wú)論專(zhuān)利還是論文均未見(jiàn)報(bào)道。目前國(guó)內(nèi)外建立的風(fēng)洞是自然風(fēng)的一種很好的模擬手段，但是占地空間巨大，耗資巨大，運(yùn)行費(fèi)用很高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開(kāi)了一種安裝在實(shí)驗(yàn)室或自然環(huán)境中的自然風(fēng)物理模擬裝置，空間開(kāi)放，可以有效克服現(xiàn)有的自然風(fēng)模擬裝置存在的空間封閉、不能適應(yīng)大功率風(fēng)機(jī)等大型裝置的實(shí)物測(cè)試、占地空間巨大、造價(jià)巨大等問(wèn)題。

本發(fā)明技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種安裝在實(shí)驗(yàn)室或自然環(huán)境中的自然風(fēng)物理模擬裝置，包括：鼓風(fēng)機(jī)、可變形風(fēng)筒、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、風(fēng)特性控制器、支架、圓盤(pán)軸承和計(jì)算機(jī)。所述的鼓風(fēng)機(jī)安裝在可變形風(fēng)筒內(nèi)，可變形風(fēng)筒安裝在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的圓盤(pán)軸承上，鼓風(fēng)機(jī)通過(guò)圓盤(pán)軸承與支架連接，圓盤(pán)軸承與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)電機(jī)連接，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)電機(jī)旋轉(zhuǎn)拖動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)；可變形風(fēng)筒電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)電機(jī)均由風(fēng)特性控制器控制，計(jì)算機(jī)內(nèi)置自然風(fēng)模擬軟件，風(fēng)特性控制器與計(jì)算機(jī)之間采用RS233/RS485接口通信。

所述的鼓風(fēng)機(jī)包括：風(fēng)力機(jī)、直流電機(jī)、和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，鼓風(fēng)機(jī)整體固定在可變形風(fēng)筒固定端上，直流電機(jī)的電機(jī)軸與風(fēng)力機(jī)連接，直流電機(jī)拖動(dòng)風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生風(fēng)。直流電動(dòng)機(jī)電源進(jìn)線與該直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器連接。鼓風(fēng)機(jī)在風(fēng)特性控制器的控制下，風(fēng)的動(dòng)能、風(fēng)的隨機(jī)特性、時(shí)程特性、脈動(dòng)特性是根據(jù)特定模型的隨機(jī)過(guò)程特性曲線運(yùn)動(dòng)，從而使鼓風(fēng)機(jī)吹出來(lái)的風(fēng)具有自然風(fēng)的特性。

所述的可變形風(fēng)筒，用于與鼓風(fēng)機(jī)配合改變風(fēng)量大小和風(fēng)的種類(lèi)，由風(fēng)特性控制器來(lái)的控制信號(hào)控制可變形風(fēng)筒的電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)可變性風(fēng)筒的機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，改變可變形風(fēng)筒內(nèi)部形狀和截面面積大小，與鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)速大小配合，產(chǎn)生不同等級(jí)的風(fēng)，按氣象學(xué)分類(lèi)為十二級(jí)；可變形風(fēng)筒共有五個(gè)電機(jī)，四個(gè)安裝在可變形風(fēng)筒上、下、左、右方位，一個(gè)安裝在出風(fēng)方向；五個(gè)電機(jī)均是交流伺服電動(dòng)機(jī)，每個(gè)交流伺服電動(dòng)機(jī)配有交流伺服驅(qū)動(dòng)器。

所述的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，它由旋轉(zhuǎn)平臺(tái)電機(jī)、圓盤(pán)軸承、支架組成，用于改變風(fēng)的方向；旋轉(zhuǎn)平臺(tái)電機(jī)配有交流伺服驅(qū)動(dòng)器。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)電機(jī)定位精度為0.01度，拖動(dòng)可變形風(fēng)筒到任意角度，因此，可模擬出360度角的任意方位角度的風(fēng)。

所述的風(fēng)特性控制器，用于為鼓風(fēng)機(jī)、可變形風(fēng)筒的電機(jī)和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器提供控制信號(hào)，控制信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)0-5V直流信號(hào)；其中，給鼓風(fēng)機(jī)的信號(hào)一個(gè)，給可變形風(fēng)筒的信號(hào)五個(gè)，給旋轉(zhuǎn)平臺(tái)電機(jī)的信號(hào)一個(gè)。

所述的計(jì)算機(jī)內(nèi)置自然風(fēng)模擬模型軟件，用于產(chǎn)生風(fēng)的特性信號(hào)，并把風(fēng)特性信號(hào)分解成幾個(gè)控制信號(hào)，以數(shù)據(jù)格式方式傳輸給風(fēng)特性控制器，由風(fēng)特性控制器把這些數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的0-5V信號(hào)。