[發(fā)明專利]一種用于低速風洞柔性物測力的試驗裝置及其測試方法

無效

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• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN104089753A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫傳寶;張鑫;耿子海;倪章松;宋道軍;張鵬;周曉飛;劉江濤;孫福振;汪軍;李東;姜裕標;李進學;馬國輝;孫海生
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空氣動力研究與發(fā)展中心低速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 詹永斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風洞測力試驗領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于低速風洞柔性物測力的試驗裝置及其測試方法。

背景技術(shù)

柔性物在空氣中隨風飄動是最常見的自然現(xiàn)象之一，也是一個典型的流固耦合問題。類似的流固耦合現(xiàn)象在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中隨處可見。例如，造紙和印刷業(yè)中高速運動的紙張或薄膜不穩(wěn)定后會撕破，口腔軟腭與呼吸氣流作用會引起人體打鼾，飛機空中加油管的穩(wěn)定性影響輸油的成敗，甚至自然界中魚類的游動、鳥類的飛行都是柔性體與流體耦合運動的例子。這樣一類典型的流固耦合問題由于其固有的非線性特征，近年來引起國內(nèi)外學者的廣泛研究興趣。

測量柔性物在氣流中失穩(wěn)擺動時的受力有以下難點：柔性物的受力是動態(tài)變化的，對測力元件的動態(tài)頻響有一定要求；柔性物受力量級較小（一般為幾十到幾百克），對測力元件的靈敏度有較高要求；柔性物模型自身會發(fā)生擺動，因此模型支撐機構(gòu)既要避免共振又要盡量減小對流場的干擾也是一個難題。

針對低速風洞中常規(guī)試驗裝置無法實現(xiàn)對柔性板等柔性物測力的難題，設(shè)計了一套用于低速風洞柔性物測力的試驗裝置。該裝置通過高速數(shù)字攝影儀和自行編制的圖像處理軟件測量柔性板的振動頻率、振幅和振型，通過小型天平測量柔性板的受力狀況，該裝置為深入研究柔性板在均勻氣流中的流固耦合現(xiàn)象提供了一種手段。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種試驗裝置，使得該裝置能在低速風洞中對柔性物的擺動進行動態(tài)測量，并進行分析。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：用于低速風洞柔性物測力的試驗裝置，包括支撐架、兩臺應(yīng)變天平和兩根支桿，所述支撐架由底座、框架和滑軌組成，所述底座上設(shè)置有一個滑軌A，所述框架上與滑軌A的90⁰交叉方向上設(shè)置有滑軌B；所述兩臺天平分別安裝在滑軌A與滑軌B的滑道內(nèi)；所述天平上分別連接一根支桿，所述支桿的一端設(shè)置有柔性物。

在上述技術(shù)方案中，所述支桿采用整體加工而成，支桿型面為流線型，支桿的一端為固定端，支桿的另一端為夾持端，所述夾持端設(shè)置有柔性物。

在上述技術(shù)方案中，所述支桿固定端為圓柱形，夾持端的截面為翼型，中間為圓柱到翼型的漸進過渡段。

在上述技術(shù)方案中，所述夾持端沿對稱面設(shè)置有用于夾持安裝的狹縫。

在上述技術(shù)方案中，所述天平與支桿之間通過法蘭連接。

在上述技術(shù)方案中，所述天平在滑軌內(nèi)無極滑動，且能在滑軌內(nèi)任意位置固定。

一種低速風洞柔性物的測力方法，風洞氣流施加在支桿夾持端柔性物上氣動力通過支桿作用到天平上，天平受力導(dǎo)致輸出電壓信號變化，數(shù)據(jù)采集裝置對天平電壓信號進行采集與處理，得到柔性物的氣動載荷信息。

在上述方法中，在測力的同時利用高速攝影系統(tǒng)對柔性物的擺動過程進行拍攝，得到一系列柔性物擺動隨時間演化的照片，沿柔性物某位置截取寬度為一像素的窄條圖像，將這些窄條圖像按時間序列組合成一幅圖像，就得到柔性物在該位置的位移-時間演化圖片，進行處理后可以得到圖片各位置位移隨時間的變化曲線，對該曲線進一步分析可以得到柔性物擺動的頻率和振幅信息。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：利用該試驗裝置可以實現(xiàn)對單個及多個柔性物體相互作用下的動態(tài)測力，測力時利用高速攝影系統(tǒng)還可以同步對柔性物的擺動過程進行拍攝，進而可以得到柔性物的振幅、振動頻率、振型等信息。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1是本發(fā)明的應(yīng)用實例圖；

圖2是天平與支桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是天平的側(cè)向力（升力）曲線；

圖4是天平的法向力（阻力）曲線；

圖5是天平的滾轉(zhuǎn)力矩曲線；

其中：1是風洞，2是支撐架，3是激光光源，4是支桿，5是天平，6是高速攝影儀，7是天平底座。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。