一种阵列式多功能风洞驱动系统技术方案

本发明专利技术提出一种阵列式多功能风洞驱动系统，包括控制系统、驱动系统、辅助系统和洞体四部分，通过阵列的形式排列储气罐及喷管，在风洞使用过程中通过部分储气罐工作驱动风洞的气流，同时用小功率空气压缩机对未工作的或已工作结束的储气罐充气，直至满足储气罐内压力要求。此系统可延长暂冲式风洞的单次有效测量时间，提供更多的数据，同时降低使用成本。本风洞中加热冷却系统管路安装在气罐的周围，其管路安装在喷头周围，在同一水平位置的喷头使用同一加热冷却控制器，以维持或改变实验气流温度，本发明专利技术阵列式排布可满足实验过程中同时改变不同位置流速及射流温度，模拟同一物体在运动过程中的运动规律及物理温差，形成更真实的数据样本。

【技术实现步骤摘要】
一种阵列式多功能风洞驱动系统
本专利技术涉及空气动力学领域，特别涉及一种阵列式多功能风洞驱动系统。
技术介绍
风洞是空气动力学的研究工具，是能人工产生和控制气流，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备，用以模拟飞行器或物体周围气体的流动的设备，其主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成，是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。因风洞的控制性佳，可重复性高，且风洞实验过程中气流对物体的模拟状况(即空气动力学特性)与实际最相仿，故风洞实验在航空航天、汽车制造、土木工程等行业得到广泛运用，譬如结构物的风力荷载和振动、建筑物通风、空气污染、风力发电、环境风场、复杂地形中的流况、防风设施的功效等。这些问题皆可以利用几何相似的原理，将地形、地物以缩尺模型放置于风洞中，再以仪器量测模型所受之风力或风速。风洞实验数据亦可用来验证数值模式，找到较佳的模式参数。现有风洞实验使用的风洞驱动系统共有两类，一类是由可控电机组和由它带动的风扇或轴流式压缩机组成，此类驱动系统功耗大，效率较低。另一类是用小功率的压气机先将空气增压贮存在贮气罐中，或用真空泵把与风洞出口管道相连的真空罐抽真空，实验时快速开启阀门，使高压空气直接或通过引射器进入洞体或由真空罐将空气吸入洞体，因而有吹气、引射、吸气以及它们相互组合的各种形式的暂冲式风洞。暂冲式风洞一般雷诺数较高，它的工作时间可由几秒到几十秒，多用于跨声速、超声速和高超声速风洞，但是暂冲式风洞工作时间短，只能同时提供一个流速的气流，对测量控制系统的要求较高，从而增加了建造和使用成本，且暂冲式风洞需要对大型压气机不断的启停，启停能耗浪费较大。现有风洞对汽车行业的模拟主要针对风阻方面，同一时刻只涉及到同一流速的气流，未涉及到温度对汽车行驶过程中的模拟或利用其它方式进行测试，操作过程繁琐，经费耗费较大。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种阵列式多功能风洞驱动系统。本专利技术通过阵列的形式排列储气罐，在风洞使用过程中通过阵列中的部分储气罐工作(排气)驱动风洞的气流，同时用小功率的空气压缩机对不工作的或已工作结束的储气罐充气，直至满足储气罐内压力要求。本专利技术可较大延长暂冲式风洞的单次有效测量时间，提供更多的数据；通过改变驱动系统的阵列排气口的射流位置及速度改变气流方向及在同一时刻为不同位置提供不同流速的气流，更细化的模拟实际气流对制品运动的影响；通过改变阵列中不同位置的射流口温度模拟同一物体在运动过程中的物理温差，形成更真实的数据样本；同时降低建造成本及使用成本。本系统可满足不同测量环境的需求。本专利技术一种阵列式多功能风洞驱动系统包括控制系统、驱动系统、辅助系统和洞体四部分。所述的控制系统包括控制主机、人机交互界面、控制执行元件。所述的驱动系统包括阵列的储气罐及真空罐、大小空气压缩机、真空泵、射流板、传感器、拉瓦尔喷管。辅助系统包括加热冷却系统、润滑系统。本专利技术一种多气罐交替工作的多功能风洞驱动系统的具体安装方式为：风洞驱动系统的气罐按照阵列的方式安放在气罐架上，气罐架决定了气罐的阵列安放方式，气罐出口经过换向阀、调压调速回路及分流回路接到拉瓦尔喷管上，气流射流出口处拉瓦尔喷管按照阵列方式安装在射流板上，射流板包括主射流板和辅射流板，拉瓦尔喷管的出口截面与其安装的射流板平行；主射流板与洞体进气截面平行，辅射流板与主射流板按照一定角度安装。大小空气压缩机的出口经过单向阀后与换向阀相连，以便对气罐充气；空气压缩机出口处安装有安全阀。上述的调压调速回路中按照实际需求进行调压阀、调速阀、换向阀及安全阀的布置。安全阀在本系统中用于防止压力过高破坏系统。其中驱动系统的主驱动与真空系统分别安装在洞体的两侧，真空罐按照阵列的方式安装在洞体的另一侧，并与真空泵串联，用真空泵对真空罐进行抽真空。真空罐在本风洞的驱动系统中起稳定洞体内空气流速，辅助改变射流流向的作用，以便或取较优的实验数据。本风洞中加热冷却系统管路按照实际需求安装在气罐的周围，用以维持气罐的温度，防止发生危险；同时其管路按设计要求安装在喷头周围，在同一水平位置的喷头使用同一加热冷却控制器，以维持或改变实验气流温度。压力传感器安装于气罐出口处，以便测量气罐压力，保证安全并向控制系统发送模拟信号。速度传感器分别安装在射流出口处及洞体里，以测量气流流速，并与控制系统接通形成闭环控制回路。本专利技术一种阵列式多功能风洞驱动系统所述的控制主机为一个微机系统，作用于本系统的所有被控元件，接收传感器和人机交互界面发出的模拟信号，处理信息并按照预设程序发布物理信号流，与其他子系统形成闭合回路。本专利技术一种阵列式多功能风洞驱动系统所述的人机交互界面为一个或多个控制面板，用于人工操作。本专利技术一种阵列式多功能风洞驱动系统所述的控制执行元件包括各类多位多通的调压阀、调速阀、节流阀及安全阀等。本专利技术一种阵列式多功能风洞驱动系统所述的储气罐指各类满足国标要求的设计压力不低于15MPa不高于45MPa(常用压力，在此压力范围内可以较好的达到实验效果)的储气罐，储气体积设计为单个储气罐为1.5立方米(储气体积按照实际的设计需要而定，但要满足单次测量所需的大气压中的空气体积)，但这不是本专利技术的限制条件，任何以本专利技术的核心思想设计制作的风洞驱动系统都在本专利技术的保护范围之内。据设计要求，储气罐的出口速度可按照控制系统的控制执行元件调节，亦可达到亚音速要求。储气罐垂直于主射流板按阵列方式排布。本专利技术一种阵列式多功能风洞驱动系统所述的真空罐指按照国标要求设计的真空度不小于0.2MPa(常用值)的真空罐，其设计体积为6.28立方米(按照安装需求给定)，但这不是限制本专利技术的限制条件，任何以本专利技术核心思想设计制作的风洞驱动系统都在本专利技术的保护范围之内。真空罐也按照阵列方式排布。真空罐主要作用为引射，辅助高压气罐工作。在本系统中也可根据实际条件去除真空罐等真空系统元件。本专利技术一种阵列式多功能风洞驱动系统所述的大小空气压缩机指多台满足国标设计要求的大小两种排量的空气压缩机，其中压缩机的出口压力应该保持安全系数为2-3(空气压缩机对气罐充气常用的安全系数，为保证气罐安全，防止爆炸)，即储气罐的设计压力应该为空气压缩机的2-3倍。为满足高效率并节约成本的设计要求，小排量的空气压缩机数量较大排量的空气压缩机数量多，小排量的空气压缩机的额定功率小于大排量的空气压缩机，或可按需不使用大排量的空气压缩机。本专利技术一种阵列式多功能风洞驱动系统所述的真空泵指抽速不小于120L/s的真空泵(按照标准选取真空泵，真空泵的抽速应当大于射流流量的总和)。本专利技术一种阵列式多功能风洞驱动系统所述的射流板由金属材料或者高强度的高分子材料制作的板材，其分为主射流板和辅射流板。射流板上开有安装喷管的安装孔，安装孔在射流板上按照阵列方式排布。本专利技术一种阵列式多功能风洞驱动系统所述的传感器指安装在储气罐的压力和温度传感器、安装在喷管出口处的速度传感器和温度传感器等。本专利技术一种阵列式多功能风洞驱动系统所述的加热冷却系统指液氮冷却系统和电磁加热系统，用以保持或改变储气罐及射流的温度，满足使用要求及保证设备安全。加热冷却系统可以维持储气罐温度，防止储气罐内气体因为温度过高而剧烈运动；再者，加热冷却系统的管路安装于喷头的周围，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阵列式多功能风洞驱动系统，其特征在于：包括控制系统、驱动系统、辅助系统和洞体四部分，所述的控制系统包括控制主机、人机交互界面、控制执行元件，所述的驱动系统包括阵列的储气罐及真空罐、大小空气压缩机、真空泵、射流板、传感器、拉瓦尔喷管，辅助系统包括加热冷却系统、润滑系统，风洞驱动系统的气罐按照阵列的方式安放在气罐架上，气罐出口经过换向阀、调压调速回路及分流回路接到拉瓦尔喷管上，气流射流出口处拉瓦尔喷管按照阵列方式安装在射流板上，射流板包括主射流板和辅射流板，拉瓦尔喷管的出口截面与其安装的射流板平行；主射流板与洞体进气截面平行，辅射流板与主射流板按照一定角度安装；大小空气压缩机的出口经过单向阀后与换向阀相连，以便对气罐充气；空气压缩机出口处安装有安全阀；驱动系统的主驱动与真空系统分别安装在洞体的两侧，真空罐按照阵列的方式安装在洞体的另一侧，并与真空泵串联，用真空泵对真空罐进行抽真空；加热冷却系统管路按照实际需求安装在气罐的周围，其管路安装在喷头周围，在同一水平位置的喷头使用同一加热冷却控制器，以维持或改变实验气流温度；压力传感器安装于气罐出口处，速度传感器分别安装在射流出口处及洞体里，与控制系统接通形成闭环控制回路。...

【技术特征摘要】
1.一种阵列式多功能风洞驱动系统，其特征在于：包括控制系统、驱动系统、辅助系统和洞体四部分，所述的控制系统包括控制主机、人机交互界面、控制执行元件，所述的驱动系统包括阵列的储气罐及真空罐、大小空气压缩机、真空泵、射流板、传感器、拉瓦尔喷管，辅助系统包括加热冷却系统、润滑系统，风洞驱动系统的气罐按照阵列的方式安放在气罐架上，气罐出口经过换向阀、调压调速回路及分流回路接到拉瓦尔喷管上，气流射流出口处拉瓦尔喷管按照阵列方式安装在射流板上，射流板包括主射流板和辅射流板，拉瓦尔喷管的出口截面与其安装的射流板平行；主射流板与洞体进气截面平行，辅射流板与主射流板按照一定角度安装；大小空气压缩机的出口经过单向阀后与换向阀相连，以便对气罐充气；空气压缩机出口处安装有安全阀；驱动系统的主驱动与真空系统分别安装在洞体的两侧，真空罐按照阵列的方式安装在洞体的另一侧，并与真空泵串联，用真空泵对真空罐进行抽真空；加热冷却系统管路按照实际需求安装在气罐的周围，其管路安装在喷头周围，在同一水平位置的喷头使用同一加热冷却控制器，以维持或改变实验气流温度；压力传感器安装于气罐出口处，速度传感器分别安装在射流出口处及洞体里，与控制系统接通形成闭环控制回路。2.根据权利要求1所述的一种阵列式多功能风洞驱动系统，其特征在于：所述的控制主机为一个微机系统，作用于本系统的所有被控元件，接收传感器和人机交互界面发出的模拟信号，处理信息并按照预设程序发布物理信号流，与其他子系统形成闭合回路。3.根据权利要求1所述的一种阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨卫民，石美浓，王修磊，宋仁达，沈毅，安琪，阎华，丁玉梅，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11