[发明专利]一种用于低速风洞柔性物测力的试验装置及其测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及风洞测力试验领域，尤其是涉及一种用于低速风洞柔性物测力的试验装置及其测试方法。

背景技术

柔性物在空气中随风飘动是最常见的自然现象之一，也是一个典型的流固耦合问题。类似的流固耦合现象在日常生活和工农业生产中随处可见。例如，造纸和印刷业中高速运动的纸张或薄膜不稳定后会撕破，口腔软腭与呼吸气流作用会引起人体打鼾，飞机空中加油管的稳定性影响输油的成败，甚至自然界中鱼类的游动、鸟类的飞行都是柔性体与流体耦合运动的例子。这样一类典型的流固耦合问题由于其固有的非线性特征，近年来引起国内外学者的广泛研究兴趣。

测量柔性物在气流中失稳摆动时的受力有以下难点：柔性物的受力是动态变化的，对测力元件的动态频响有一定要求；柔性物受力量级较小（一般为几十到几百克），对测力元件的灵敏度有较高要求；柔性物模型自身会发生摆动，因此模型支撑机构既要避免共振又要尽量减小对流场的干扰也是一个难题。

针对低速风洞中常规试验装置无法实现对柔性板等柔性物测力的难题，设计了一套用于低速风洞柔性物测力的试验装置。该装置通过高速数字摄影仪和自行编制的图像处理软件测量柔性板的振动频率、振幅和振型，通过小型天平测量柔性板的受力状况，该装置为深入研究柔性板在均匀气流中的流固耦合现象提供了一种手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种试验装置，使得该装置能在低速风洞中对柔性物的摆动进行动态测量，并进行分析。

本发明采用的技术方案是：用于低速风洞柔性物测力的试验装置，包括支撑架、两台应变天平和两根支杆，所述支撑架由底座、框架和滑轨组成，所述底座上设置有一个滑轨A，所述框架上与滑轨A的90⁰交叉方向上设置有滑轨B；所述两台天平分别安装在滑轨A与滑轨B的滑道内；所述天平上分别连接一根支杆，所述支杆的一端设置有柔性物。

在上述技术方案中，所述支杆采用整体加工而成，支杆型面为流线型，支杆的一端为固定端，支杆的另一端为夹持端，所述夹持端设置有柔性物。

在上述技术方案中，所述支杆固定端为圆柱形，夹持端的截面为翼型，中间为圆柱到翼型的渐进过渡段。

在上述技术方案中，所述夹持端沿对称面设置有用于夹持安装的狭缝。

在上述技术方案中，所述天平与支杆之间通过法兰连接。

在上述技术方案中，所述天平在滑轨内无极滑动，且能在滑轨内任意位置固定。

一种低速风洞柔性物的测力方法，风洞气流施加在支杆夹持端柔性物上气动力通过支杆作用到天平上，天平受力导致输出电压信号变化，数据采集装置对天平电压信号进行采集与处理，得到柔性物的气动载荷信息。

在上述方法中，在测力的同时利用高速摄影系统对柔性物的摆动过程进行拍摄，得到一系列柔性物摆动随时间演化的照片，沿柔性物某位置截取宽度为一像素的窄条图像，将这些窄条图像按时间序列组合成一幅图像，就得到柔性物在该位置的位移-时间演化图片，进行处理后可以得到图片各位置位移随时间的变化曲线，对该曲线进一步分析可以得到柔性物摆动的频率和振幅信息。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：利用该试验装置可以实现对单个及多个柔性物体相互作用下的动态测力，测力时利用高速摄影系统还可以同步对柔性物的摆动过程进行拍摄，进而可以得到柔性物的振幅、振动频率、振型等信息。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的应用实例图；

图2是天平与支杆的结构示意图；

图3是天平的侧向力（升力）曲线；

图4是天平的法向力（阻力）曲线；

图5是天平的滚转力矩曲线；

其中：1是风洞，2是支撑架，3是激光光源，4是支杆，5是天平，6是高速摄影仪，7是天平底座。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。