[发明专利]用于模拟输电线路连续性倒塌过程的风洞试验系统及方法

权利要求书

1.一种风洞试验系统，用于模拟输电线路连续性倒塌过程中导线J形空间构型响应特征，其特征在于，包括：

两基输电铁塔形支架，其包括一基削弱型输电铁塔形支架，以作为试验中会发生倒塌的薄弱输电塔；另一基为普通型输电铁塔形支架，以作为试验中会发生倒塌的薄弱塔的邻塔；

三跨导线等代缩尺模型，其分别悬挂于所述输电铁塔形支架和铰接边界之间，其中，中间跨导线等代缩尺模型为目标导线，用于模拟输电线路连续性倒塌过程中导线在薄弱塔倒塌后形成的J形空间构型，在所述邻塔上和所述导线的关键节点上均布置有若干试验测点；

两个绝缘子串等代缩尺模型，其用于连接所述导线等代缩尺模型与所述输电铁塔形支架；其中，所述绝缘子串等代缩尺模型两端均为铰接连接，其中一端是绝缘子串等代缩尺模型与输电铁塔形支架的连接，另一端是绝缘子串等代缩尺模型与导线等代缩尺模型的连接。

2.根据权利要求1所述的风洞试验系统，其特征在于，所述输电铁塔形支架的挂线点高度与原型实际铁塔的挂线点高度满足几何相似，同时，所述输电铁塔形支架与原型实际铁塔满足动力特性相似，以及，所述导线等代缩尺模型与原型实际导线满足缩尺修正的几何相似。

3.根据权利要求1所述的风洞试验系统，其特征在于，所述导线等代缩尺模型采用修正系数对跨度进行缩减，以适用于现有的风洞试验室尺寸，所述导线等代缩尺模型采用外包ABS塑料管并用不锈钢丝配重的方式，以模拟导线的迎风面积和质量；所述导线等代缩尺模型上的轴力、风力、重力之比与原输电导线地线相等。

4.根据权利要求1所述的风洞试验系统，其特征在于，用于所述试验测点的测量装置包括：DIC测试系统、加速度传感器和设置在所述导线等代缩尺模型中的光纤布拉格光栅，以获取薄弱塔倒塌过程中的目标导线的关键节点的三维位移和加速度、绝缘子应变、铁塔支架挂线点的位移和加速度数据。

5.根据权利要求1所述的风洞试验系统，其特征在于，所述削弱型输电铁塔形支架包括：

输电铁塔形支架装置，其作为实际工程中输电铁塔的等效缩尺模型；以及，

倒塌控制装置，其用于控制所述输电铁塔形支架装置发生侧向弯折的角度、幅度及时刻。

6.根据权利要求5所述的风洞试验系统，其特征在于，所述削弱型输电铁塔形支架装置包括：塔头框架、塔身撑杆和塔脚底座及支架，其中，所述塔头框架用于模拟实际输电塔的塔头结构，以及用于悬挂绝缘子串等代缩尺模型和导线等代缩尺模型；所述塔身撑杆的上端连接所述塔头框架，所述塔身撑杆的下端连接所述塔脚底座及支架，所述塔身撑杆中部设有球铰，所述球铰用于模拟不同角度的输电塔倒塌导致的侧向弯折。

7.根据权利要求5所述的风洞试验系统，其特征在于，所述倒塌控制装置包括：主撑杆、电磁控制装置和幅度控制装置，其中，所述主撑杆的上端与所述塔头框架连接且可转动；所述主撑杆的下端与所述电磁控制装置连接，所述电磁控制装置在确定与削弱型输电铁塔形支架装置的相对位置后固定于风洞试验室地面。

8.根据权利要求7所述的风洞试验系统，其特征在于，所述幅度控制装置包括限位撑杆和轨道装置，所述撑杆的上端与所述塔头框架连接且可转动；所述限位撑杆的下端与所述轨道装置连接，所述幅度控制装置用于控制输电铁塔形支架装置的最大侧向弯折幅度。

9.一种用于模拟输电线路连续性倒塌的风洞试验方法，其利用如权利要求1-8任一所述的风洞试验系统，其特征在于，包括：用于在风洞试验室中模拟良态风风场和用于输电线路连续性倒塌的薄弱塔破坏模拟，其中，

所述用于在风洞试验室中模拟良态风风场，具体为：通过木质格栅和粗糙元的不同布置方式，以模拟飑线风龙卷风等之外的良态风随机风场；

所述用于输电线路连续性倒塌的薄弱塔破坏模拟，具体为：根据实际输电线路的破坏模式或者研究需求，确定所述削弱型输电铁塔形支架装置的球铰高度，通过此球铰模拟输电塔发生侧向弯折的位置；

将测量装置包括DIC测试系统、加速度传感器和可测量动应变的光纤布拉格光栅按照试验设计的测点位置进行布置安装；

根据实际输电线路的地形地貌和风场特性，确定木质格栅和木质粗糙元的布置位置；

通过倒塔控制装置，令削弱型输电铁塔形支架装置在需要的时刻发生侧向弯折；

将输电铁塔形支架模型置于不同风场工况下，测量目标导线的关键节点的三维位移和加速度、绝缘子应变、铁塔支架挂线点的位移和加速度数据，记录目标导线的J形空间构型坐标。