專利名稱：風洞流場顯示試驗模型旋轉支架的制作方法
技術領域：
風洞流場顯示試驗中，通常需要拍攝多種風向角下建筑結構縮尺模型表面的流線和速度場分布，因而在試驗中需多次旋轉模型，以模擬不同風向角。本發明為一種方便調整模型角度的風洞流場顯示試驗模型旋轉支架，有效提高了角度調節的效率和精度。
背景技術：
流場顯示技術是流體力學試驗的一個重要組成部分，其中粒子圖像測速 (Particle Image Velocimetry, abbr. PIV)是在傳統流場顯示技術的基礎上，利用光學技術及圖像分析技術的研究成果而迅速成長起來的新型流場測試手段。PIV技術的重要特點就是突破了空間單點測量技術的局限性，可在同一時刻記錄下整個測量平面內的信息， 進而獲得平面速度場、渦量場和雷諾應力分布等。隨著PIV技術的發展，國外大部分研究人員已將PIV方法直接應用于建筑結構縮尺模型的風洞試驗中，以觀察結構表面的旋渦、繞流現象。PIV的基本原理如下在流場中播撒合適的示蹤粒子，然后脈沖激光器發出的激光片光源會連續兩次照亮被測流場，通過圖像采集系統，分別記錄下、、t2時刻的流場粒子圖像(其時間間隔」t精確可調)，經過數字圖像處理，求出」t內粒子的位移，進而獲得示蹤粒子速度場，進一步處理分析就可得到整個流場的速度場、渦量場、流線等流場信息。風洞流場顯示試驗在風洞中的布置如圖1所示，其中模型32—般置于風洞斷面31 中心處，脈沖激光器33置于風洞頂部。由于風洞側壁底部是固體不透明材質且風洞地板對測試流場的影響較大，這就導致CCD相機34無法直接擱置在地面上，而是應該抬高拍攝，因而試驗中需設置支架35將模型也相應地架高固定，使模型高度基本與CCD相機34高度一致，以便CCD相機34能夠有效捕捉模型上方的流場信息。實際風洞試驗中的建筑結構模型通常具有不對稱性，并且試驗工況設計中多數需考慮不同風向，加之目前PIV試驗所使用的脈沖激光器具有固定性和不易調整性，傳統做法是試驗人員進入風洞，通過多次搬動支架與模型以達到所要求的風攻角。然而，由于模型支架的笨重和調整參照性不強，尤其是在設定了多種試驗風攻角的情況下，這種傳統做法使得模型風攻角的調整精度難以得到保證。此外，Piv試驗中播撒的示蹤粒子系通過煙霧產生，該煙霧具有一定的毒性，長時間曝露在該示蹤粒子環境中對人體傷害較大。試驗中既要有足夠的時間進行模型角度的調整并達到精度要求，又要避免長時間曝露在煙霧環境中，這就對風洞流場顯示試驗提出了精度和效率并行的要求。
發明內容
本發明提供一種用于建筑結構風洞流場顯示試驗的風洞流場顯示試驗模型旋轉支架。本發明可以快速、連續地調整風洞試驗中模型與來流的相對夾角；并且可以準確地調整支架水平平整度，以便平穩地安放試驗模型。本發明采用如下技術方案
一種風洞流場顯示試驗模型旋轉支架，包括相互平行的底板與頂板，在底板與頂板設有支撐桁架，在頂板上設有中心圓孔，在中心圓孔的圓周上設有凸緣，在凸緣上套設有旋轉板，在旋轉板上設有刻度指針和若干模型固定螺栓，在頂板上設有與刻度指針配合使用的刻度線，在頂板上設有限位扣，且限位扣一端與頂板固定連接，另一端位于旋轉板邊緣頂面上方，在限位扣上螺紋連接有限位固定螺栓。本發明進一步采用以下技術措施
在底板上設有第一水平儀和第二水平儀以及高度調節螺栓，所述的第一水平儀和第二水平儀正交布置，所述高度調節螺栓與底板螺紋連接且高度調節螺栓的頭部穿過底板，在高度調節螺栓的頭部設有球頭，高度調節螺栓通過球頭旋轉連接有橡膠墊。有益效果
實際風洞試驗中的建筑結構模型通常具有不對稱性，并且試驗工況設計中多數需考慮不同風向，加之目前PIV試驗所使用的脈沖激光器具有固定性和不易調整性，傳統做法是試驗人員進入風洞，通過多次搬動支架與模型以達到所要求的風攻角。然而，由于模型支架的笨重和調整參照性不強，尤其是在設定了多種試驗風攻角的情況下，這種傳統做法使得模型風攻角的調整精度難以得到保證。此外，Piv試驗中播撒的示蹤粒子系通過煙霧產生， 該煙霧具有一定的毒性，長時間曝露在該示蹤粒子環境中對人體傷害較大。試驗中既要有足夠的時間進行模型角度的調整并達到精度要求，又要避免長時間曝露在煙霧環境中，這就對風洞流場顯示試驗提出了精度和效率并行的要求。本發明提供了一種構造簡單、加工方便的風洞流場顯示試驗模型旋轉支架在底板設置水平儀和高度調節螺栓，解決了支架水平度調整的問題；支架底部連接螺栓與橡膠墊所采用的萬向節可有效避免地面不平整對支架頂面水平度的影響。并且支架底部橡膠墊可以提供足夠的側向摩擦力。頂板上附加旋轉板與角度刻度線，旋轉板上設刻度指針，兩者配合可以快速、準確旋轉模型至所需要的角度。該支架一方面滿足了風洞流場顯示試驗模型支承高度的需求，另一方面具有角度旋轉快捷準確、水平度調整方便的特點，避免了因人工搬動模型引入的模型位置誤差。快速、方便地調節模型至所需方位，有效避免了操作人員長時間暴露在示蹤粒子所產生的煙霧之中，減少了其對人體的傷害。頂板、底板和旋轉板均采用鋼板制成，頂板與底板間通過采用桿系支撐桁架連接； 旋轉板與頂板中心處開孔，并在頂板中心孔處預留凸緣，旋轉板套在該凸緣上，頂板與旋轉板可以繞中心進行面內旋轉；頂板邊緣設置限位扣，限位扣上的固定螺栓擰緊后頂住旋轉板，由此約束頂板與旋轉板間的相對轉動。旋轉板上設置若干螺栓，用于風洞試驗模型與旋轉板的連接；頂板邊緣設置角度刻度線，旋轉板上設有指針刻度，兩者配合以確定模型相對旋轉角度。底板上設有高度調節螺栓和正交布置的第一水平儀和第二水平儀；高度調節螺栓端部的球頭埋入橡膠墊內，一方面防止轉到高度調節螺栓時橡膠墊的跟轉，另一方面避免高度調節螺栓與底板垂直度差異對水平度調節的影響，因而具有很好的水平調節功能， 可適用地面不平整的情況；橡膠墊的作用系提高支架的側向抗滑移承載力，避免橫向風荷載過大導致支架滑移或出現微幅振動、進而影響模型試驗結果。頂板與旋轉板中心開孔的另一個作用在于當需進行模型測壓試驗時，測壓管可以通過該孔導出、接至測壓設備上。
下面結合附圖和實施方式進一步對本發明進行說明。圖1風洞內PIV測試儀器和模型位置圖。圖2支架立面圖。圖3支架平面圖。圖4 圖2中的1-1剖面。圖5 圖3中的2-2剖面。圖6高度調節螺栓與橡膠墊。圖7支架三維視圖。以上的圖中有風洞斷面31、風洞試驗模型32、脈沖激光器33、C⑶相機34、模型支架35 ；
旋轉板1、頂板2、底板3、支撐桁架4、限位扣5、限位固定螺栓6、高度調節螺栓7、凸緣 8、模型固定螺栓9、刻度指針10、第一水平儀21、第二水平儀22、橡膠墊12、刻度線13。
具體實施例方式一種風洞流場顯示試驗模型旋轉支架，包括相互平行的底板3與頂板2，在底板 3與頂板2設有支撐桁架4，在頂板2上設有中心圓孔，在中心圓孔的圓周上設有凸緣8，在凸緣8上套設有旋轉板1，在旋轉板1上設有刻度指針10和若干模型固定螺栓9，在頂板2 上設有與刻度指針10配合使用的刻度線13，以準確定位模型的旋轉角度。在頂板2上設有限位扣5，且限位扣5 —端與頂板2固定連接，另一端位于旋轉板 1邊緣頂面上方，在限位扣5上螺紋連接有限位固定螺栓6。在底板3上設有第一水平儀21 和第二水平儀22以及高度調節螺栓7，所述的第一水平儀21和第二水平儀22正交布置，所述高度調節螺栓7與底板3螺紋連接且高度調節螺栓7的頭部穿過底板3，在高度調節螺栓 7的頭部設有球頭14，高度調節螺栓7通過球頭14旋轉連接有橡膠墊12。底板3邊緣共設置三個呈等邊三角形布置的高度調節螺栓7。每個高度調節螺栓 7頂部均焊有薄鋼片，以便手動旋轉螺栓調節底板高度。高度調節螺栓7底部與橡膠墊12 采用萬向節鉸接，以便咬合螺桿且避免高度螺栓7旋轉時，橡膠墊12出現跟轉；橡膠墊12 的作用是增加支架與地面的摩擦力，提高其側向承載剛度。在底板3上表面另外設置兩個正交布置的第一水平儀21和第二水平儀22。結合水平儀11與高度調節螺栓7可以準確地將旋轉板1上表面調至水平狀態，確保試驗模型的平整度。
權利要求
1.一種風洞流場顯示試驗模型旋轉支架，其特征在于，包括相互平行的底板(3)與頂板(2)，在底板(3)與頂板(2)設有支撐桁架(4)，在頂板(2)上設有中心圓孔，在中心圓孔的圓周上設有凸緣(8)，在凸緣(8)上套有旋轉板(1)，在旋轉板(1)模型上設有刻度指針(10) 和若干模型固定螺栓(9)，在頂板(2)上設有與刻度指針(10)配合使用的刻度線(13)，在頂板(2)上設有限位扣(5)，且限位扣(5)—端與頂板(2)固定連接，另一端位于旋轉板(1)邊緣頂面上方，在限位扣(5)上螺紋連接有限位固定螺栓(6)。
2.根據權利要求1所述的風洞流場顯示試驗模型旋轉支架，其特征在于，在底板(3) 上設有第一水平儀(21)和第二水平儀(22)以及三個高度調節螺栓(7)，所述的第一水平儀 (21)和第二水平儀(22)正交布置，所述高度調節螺栓(7 )與底板(3)螺紋連接且高度調節螺栓(7)的頭部穿過底板(3)，在高度調節螺栓(7)的頭部設有球頭(14)，高度調節螺栓(7) 通過球頭(14)旋轉連接有橡膠墊(12)。
全文摘要
一種風洞流場顯示試驗模型旋轉支架，是針對風洞流場顯示試驗中，傳統模型支架存在的水平度和旋轉角度調整均不方便且精度不高的問題而提出，在支架底板設置高度調節螺栓和水平儀以滿足試驗模型水平度的要求；在支架頂板邊緣設置角度刻度線，在頂板上方設置旋轉板，進而可以快速、準確地旋轉模型，以調整試驗模型至所需風攻角。除風洞流場顯示試驗之外，該支架還考慮了風洞測壓試驗的需要，在頂板和旋轉板中心預留了孔洞，以便模型底部測壓管與風洞地板以下測壓設備的連接。本發明解決了風洞流場顯示試驗中人工調整模型水平度和旋轉角度精度較差的問題，不僅可以用于風洞中單純的建筑結構縮尺模型風洞流場顯示試驗，還可用于同步測壓試驗。
文檔編號G01M9/04GK102539109SQ20121001691
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者葉繼紅, 董欣 申請人:東南大學