CN110779675B - 一种车辆和桥梁模型风洞试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆和桥梁模型风洞试验装置，包括车辆模型测试组件和桥梁模型测试组件；所述车辆模型测试组件与桥梁模型测试组件之间有间隙。在本发明中，通过调节车辆模型测试组件在实验室两侧洞壁上竖向固定位置的高度使得车辆模型和桥梁模型之间在竖向保持合适的距离。保证本试验装置可以完成不同高度、宽度的车辆模型以及不同梁高的梁段模型的气动力测试。因此本发明的风洞试验装置适用于多种车辆模型和多种桥梁模型，其适用范围广，且本发明还可以实现斜向风作用下的测试功能。

Description

一种车辆和桥梁模型风洞试验装置

技术领域

本发明涉及车辆模型风洞试验技术领域，尤其涉及一种车辆和桥梁模型风洞试验装置。

背景技术

为保证各类车辆在处于较复杂风环境中的桥梁上安全稳定的运行，有必要测试斜向风作用下车辆和桥梁的气动力状态。在实际情况中，无论车辆处于桥上任意位置时，车辆和桥梁彼此之间均会产生相互的气动干扰；特殊情况下，当桥上有两辆或多辆车辆共存时，车辆和桥梁的气动状态会变的更复杂。在实际风环境中，来流风向在水平向与桥梁之间会存在明显的非正交现象，即存在风偏角；来流风向在竖向与桥梁之间也会存在明显的非正交现象，即存在风攻角。

目前，车辆和桥梁模型风洞试验装置中的车辆模型大多是静止于桥面以上的，试验中仅考虑桥梁或静止的车辆模型单个物体进行试验，没有考虑车辆和桥梁间的相互气动影响，而实际上二者是彼此影响的，现有的试验装置均忽略了这些影响，使得测试结果与实际情况产生偏差，使得试验结果不准确。而对于考虑动态车辆模型的车辆和桥梁模型风洞试验装置，其分别测试动态车辆和桥梁模型的气动力，但这种试验装置的设计无法测试两辆车或多辆车同时存在于桥上时以及来流与桥梁之间存在风偏角和风攻角时车辆和桥梁各自的气动力。

发明内容

本发明提供了一种车辆和桥梁模型风洞试验装置，该试验装置能同时测试斜向风作用下桥上有车辆存在时，车辆和桥梁各自在不同相对来流风偏角和风攻角下的气动力，其测试结果更符合实际，并极大地缩短了测试时间，提高试验测试效率，为车辆及桥梁的设计提供更可靠的参考依据。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种车辆和桥梁模型风洞试验装置，包括：

车辆模型测试组件，其包括多个平行设置的横向滑轨和多个平行设置的纵向滑轨，且所述纵向滑轨沿所述横向滑轨可滑动设置；所述车辆模型测试组件还包括多个车辆测力天平，所述车辆测力天平沿对应的所述纵向滑轨可滑动设置，所述车辆测力天平通过旋转连接件连接所述车辆模型；

桥梁模型测试组件，其设置在所述车辆模型测试组件下方，所述桥梁模型测试组件包括底部转盘，所述底部转盘上设有两个可滑动支架，所述可滑动支架设有外侧转盘，所述外侧转盘设有与其可相对转动的内侧转盘，两个所述内侧转盘之间设有支撑杆，所述支撑杆上设有梁段测力天平，所述梁段测力天平连接有所述桥梁模型；

所述车辆模型测试组件与桥梁模型测试组件之间有间隙。

作为上述技术方案的进一步描述：

多个所述横向滑轨和多个所述纵向滑轨均为两个，两个所述横向滑轨与两个所述纵向滑轨形成井子架状，两个所述横向滑轨的两端均固定在实验室两侧的洞壁上。

作为上述技术方案的进一步描述：

两个所述横向滑轨之间固定设有纵向加劲杆，以增加车辆模型测试组件的整体刚度。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述纵向滑轨与所述横向滑轨通过横向滑块可滑动连接；具体地，所述纵向滑轨与所述横向滑轨的连接处均设有横向滑块，横向滑块一端与横向滑轨可滑动连接，横向滑块另一端固定在纵向滑轨上，从而使纵向滑轨可在横向滑轨上滑动。

作为上述技术方案的进一步描述：

多个所述车辆测力天平为两个，所述纵向滑轨设有与其滑动配合的纵向滑块，纵向滑块的下端与车辆测力天平固定连接；所述纵向滑轨与所述纵向滑块之间、所述横向滑轨与所述横向滑块之间均设有定位螺钉，方便固定移动位置后的车辆模型，纵向滑轨和横向滑轨均为精密直线滑槽轨道，可以极大地减小车辆模型在试验风场中的振动，保证车辆气动力的高精度测量。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述底部转盘通过转轴固定在实验室底板上，所述底部转盘的上端面开设有多个滑槽，所述可滑动支架包括矩形钢板、门形钢连接件、支架底座和竖杆，所述矩形钢板与所述底部转盘通过螺栓穿过所述滑槽可滑动连接，所述门形钢连接件焊接在所述矩形钢板上，所述支架底座与所述门形钢连接件通过螺栓可拆卸连接，所述竖杆焊接在所述支架底座上，所述竖杆与所述外侧转盘固定连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

多个所述滑槽为12个，所述12个滑槽沿所述底部转盘的中心每隔30°均匀设置。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述外侧转盘开设有两段相对设置的弧形滑槽，所述内侧转盘通过螺栓穿过所述弧形滑槽与所述外侧转盘可相对转动连接；所述外侧转盘和所述内侧转盘之间设有一层薄的橡胶垫，以增加两者相对旋转之后的摩擦力，保证依靠上部转盘螺栓可以可靠的固定外侧转盘和内侧转盘的相对位置。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述桥梁模型包括前补偿梁段、中间测力梁段和后补偿梁段，所述补偿梁段和后补偿梁段分别与所述支撑杆通过垫块固定连接，所述支撑杆与所述梁段测力天平通过梁段天平下垫板固定连接，所述梁段测力天平与所述中间测力梁段通过梁段天平上垫板固定连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述车辆模型可以为单趟列车模型，所述单趟列车模型包括列车前段、列车中间段和列车后段，其中，所述列车中间段与所述车辆测力天平通过旋转连接件连接，所述列车前段和列车后段则通过刚性细杆与所述纵向滑块相连接；此时列车前段和列车后段作为气动力过渡段，作用是减弱三维绕流的影响，更加准确地测试列车中间段的气动力，由于车轮的挡风作用较小，因此，本发明中的车辆模型未设置车轮。

本发明具有如下有益效果：

在本发明中，通过调节车辆模型测试组件在实验室两侧洞壁上竖向固定位置的高度使得车辆模型和桥梁模型之间在竖向保持合适的距离。保证本试验装置可以完成不同高度、宽度的车辆模型以及不同梁高的梁段模型的气动力测试。因此本发明的风洞试验装置适用于多种车辆模型和多种桥梁模型，其适用范围广。

本发明中采用上部测试车辆气动力的车辆模型测试组件和下部桥梁模型气动力测试组件彼此分离的设置方式保证了本发明装置可以同时测试车辆模型和桥梁模型的气动力。相较于现有的同一时间只能测试车辆模型或者桥梁模型单个结构物的试验装置来说，本发明的试验装置将会极大地节约试验时间，提高试验效率。

本发明的试验装置可以实现两个车辆模型在桥上不同相对位置处的气动力测试，也可以实现车辆模型和桥梁模型在不同相对来流风偏角和风攻角下各自气动力三分力的同步测试。并且完全可以直接将本发明的试验装置放在底部带有水槽、上部为风洞的实验室中进行风-浪联合试验。本发明试验装置功能多，设计合理。

本发明结构简单，操作方便，与常规的静力试验系统相比仅增加了挡风面积较小的竖杆、交叉的横向滑轨和纵向滑轨，交叉的横向滑轨和纵向滑轨将尽可能采用较细的构件，保证对实验室中空气流动的干扰小。

附图说明

图1是本发明提供的一种车辆和桥梁模型风洞试验装置的结构示意图；

图2是图1中A-A面剖视图；

图3是图1中B-B面剖视图；

图4是图1中C-C面剖视图；

图5是图1中D-D面剖视图；

图6是图1中E-E面剖视图；

图7是本发明中车辆模型为三节列车模型时的车辆模型测试组件示意图。

图中：1-底部转盘；2-支架螺栓；3-底部转盘螺栓；4-支架底座；5-矩形钢板；6-门形钢连接件；7-竖杆；8-外侧转盘；9-内侧转盘；10-上部转盘螺栓；11-支撑杆；12-前补偿梁段；13-中间测力梁段；14-后补偿梁段；15-垫块；16-梁段测力天平；17-梁段天平上垫板；18-梁段天平下垫板；19-车辆模型；20-车辆测力天平；21-纵向滑块；22-纵向滑轨；23-横向滑块；24-横向滑轨；25-纵向加劲杆；26-弧形滑槽；27-滑槽；28-列车前段；29-列车中间段；30-列车后段；31-旋转连接件；32-刚性细杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种车辆和桥梁模型风洞试验装置，该试验装置能同时测试斜向风作用下桥上有车辆存在时，车辆和桥梁各自在不同相对来流风偏角和风攻角下的气动力，其测试结果更符合实际，并极大地缩短了测试时间，提高试验测试效率，为车辆及桥梁的设计提供更可靠的参考依据。

参照图1-6，本发明提供的一种实施例：一种车辆和桥梁模型风洞试验装置，包括车辆模型测试组件和桥梁模型测试组件，所述车辆模型测试组件与桥梁模型测试组件之间有间隙。

在本发明中，通过调节车辆模型测试组件在实验室两侧洞壁上竖向固定位置的高度使得车辆模型和桥梁模型之间在竖向保持合适的距离。保证本试验装置可以完成不同高度、宽度的车辆模型以及不同梁高的梁段模型的气动力测试。因此本发明的风洞试验装置适用于多种车辆模型和多种桥梁模型，其适用范围广。

本发明中采用上部测试车辆气动力的车辆模型测试组件和下部桥梁模型气动力测试组件彼此分离的设置方式保证了本发明装置可以同时测试车辆模型和桥梁模型的气动力。相较于现有的同一时间只能测试车辆模型或者桥梁模型单个结构物的试验装置来说，本发明的试验装置将会极大地节约试验时间，提高试验效率。

在一些实施例中，如图4所示，车辆模型测试组件包括多个平行设置的横向滑轨24和多个平行设置的纵向滑轨22，纵向滑轨22沿横向滑轨24可滑动设置；优选的，多个横向滑轨24和多个纵向滑轨22均为两个，两个横向滑轨24与两个纵向滑轨22形成井子架状，两个横向滑轨24的两端均固定在实验室两侧的洞壁上。

在一些实施例中，如图4所示，两个横向滑轨24之间固定设有纵向加劲杆25，以增加车辆模型测试组件的整体刚度。

在一些实施例中，如图4所示，纵向滑轨22与横向滑轨24通过横向滑块23可滑动连接；具体地，纵向滑轨22与横向滑轨24的连接处均设有横向滑块23，横向滑块23一端嵌入横向滑轨24内，且横向滑块23与横向滑轨24可滑动连接，横向滑块23另一端固定在纵向滑轨22上，从而使纵向滑轨22可在横向滑轨24上滑动。

在一些实施例中，如图1和3所示，车辆模型测试组件还包括多个车辆测力天平20，车辆测力天平20沿对应的纵向滑轨22可滑动设置，车辆测力天平20通过旋转连接件31连接车辆模型19；

具体地，车辆测力天平20为两个，纵向滑轨22设有与其滑动配合的纵向滑块21，纵向滑块21的下端与车辆测力天平20固定连接；优选地，纵向滑轨22与纵向滑块21之间、横向滑轨24与横向滑块23之间均设有定位螺钉，方便固定移动位置后的车辆模型19，纵向滑轨24和横向滑轨23均为精密直线滑槽轨道，可以极大地减小车辆模型在试验风场中的振动，保证车辆气动力的高精度测量。

本发明的试验装置可以实现两个车辆模型在桥上不同相对位置处的气动力测试，也可以实现车辆模型和桥梁模型在不同相对来流风偏角和风攻角下各自气动力三分力的同步测试。并且完全可以直接将本发明的试验装置放在底部带有水槽、上部为风洞的实验室中进行风-浪联合试验。本发明试验装置功能多，设计合理。

在一些实施例中，如图1和2所示，桥梁模型测试组件设置在车辆模型测试组件下方，桥梁模型测试组件包括底部转盘1，底部转盘1上设有两个可滑动支架，可滑动支架设有外侧转盘8，外侧转盘8设有与其可相对转动的内侧转盘9，两个内侧转盘9之间设有支撑杆11，支撑杆11上设有梁段测力天平16，梁段测力天平16连接桥梁模型；

在一些实施例中，如图5和6所示，底部转盘1通过转轴固定在实验室底板上，底部转盘1的上端面开设有多个滑槽27，可滑动支架包括矩形钢板5、门形钢连接件6、支架底座4和竖杆7，矩形钢板5与底部转盘1通过底部转盘螺栓3穿过滑槽27连接，门形钢连接件6焊接在矩形钢板5上，支架底座4与门形钢连接件6通过支架螺栓2可拆卸连接，竖杆7焊接在支架底座4上，竖杆7的上部与外侧转盘8焊接。

在一些实施例中，如图5所示，多个滑槽27为12个，12个滑槽27沿底部转盘1的中心每隔30°均匀分布。

在一些实施例中，如图2和6所示，外侧转盘8开设有两段相对设置的弧形滑槽26，内侧转盘9通过上部转盘螺栓10穿过弧形滑槽26与外侧转盘8可相对转动连接；优选的，外侧转盘8和内侧转盘9之间设有一层薄的橡胶垫，以增加两者相对旋转之后的摩擦力，保证依靠上部转盘螺栓10可以可靠的固定外侧转盘8和内侧转盘9的相对位置。

在一些实施例中，如图2和6所示，桥梁模型包括前补偿梁段12、中间测力梁段13和后补偿梁段14，补偿梁段12和后补偿梁段14分别与支撑杆11通过垫块15固定连接，两个垫块15分别与对应的前补偿梁段12和后补偿梁段14通过螺栓连接，支撑杆11与梁段测力天平16通过梁段天平下垫板18固定连接，梁段测力天平16与中间测力梁段13通过梁段天平上垫板17通过螺栓可拆卸连接。

在另外一种实施例中，如图7所示，车辆模型可以为单趟列车模型，单趟列车模型包括列车前段28、列车中间段29和列车后段30，其中，列车中间段29与车辆测力天平20通过旋转连接件31连接，列车前段28和列车后段30则通过刚性细杆32与纵向滑块21相连接；此时列车前段28和列车后段30作为气动力过渡段，作用是减弱三维绕流的影响，更加准确地测试列车中间段的气动力，由于车轮的挡风作用较小，因此，本发明中的车辆模型未设置车轮。

在每个试验工况测试之前，需要先用车辆测力天平测试在无车辆状态下，连接车辆的旋转连接件的气动力，在正式开始有车辆存在下的气动力测试时将旋转连接件的气动力减去即可得到单独车辆模型的气动力。在将中间测力梁段13与梁段天平上垫板17连接之前，需将单独连接梁段天平上垫板17的梁段测力天平16进行定零操作，在正式试验时梁段测力天平测得的气动力即为测力梁段单独气动力。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆和桥梁模型风洞试验装置，其特征在于，包括：车辆模型测试组件，其包括多个平行设置的横向滑轨(24)和多个平行设置的纵向滑轨(22)，且所述纵向滑轨(22)沿所述横向滑轨(24)可滑动设置；所述车辆模型测试组件还包括多个车辆测力天平(20)，所述车辆测力天平(20)沿对应的所述纵向滑轨(22)可滑动设置，所述车辆测力天平(20)通过旋转连接件(31)连接所述车辆模型(19)；桥梁模型测试组件，其设置在所述车辆模型测试组件下方，所述桥梁模型测试组件包括底部转盘(1)，所述底部转盘(1)上设有两个可滑动支架，所述可滑动支架设有外侧转盘(8)，所述外侧转盘(8)设有与其可相对转动的内侧转盘(9)，两个所述内侧转盘(9)之间设有支撑杆(11)，所述支撑杆(11)上设有梁段测力天平(16)，所述梁段测力天平(16)连接有所述桥梁模型；所述车辆模型测试组件与桥梁模型测试组件之间有间隙。

2.根据权利要求1所述的车辆和桥梁模型风洞试验装置，其特征在于：多个所述横向滑轨(24)和多个所述纵向滑轨(22)均为两个，两个所述横向滑轨(24)与两个所述纵向滑轨(22)形成井子架状，两个所述横向滑轨(24)的两端均固定在实验室两侧的洞壁上。

3.根据权利要求2所述的车辆和桥梁模型风洞试验装置，其特征在于：两个所述横向滑轨(24)之间固定设有纵向加劲杆(25)，以增加车辆模型测试组件的整体刚度。

4.根据权利要求2所述的车辆和桥梁模型风洞试验装置，其特征在于：所述纵向滑轨(22)与所述横向滑轨(24)通过横向滑块(23)可滑动连接。

5.根据权利要求4所述的车辆和桥梁模型风洞试验装置，其特征在于：多个所述车辆测力天平(20)为两个，所述纵向滑轨(22)设有与其滑动配合的纵向滑块(21)，所述纵向滑块(21)的下端与所述车辆测力天平(20)固定连接；所述纵向滑轨(22)与所述纵向滑块(21)之间、所述横向滑轨(24)与所述横向滑块(23)之间均设有定位螺钉。

6.根据权利要求1所述的车辆和桥梁模型风洞试验装置，其特征在于：所述底部转盘(1)通过转轴固定在实验室底板上，所述底部转盘(1)的上端面开设有多个滑槽(27)，所述可滑动支架包括矩形钢板(5)、门形钢连接件(6)、支架底座(4)和竖杆(7)，所述矩形钢板(5)与所述底部转盘(1)通过螺栓穿过所述滑槽(27)可滑动连接，所述门形钢连接件(6)焊接在所述矩形钢板(5)上，所述支架底座(4)与所述门形钢连接件(6)通过螺栓可拆卸连接，所述竖杆(7)焊接在所述支架底座(4)上，所述竖杆(7)与所述外侧转盘(8)固定连接。

7.根据权利要求6所述的车辆和桥梁模型风洞试验装置，其特征在于：多个所述滑槽(27)为12个，所述12个滑槽(27)沿所述底部转盘(1)的中心每隔30°均匀设置。

8.根据权利要求1所述的车辆和桥梁模型风洞试验装置，其特征在于：所述外侧转盘(8)开设有两段相对设置的弧形滑槽(26)，所述内侧转盘(9)通过螺栓穿过所述弧形滑槽(26)与所述外侧转盘(8)可相对转动连接；所述外侧转盘(8)和所述内侧转盘(9)之间设有一层薄的橡胶垫。

9.根据权利要求1所述的车辆和桥梁模型风洞试验装置，其特征在于：所述桥梁模型包括前补偿梁段(12)、中间测力梁段(13)和后补偿梁段(14)，所述前补偿梁段(12)和后补偿梁段(14)分别与所述支撑杆(11)通过垫块(15)固定连接，所述支撑杆(11)与所述梁段测力天平(16)通过梁段天平下垫板(18)固定连接，所述梁段测力天平(16)与所述中间测力梁段(13)通过梁段天平上垫板(17)固定连接。

10.根据权利要求5所述的车辆和桥梁模型风洞试验装置，其特征在于：所述车辆模型为单趟列车模型，所述单趟列车模型包括列车前段(28)、列车中间段(29)和列车后段(30)，其中，所述列车中间段(29)与所述车辆测力天平(20)通过旋转连接件(31)连接，所述列车前段(28)和列车后段(30)则通过刚性细杆(32)与所述纵向滑块(21)相连接。