一种海工磁悬浮超重力风洞试验装置的制作方法

本技术涉及海工风洞试验设备领域，特别是涉及一种海工磁悬浮超重力风洞试验装置。

背景技术：

1、风洞试验指在风洞中安置飞行器或其他物体模型，研究气体流动及其与模型的相互作用，以了解实际飞行器或其他物体的空气动力学特性的一种空气动力实验方法；海工风洞试验则侧重于研究海上台风或飓风对海洋石油平台、近海风力发电设备以及对海岸大型建筑物的影响。

2、现有的风洞试验设备一般依据运动的相对性原理，将飞行器或物体模型固定在风洞试验室中，通过人为制造气流吹向飞行器或物体模型以此模拟实际工作时的空气流动状态，获取试验数据。采用当前风洞试验设备进行海工风洞试验时主要存在以下问题：

3、(1)海工模型的尺寸通常很大，现有的大部分风洞尺寸都无法满足要求；

4、(2)对于海工结构来说，通常是重力和风力共同产生影响，因此在进行风洞试验时需要同时模拟重力环境，现有的风洞无法满足重力环境的模拟要求。

5、(3)风洞实验的理论基础是相似原理。相似原理要求风洞流场与真实流场之间满足所有的相似准则，或两个流场对应的所有相似准则数相等。传统风洞试验很难完全满足上述条件，最常见的主要相似准则不满足是亚跨声速风洞的雷诺数不够，以波音737飞机为例，波音737飞机通常在巡航高度(9000m)上，以巡航速度(927km/h)飞行，雷诺数为2.4×107，而在3米亚声速风洞中以只能以风速100m/s(360km/h)试验，雷诺数仅约为1.4×106，两者相距甚远，风洞试验无法满足相似原理必然导致测试结果不准确。

6、(4)飞行器飞行或海工物体实际应用时，大气是无边界的。而在传统风洞中，气流受风洞环境影响存在边界，边界的存在限制了边界附近的空气流线弯曲，使得风洞流场有别于真实流场。

7、为解决上述技术问题，部分试验人员采用超重力离心模型试验设备进行海工模型空气力学试验，离心机一般采用臂式离心机或鼓式离心机。然而采用离心机模拟地球的重力作用，首先需要注意到地球的重力方向基本是垂直地面的，而在离心机中，由于旋转半径的限制，模型中的重力场与实际地面上的重力场总有一个夹角，从而不可避免地产生一些系统误差，分析表明当旋转半径为4.5米时，误差约为5％；半径为8.5米时，误差约为2％，对于科学研究来说，这样的系统误差仍然比较大，因此有必要加大转动半径。受材料强度的限制，臂式离心机半径、容量已经到达和接近极限安全水平难以提升，同样试验精度也无法提高，因此上述系统误差问题始终不能得到解决。

8、因此，采用现有的超重力离心模型试验设备进行海工模型空气力学试验仍然不能解决上述问题，有鉴于此，如何提供一种全部或部分解决上述技术问题的海工风洞试验设备，是本领域人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种海工磁悬浮超重力风洞试验装置，以解决现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种海工磁悬浮超重力风洞试验装置，包括：

3、试验腔体，所述试验腔体由地面向下凹陷形成；

4、第一环形永磁导轨，所述第一环形永磁导轨与所述试验腔体形状适配并固定设置在所述试验腔体的内侧壁上；

5、第二环形永磁导轨，所述第二环形永磁导轨固定设置在所述试验腔体的底面上，所述第二环形永磁导轨位于所述第一环形永磁导轨的内侧并与所述第一环形永磁导轨相邻设置；

6、车体模型试验舱，所述车体模型试验舱对应所述第一环形永磁导轨和所述第二环形永磁导轨分别设置有超导块，所述车体模型试验舱通过所述超导块与所述第一环形永磁导轨和所述第二环形永磁导轨形成磁悬浮连接，所述车体模型试验舱的旋转半径大于20米；

7、直线电机，所述直线电机有两个，一个所述直线电机的定子和转子分别固定设置在所述第一环形永磁导轨和所述车体模型试验舱上，另一个所述直线电机的定子和转子分别固定设置在所述第二环形永磁导轨和所述车体模型试验舱上；

8、试验模型，所述试验模型固定设置于所述车体模型试验舱外表面，所述试验模型试验所需的模拟重力方向朝向所述第一环形永磁导轨。

9、进一步的，所述车体模型试验舱内设置有电力设备、数据采集设备和无线通讯设备，所述电力设备为所述数据采集设备和所述无线通讯设备供电，所述无线通讯设备与所述数据采集设备电连接并能够向外部电脑终端传输数据。

10、进一步的，所述车体模型试验舱的端部为流线型。

11、进一步的，所述试验模型的旋转速度最大为940km/h。

12、进一步的，还包括：

13、进气管道，所述进气管道固定设置于所述车体模型试验舱上，其进风口朝向所述车体模型试验舱沿所述第一环形永磁导轨的前进方向；所述进气管道开设有多个出风口，多个所述出风口与所述第一环形永磁导轨和/或第二环形永磁导轨对应；

14、鼓风机，所述鼓风机设置于所述进气管道内，其出风端朝向所述出风口。

15、进一步的，所述试验模型为飞行器模型、建筑模型和海工模型中的一种。

16、本实用新型公开了以下技术效果：

17、1、以地下岩土作为第一环形永磁导轨和第二环形永磁导轨的载体，与现有的环形永磁导轨相比载荷能力大大提高，试验腔体的内径可达20米以上，系统误差降低至1％以下，运行转速可达940km/h，有效提高试验精度，能够在试验过程中同时模拟试验模型实际环境的重力和风力，满足试验模型风洞试验要求。

18、2、在原有的侧向永磁导轨的基础上，增加了底部永磁导轨，底部永磁导轨对车体模型试验舱进行辅助磁悬浮支撑作用，侧向永磁导轨对车体模型试验舱产生侧向磁悬浮支撑作用，无需对试验腔体进行抽真空处理，运行过程中产生的高温通过与外界连通的试验腔体自然散热，运行过程中产生的风阻通过流线型的端部最大化降低，同时能够实现风洞试验过程中大气无边界，提高试验准确性。

19、3、本申请在车体模型试验舱上设置有进气管道和鼓风机，鼓风机通过出风口向第一环形永磁导轨和或第二环形永磁导轨吹风形成气垫，能够实现调节车体模型试验舱悬浮力的功能，进一步提高试验精度。

20、4、试验模型设置在车体模型试验舱外表面，除了可以应用到海工模型外，还适用于飞行器模型、建筑模型等多种需要离心机辅助的试验模型，开放性很强；且由于本申请具有内径20米以上的试验腔体，容积较大，腔体内空气较多，流场十分稳定，更没有悬臂、旋转舱等旋转结构搅动空气，其试验精度能够大大提升。

21、5、当前土工和海工的大型离心试验装备因为单次试验成本高、准备时间长，普遍存在设备试验任务不饱和、利用率低的浪费现象。相对于离心试验，风洞试验的模型准备成本更低、制造时间更短。使离心机同时具有风洞试验设备的功能，可以较为有效地填充离心机原本不饱和的利用率，使对设备的投资发挥出更大的科研作用。

技术特征：

1.一种海工磁悬浮超重力风洞试验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种海工磁悬浮超重力风洞试验装置，其特征在于，所述车体模型试验舱(3)内设置有电力设备、数据采集设备和无线通讯设备，所述电力设备为所述数据采集设备和所述无线通讯设备供电，所述无线通讯设备与所述数据采集设备电连接并能够向外部电脑终端传输数据。

3.根据权利要求1所述的一种海工磁悬浮超重力风洞试验装置，其特征在于，所述车体模型试验舱(3)的端部为流线型。

4.根据权利要求1所述的一种海工磁悬浮超重力风洞试验装置，其特征在于，所述试验模型(6)的旋转速度最大为940km/h。

5.根据权利要求1所述的一种海工磁悬浮超重力风洞试验装置，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求1所述的一种海工磁悬浮超重力风洞试验装置，其特征在于，所述试验模型(6)为飞行器模型、建筑模型和海工模型模型中的一种。

技术总结
本技术公开一种海工磁悬浮超重力风洞试验装置，涉及海工风洞试验设备领域，包括：试验腔体，第一环形永磁导轨，第二环形永磁导轨，车体模型试验舱，直线电机，试验模型，试验模型固定设置于车体模型试验舱外表面，试验模型试验所需的模拟重力方向朝向第一环形永磁导轨。以地下岩土作为第一环形永磁导轨和第二环形永磁导轨的载体，与现有的环形永磁导轨相比载荷能力大大提高，试验腔体的内径可达20米以上，系统误差降低至1％以下，运行转速可达940km/h，有效提高试验精度，能够在试验过程中同时模拟试验模型实际环境的重力和风力，满足试验模型风洞试验要求。

技术研发人员：张建民,牛艺澎,侯瑜京
受保护的技术使用者：牛艺澎
技术研发日：20240228
技术公布日：2024/9/23