风洞试验原理介绍及其中的传感技术相关应用

　　风洞，是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。通常需要进行风洞试验的包括摩天大楼、大跨度桥等。

汕大风洞实验室的洞体，资料图

　　1996年建成的汕头大学风洞实验室，是广东高校中最早的建筑工业风洞实验室。1996年至今，汕大风洞实验室已完成110余项建筑结构及桥梁的风洞试验项目，在国内风工程界产生一定影响并受到建筑工程界普遍认可。

　　该风洞实验室是一座串置双试验段闭口回流型的大气边界层低速风洞。风洞由洞体、驱动系统和测量控制系统组成。其中，如上图所示，洞体是一个回形大管子。在密闭巨型管道里，巨型风扇是洞体的驱动系统，即“心脏”。在这个蓝色管道里，最大可制造出十四级的二级飓风。

　　无影无踪无所不在的风，在这里被“驯服”成循规蹈矩、各种强度、各种“形状”所需的气流。我们常问，这个建筑能抵抗多大的风？这是风洞试验研究的目的之一———确定建筑的等效静力风荷载。风作用在建筑结构上的大小，跟结构物的形状密切相关。

　　抗风研究怎么做？简单总结就是造风，像电风扇一样。通俗地说：将大风扇打开，风扇吹出来的风，经过试验段，通过利用转角处设置的导流板改变风的运行轨迹。或通过风道的宽度变化等专门设计的布置在上游的尖塔等装置，使风的控制更加精准。

　　有了符合条件的风后，实验人员就把要测试的建筑模型固定在测试平台上，测试作用在物体上的力、位移、加速度等数据。怎么测？在数据测试上，主要用到多点压力同步扫描系统，以及六分量力天平。它们是高频压力积分技术和高频天平技术得以应用的基本仪器。应用这些技术和相关的计算理论可以确定平均风荷载和动态风荷载，将这些风荷载与原型结构的动力特性相结合可以确定风致响应。

　　并不是简单测它能不能被风吹倒，建筑模型按一定几何缩尺比进行缩尺，模型上会设定数十个到几百个不等的测压点。每个测压点上均贴有编号，编号与压力传感器连接并一一对应。多点压力同步扫描系统可同时测一组512个孔的压力，最多可一套系统同时测1024个测点。

　　试验启动后，通过传感器采集到建筑表面测压点的风压，以此收集数据进行分析计算，从而得出风荷载和风振响应等数据。实际上，模型所受的力与真实建筑结构受力之间都有一定相似关系。模型在风洞里的响应直接测量出来，可以通过软件换算到实际结构中去。