本发明涉及结冰风洞领域，具体涉及用于复杂工况的风扇段自适应隔振装置及大型结冰风洞。
背景技术：
1、结冰风洞是飞行器模拟结冰试验研究中最为常用和最基本的基础设施。结冰风洞的运行温度为常温～-40℃，模拟高度为0～7000m，运行压力为常压～39kpa绝压，可以看出，结冰风洞的洞体需承受大范围变化的温度和负压载荷。对于大型结冰风洞而言，由于其尺寸较大，风洞的设计应保证在大范围变化的温差变形和负压载荷作用下，洞体回路可自由伸缩以减小洞体内的应力。同时，大型结冰风洞风扇段的运行功率高达数个兆瓦，其运行时产生的振动容易传递至风洞洞体，造成洞体钢结构疲劳破坏等严重后果，必须采取隔振措施。
2、在大型结冰风洞的设计过程中，至少需解决以下两个矛盾：第一、风扇段作为强振动的部段，必须设置为大刚度的固定支座；同时，为了保证风洞试验段流场品质，应该在试验段上游设置固定支座，以保证试验段气流轴线不发生偏移；由于大型结冰风洞尺寸较大，风洞洞体在温差作用下变形高达几十毫米，所以必须解决风洞在两个固定支座下的洞体回路自由伸缩变形问题。第二、风扇段作为强振动源，须让其与上下游部段采用柔性连接，避免其振动传递至风洞洞体回路；由于结冰风洞的运行压力为常压～39kpa绝压，且风扇段直径高达数米，柔性连接部位在负压下将承受巨大的真空盲板力，必须在柔性连接处采用刚性支撑；但该刚性支撑不能影响洞体回路自由伸缩变形和振动隔离。
3、对于常规尺寸的结冰风洞而言，现有技术一般是在风扇段与上下游之间的柔性连接处配置刚性支撑以平衡真空盲板力，或者采用压力自平衡的柔性连接方式来解决真空盲板力的问题；但上述现有技术在大型结冰风洞上均不适用。即是，现有技术中还没有专门针对承受复杂多变的温度和负压载荷的复杂工况下的大型结冰风洞风扇段的隔振技术，无法有效的解决在复杂工况下，大型结冰风洞的风扇段振动向风洞洞体传递的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种用于复杂工况的风扇段自适应隔振装置及大型结冰风洞，以解决现有技术无法有效在温度和负压载荷均复杂多变的工况下，隔离大型结冰风洞的风扇段振动向风洞洞体传递的问题，实现满足大型结冰风洞风扇段隔振需求的目的。
2、本发明通过下述技术方案实现：
3、一种用于复杂工况的风扇段自适应隔振装置，包括风扇段、风扇段上游部段和风扇段下游部段，所述风扇段与风扇段上游部段、风扇段下游部段之间均柔性连接，还包括撑杆，所述撑杆的两端分别与风扇段上游部段、风扇段下游部段连接。
4、本案发明人在研究过程中发现，现有技术一般使用的在风扇段与上下游之间的柔性连接处配置刚性支撑以平衡真空盲板力，或者采用压力自平衡的柔性连接方式来解决真空盲板力的方式，均不适用于大型结冰风洞，究其原因在于：如果采用在柔性连接处配置刚性支撑以平衡真空盲板力的方式，风扇段运行时振动将通过刚性支撑传递至风洞洞体，虽然可以在刚性支撑的连接上采取隔振措施，但隔振效果大打折扣；同时风扇段是固定支座，由于柔性连接处刚性支撑的存在，风洞回路在温差作用下的自由伸缩变形将在风扇段处被阻断，从而产生温度应力、造成洞体结构破坏；而如果采用压力自平衡的柔性连接方式，压力自平衡设备所对应的管体直径和长度均过大，严重影响风洞布局，同时压力自平衡设备的刚度较大，隔振效果也达不到所需要求，因此在技术上也不可行。
5、本技术正是为了克服上述现有技术的不足所进行的发明创造。其中，风扇段、风扇段上游部段、风扇段下游部段均为本领域现有技术，本领域技术人员应当理解，风扇段上游部段即为在风洞回路中位于风扇段上游的部段，同理，风扇段下游部段即为在风洞回路中位于风扇段下游的部段。风扇段与风扇段上游部段、风扇段下游部段之间所采用的具体柔性连接方式在此不做限定，本领域技术人员所能够实现的柔性连接方式均可适用于该处。本技术设置撑杆，并使撑杆的两端分别与风扇段上游部段、风扇段下游部段连接，因此撑杆必然从外部沿轴向跨过风扇段；并且由于撑杆自身为刚性部件，因此当大型结冰风洞在负压下运行时，风扇段上、下游部段的壳体通过撑杆支撑，由撑杆来承受风洞回路在风扇段与风洞洞体上下游柔性连接时产生的真空盲板力；此外，由于撑杆是跨过风扇段外部，撑杆与风扇段之间没有直接的刚性连接，所以风扇段的振动传递至上下游的能量大幅衰减，可保证本技术的自适应隔振装置起到很好的隔振效果。
6、进一步的，所述撑杆的两端分别与风扇段上游部段、风扇段下游部段铰接，此种设置能够使撑杆与风扇段之间在轴向上没有约束，风洞回路在温差作用下的自由伸缩变形可以通过风扇段两端的柔性连接实现，因此即使风扇段采用传统的固定支座，也不会阻断风洞回路在温差作用下的自由变形，进而显著降低温度应力的产生风险。
7、优选的，n根撑杆环形均布在所述风扇段外，其中n≥2；可保证风扇段上、下游部段的受力均匀稳定。
8、进一步的，所述撑杆由若干分段可拆卸连接而成，任意两分段均等径且同轴。本方案将撑杆沿轴向分为若干小段，通过若干小段连接成撑杆整体，有利于降低对大型结冰风洞的安装和维护难度。其中，各分段的长度可根据实际工况进行适应性设置，即任意两分段的长度可相等、也可不等。
9、优选的，相邻两分段之间通过法兰可拆卸连接。
10、进一步的，所述风扇段与风扇段上游部段、风扇段下游部段之间均由波纹管相连。
11、本方案将风扇段与风扇段上游部段、风扇段下游部段之间的柔性连接方式限定为波纹管，风洞回路在温差作用下的自由伸缩变形可通过拉伸和压缩风扇段上下游的波纹管实现，能够有效降低风洞洞体在承受大范围温度变化的工况下产生的温差应力，提高风洞运行安全性。
12、进一步的，所述撑杆活动穿过导向筒，所述导向筒固定连接在风扇段上。
13、本方案通过风扇段外壳上安装的导向筒，对撑杆进行导向和约束，实现了在风洞承受负压的工况条件下对风扇段振动的有效隔离，显著提高了整个隔振装置的结构在负压工况下的安全性和可靠性；此外，由于撑杆需跨过风扇段、其长度较长，具有受压失稳的风险，而本方案可通过导向筒约束撑杆的弯曲变形，进而有效防止撑杆受压失稳。
14、进一步的，所述撑杆与所述导向筒间隙配合，以保证导向筒对撑杆起到径向约束的效果，同时可使得导向筒与撑杆之间不直接刚性连接，以此确保风扇段的振动传递至上下游风洞回路的能量大幅衰减，确保本技术具有良好的隔振效果。
15、优选的，一根撑杆活动穿过m个导向筒，m≥2；即是一根撑杆对应穿过至少两个导向筒，可提高对撑杆的导向和径向约束效果。
16、一种大型结冰风洞，包括具有风扇段的风洞回路，所述风洞回路的风扇段处设置如本技术所记载的风扇段自适应隔振装置。
17、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
18、1、本发明一种用于复杂工况的风扇段自适应隔振装置及大型结冰风洞，由撑杆来承受风洞回路在风扇段与风洞洞体上下游柔性连接时产生的真空盲板力，由于撑杆是跨过风扇段外部，撑杆与风扇段之间没有直接的刚性连接，所以风扇段的振动传递至上下游的能量大幅衰减，可保证本技术起到很好的隔振效果。
19、2、本发明一种用于复杂工况的风扇段自适应隔振装置及大型结冰风洞，撑杆与风扇段之间在轴向上没有约束，风洞回路在温差作用下的自由伸缩变形可以通过拉伸和压缩波纹管实现，能够有效降低风洞洞体在承受大范围温度变化的工况下产生的温差应力，提高风洞运行安全性。
20、3、本发明一种用于复杂工况的风扇段自适应隔振装置及大型结冰风洞，在风扇段采用传统固定支座的前提下，也不会阻断风洞回路在温差作用下的自由变形，进而显著降低温度应力的产生风险。
21、4、本发明一种用于复杂工况的风扇段自适应隔振装置及大型结冰风洞，通过风扇段外壳上安装的导向筒对撑杆进行导向和约束，实现了在风洞承受负压的工况条件下对风扇段振动的有效隔离，显著提高了整个隔振装置的结构在负压工况下的安全性和可靠性；还可通过导向筒约束撑杆的弯曲变形，进而有效防止撑杆受压失稳。
22、5、本发明一种用于复杂工况的风扇段自适应隔振装置及大型结冰风洞，可满足大型结冰风洞风扇段的隔振需求，克服了现有技术中没有适用于复杂工况的大型结冰风洞风扇段的隔振装置的问题，填补了现有技术的空白。
1.一种用于复杂工况的风扇段自适应隔振装置，包括风扇段(5)、风扇段上游部段(1)和风扇段下游部段(7)，所述风扇段(5)与风扇段上游部段(1)、风扇段下游部段(7)之间均柔性连接，其特征在于，还包括撑杆(2)，所述撑杆(2)的两端分别与风扇段上游部段(1)、风扇段下游部段(7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于复杂工况的风扇段自适应隔振装置，其特征在于，所述撑杆(2)的两端分别与风扇段上游部段(1)、风扇段下游部段(7)铰接。
3.根据权利要求1所述的一种用于复杂工况的风扇段自适应隔振装置，其特征在于，n根撑杆(2)环形均布在所述风扇段(5)外，n≥2。
4.根据权利要求1所述的一种用于复杂工况的风扇段自适应隔振装置，其特征在于，所述撑杆(2)由若干分段可拆卸连接而成，任意两分段均等径且同轴。
5.根据权利要求4所述的一种用于复杂工况的风扇段自适应隔振装置，其特征在于，相邻两分段之间通过法兰可拆卸连接。
6.根据权利要求1所述的一种用于复杂工况的风扇段自适应隔振装置，其特征在于，所述风扇段(5)与风扇段上游部段(1)、风扇段下游部段(7)之间均由波纹管相连。
7.根据权利要求1～6中任一所述的一种用于复杂工况的风扇段自适应隔振装置，其特征在于，所述撑杆(2)活动穿过导向筒(4)，所述导向筒(4)固定连接在风扇段(5)上。
8.根据权利要求7所述的一种用于复杂工况的风扇段自适应隔振装置，其特征在于，所述撑杆(2)与所述导向筒(4)间隙配合。
9.根据权利要求7所述的一种用于复杂工况的风扇段自适应隔振装置，其特征在于，一根撑杆(2)活动穿过m个导向筒(4)，m≥2。
10.一种大型结冰风洞，包括具有风扇段的风洞回路，其特征在于，所述风洞回路的风扇段处设置如权利要求1～9中任一所述的风扇段自适应隔振装置。
