Unabhängiger Testbericht

Bericht Nr.: BCTT-2026-TR-0429
Datum der Ausstellung: Marsch 29, 2026
Produktserie: Bionisch & Getarnte Baumkommunikationstürme
Kunde: [Jielian Steel Tower Co., Ltd ]
Prüfstelle: Internationales Labor für Infrastruktur & Kommunikationsstrukturen (ICSL)
Art des Tests: Typprüfung + Besondere Leistungsbewertung

ICH. Testübersicht und Umfang

Die systematischen Tests wurden gemäß den folgenden Standards durchgeführt: TIA-222-H (Strukturstandards für die Telekommunikationsindustrie), IEC 61400-6 (Windwiderstand und Ermüdung), ASTM B117 (Salzsprühkorrosion), ISO 4892-2 (UV-Alterung), und EN 300 019 (RF-Transparenz). Das Testprogramm erstreckte sich 14 Wochen, deckt werkseitig vormontierte Muster ab (Höhen von 12m bis 40m) und in Betrieb befindliche Türme in drei verschiedenen Klimazonen.

II. Strukturmechanische und lasttragende Leistungstests

2.1 Statischer Belastungstest

Ein 30 m hoher Bionic Tree-Kommunikationsturm (Eichenähnliche Konfiguration) wurde einer Kombination aus vertikalen und horizontalen Belastungen entsprechend dem höchsten Grenzzustand der Tragfähigkeit ausgesetzt (1.2 × Arbeitslast + 1.6 × Windlast). Das Hauptmaterial der Säule war S460ML-Stahl (gemessene Streckgrenze 483 MPa). Während eine Top-Antennennutzlast von 1850 kg (6 Sektorantennen + 3 Rrus) angewendet wurde, eine Seitenkraft äquivalent zu a 55 Gleichzeitig wurde auf zwei Dritteln der Turmhöhe eine Windgeschwindigkeit von m/s angewendet. Die gemessene horizontale Verschiebung an der Turmspitze betrug 287 Millimeter, d.h., H/104, Dies ist weniger als der in TIA-222-H angegebene H/70. Die Restverformung nach der Entlastung betrug 0.8 Millimeter, was auf voll elastisches Verhalten hinweist. Die Vorspannungsverlustrate der Basisflanschschrauben betrug nur 1.2%, Anforderungen erfüllen.

2.2 Analyse der Ermüdungslebensdauer

Sinusförmige Frequenz-Sweep-Anregung (0.5 Hz – 5 Hz) wurde angewendet, um windinduzierte Vibrationen über einen Zeitraum von 30 Jahren zu simulieren. Es wurde die Rainflow-Zählmethode in Kombination mit der linearen kumulativen Schadensregel von Miner verwendet. Der berechnete kumulative Schadensfaktor D betrug 0.28, weit unten 1.0, was bedeutet, dass die tatsächliche Ermüdungslebensdauer überschritten wird 100 Jahre. Hot-Spot-Spannungen an kritischen Schweißnähten wurden mithilfe eines Finite-Elemente-Submodells analysiert; Der maximale Hot-Spot-Stressbereich betrug 78 MPa, deutlich unter der Ermüdungsgrenze von S460ML (210 MPa).

2.3 Lastredundanz bionischer Zweigstrukturen

An den CFK-Wedeln des Palmenturms wurden Auszugsversuche durchgeführt: ein einzelner Ast hielt stand 1.2 kN Zugkraft vor dem Versagen, während die tatsächliche Arbeitsbelastung (inklusive Antenneneigengewicht, Eisansammlung, und Windsog) ist nur 0.3 kN, ergibt einen Sicherheitsfaktor von 4.0. Die Kugelgelenkverbindungen zwischen Wedeln und Stamm wurden einer Belastung unterzogen 500,000 zyklische Bewegungen; nach dem Testen, die Abnutzungstiefe lag darunter 0.05 mm ohne funktionelle Beeinträchtigung.

III. Windkanal- und aeroelastische Tests

3.1 Vergleichender Widerstandskoeffiziententest

Vier Konfigurationen wurden in einem Grenzschichtwindkanal getestet 1:10 Rahmen: herkömmlicher zylindrischer Monopol, Winkelstahlgitterturm, Bionischer Baumturm (breitblättriger Typ), und Bionic Palm Tower. Die Tests wurden bei einer Reynolds-Zahl Re = 2,5×10⁵ durchgeführt (entsprechend einem 40m hohen Turm in einem 15 M/s Windgeschwindigkeit). Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

Die Reduzierung des Luftwiderstandsbeiwerts für die bionischen Türme reicht von 37% zu 48%, Dies wird hauptsächlich auf die Wirbelfragmentierung durch die Zweige zurückgeführt. Die Zeitbereichsanalyse zeigt, dass die RMS-Auftriebsschwankung der bionischen Türme um reduziert wird 65%, Dadurch wird die Ermüdungsbelastung der Struktur deutlich verringert.

3.2 Bestimmung der aeroelastischen Stabilität

Nach dem Den Hartog-Kriterium, Die Galoppstabilität wurde bewertet. Der Galoppkoeffizient

$\mathrm{ein}=\frac{d{C}_l}{dA}+C_d$

ein=dAdCl​​+Cd​ denn der bionische Baumturm erwies sich nur dann als negativ, wenn der Anstellwinkel α 18° überstieg, wohingegen die tatsächlichen Windangriffswinkel ±12° nicht überschreiten. Daher, Es besteht keine Galoppgefahr. Für den bionischen Palmenturm, Durch die adaptive Verdrehung der CFK-Wedel wird die kritische Windgeschwindigkeit auf erhöht 52 Frau.

IV. Quantitative Bewertung der Tarn- und Simulationseffektivität

4.1 Spektrale Ähnlichkeitsanalyse

Ein multispektrales Bildgebungssystem (400–1000 nm) wurde verwendet, um die bionischen Türme mit echten Baumarten zu vergleichen (Eiche, Palme, Kiefer) unter sonnig, bedeckt, und Dämmerungsbedingungen. Der Strukturähnlichkeitsindex (JA) und Farbunterschied ΔEab (HIMMELa*b* Leerzeichen) berechnet wurden. Die Ergebnisse sind wie folgt:

• Bionischer Laubbaumturm: durchschnittlicher SSIM = 0.937, ΔE*ab = 2.3 (mit bloßem Auge nicht zu erkennen)

• Bionischer Palmenturm: SSIM = 0.958, ΔE*ab = 1.8

• Tarnbaumturm (nicht vollständig bionisch): SSIM = 0.842, ΔE*ab = 4.7 (auf Entfernungen akzeptabel >20m)

Im Nahinfrarotband (700–900 nm), Echte Blätter weisen aufgrund von Chlorophyll ein hohes Reflexionsvermögen auf. Durch Zugabe von chromdotierten Titandioxidpigmenten, Die bionischen Materialien erreichten einen NIR-Reflexionsgrad von 91–94 %, Verhinderung der „Schwarzbaum“-Anomalie bei Drohnenaufklärung.

4.2 Texturtiefe und Schattensimulation

Ein Laserprofilometer maß die Rindentextur: Die durchschnittliche Rauheit Ra echter Eichenrinde betrug 320 um, während das der bionischen Rinde war 308 um, mit ähnlicher Grubendichte (12–15 Löcher pro cm²). Schattenprojektionstests (künstliche Solarlichtquelle) zeigten, dass das Lichtbruchmuster auf der Stammseite im Wesentlichen mit dem echter Bäume übereinstimmte, mit einem Kantengradientenunterschied von weniger als 8%.

V. Materialhaltbarkeit und Umweltanpassungsfähigkeit

5.1 Beschleunigter Korrosions- und Salzsprühtest

An den folgenden Proben wurde ein 3000-stündiger neutraler Salzsprühtest gemäß ASTM B117 durchgeführt: Blanke S460ML-Stahlplatte, verzinkt + Polyurethanbeschichtete Platte, Duplex-Edelstahl 2205 Coupon, HDPE-Rindenmodul, und CFK-Wedel. Ergebnisse:

• Blanker Stahl: Starker roter Rost (>20% der Fläche)

• Verzinkte + Polyurethan: kein Rotrost, leichter Weißrost (<1% der Fläche), kein Haftungsverlust

• Duplex-Edelstahl: völlig frei von Korrosion

• HDPE-Rinde: keine verfärbung, kein Auskreiden, Die Shore-D-Härte verringerte sich von 68 zu 65

• CFK-Wedel: keine Delamination, Glanzerhaltung 92%

Die entsprechende Meeresumweltbewertung: Das Beschichtungssystem erreicht C5‑M (Sehr hohe Korrosivität für Meeresumgebungen).

5.2 UV-Alterung und Farbechtheit

Laut ISO 4892-2 (Xenonlampe, 340 nm, 0.55 W/m², 102 Minuten Licht / 18 Minuten Wassersprühstrahl), 1000 Zyklen (Äquivalent zu 5 Jahre im Freien). Der Farbunterschied ΔE*ab der bionischen Rinde betrug 1.2, und die Beibehaltung der Zugfestigkeit war 96%. Die Beibehaltung des Biegemoduls von CFK-Palmwedeln betrug 94%. Es wurde keine Kreidung oder Rissbildung beobachtet.

5.3 Extreme Temperaturen und Temperaturwechsel

Es wurden einhundert Zyklen zwischen -40°C und +60°C durchgeführt (6 Stunden pro Zyklus). Die Schlagzähigkeit (Charpy-V-Kerbe) des Baustahls sank von 52 J das 48 J (immer noch höher als die 40 J-Anforderung). An der Rinden-Stahl-Grenzfläche trat keine Ablösung auf. Es wurde keine Versprödung der Dichtungen beobachtet.

Vi. HF-Transparenz und elektromagnetische Verträglichkeit

6.1 Einfügungsdämpfung und Rückflussdämpfung

In einer schalltoten Kammer, bionische Rindenplatten, CFK-Wedel, und künstliche Blätter wurden vor einer Hornantenne mit Standardverstärkung platziert (Frequenzbereich 700 MHz – 3.8 GHz). Einfügedämpfung (S21) und Rückflussdämpfung (S11) wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

Alle Einfügedämpfungswerte sind unten aufgeführt 0.6 db, Erfüllung der 3GPP-Anforderungen für Radome. Rückflussdämpfung ist besser als 15 db (VSWR < 1.43), Dies weist auf eine gute Impedanzanpassung und keine nennenswerte Reflexion hin.

6.2 Folgenabschätzung zur Mehrwegestreuung

Der bionische Baumturm wurde in einem realistischen städtischen Mikrozellenmodell platziert. Raytracing-Simulationen zeigten, dass die durch die Verzweigungsstruktur verursachte zusätzliche Verzögerungsspreizung der Mehrwegekomponente nur 5–8 ns betrug, Dies hat keinen negativen Einfluss auf die 5G NR-Demodulationsleistung. Die Verzerrung des Antennenmusters war geringer als 1.2 db.

Vii. Installation, Wartung, und Lebenszyklustests

7.1 Genauigkeit der Installation vor Ort und Fundamentsetzung

Überwachung der Stiftungssiedlungen (Präzisionsnivellierung) wurde an drei bionischen Türmen durchgeführt, die bereits seit 2018 im Einsatz sind 24 Monate. Die maximale Differenzabrechnung betrug 4.2 Millimeter, deutlich unter der zulässigen Grenze von 15 Millimeter. Die Abweichung der Turmvertikalität betrug H/1500 (wobei H = Turmhöhe), besser als die Designgrenze. Eine erneute Überprüfung der Schraubenvorspannung zeigte einen maximalen Abfall von 6.2%, ohne Lockerung.

7.2 Wartungsinspektion und Lebensdauer von Verschleißteilen

Das interne Gerätefach (IP65-zertifiziert) Der Kofferraum wurde geöffnet; Es wurde kein Kondenswasser- oder Staubeintrag festgestellt. Kabelbiegeradien erfüllten die Anforderungen. Nach zwei Jahren Windeinwirkung, Die künstlichen Blattbefestigungen zeigten eine Ablöserate von weniger als 0.3% pro Jahr. Es wird empfohlen, die Dichtungen jedes Mal auszutauschen 5 Jahre und tragen Sie den Decklack alle Jahre erneut auf 8 Jahre (nur aus ästhetischen Gründen).

VIII. Umfassende Schlussfolgerung und Zertifizierungsempfehlung

Basierend auf den oben beschriebenen systematischen Tests, der Bioniker & Die Produkte des getarnten Baumkommunikationsturms zeichnen sich in den folgenden Aspekten aus:

• Strukturelle Sicherheit: tatsächlicher Sicherheitsfaktor von 1,8–2,2, Ermüdungsleben >100 Jahre, überlegen gegenüber herkömmlichen Türmen.

• Aerodynamische Leistung: Reduzierung des Luftwiderstandsbeiwerts um bis zu 48%, Extrem geringes Risiko einer Wirbelresonanz.

• Tarneffektivität: JA > 0.93, Erfüllt sowohl drohnenbasierte als auch bodennahe Tarnungsanforderungen.

• Haltbarkeit: Korrosionsbeständigkeitsklasse C5-M, keine nennenswerte Verschlechterung danach 1000 Stunden UV-Alterung.

• RF-Transparenz: Einfügedämpfung < 0.6 db, ohne negative Auswirkungen auf die Abdeckungsqualität.

Empfohlene Klassifizierung: Diese Produktserie eignet sich für urbane sensible Bereiche, malerische Küstengebiete, ökologische Reserven, und Regionen mit starkem Wind, mit einer Lebensdauer von mehr als 25 Jahre ohne größere Überholung. Es wird empfohlen, dass Ihr Unternehmen in technischen Spezifikationen auf diese Berichtsnummer verweist und den Kunden die Testdatenzusammenfassung zur Verfügung stellt.

Unterschrift des Testleiters: DR. Elena V. Marchetti
Labor-Prokurist: Ing. J. S. Bhaskar
Prüfkörperdichtung: ICSL – Infrastruktur & Labor für Kommunikationsstrukturen (akkreditiert vom TÜV SÜD, CNAS L7890)