一種可移動(dòng)式灌草叢野外測試風(fēng)洞設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種可移動(dòng)式灌草叢野外測試風(fēng)洞設(shè)備，該風(fēng)洞設(shè)備由動(dòng)力段（1）、過渡段（2）、第一試驗(yàn)段（3）、第二試驗(yàn)段（4）、加沙裝置（5）、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)（6）與底座支撐架組成。本實(shí)用新型采用四周封閉型結(jié)構(gòu)解決了風(fēng)蝕風(fēng)洞傳統(tǒng)的倒“U”型結(jié)構(gòu)所帶來的氣流流場的不均勻問題，可以模擬各種狀態(tài)下的自然風(fēng)，例如直流風(fēng)，旋風(fēng)，傾斜風(fēng)及各種組合形式下的復(fù)雜風(fēng)等，能夠完成對整株沙柳灌叢的野外吹風(fēng)試驗(yàn)，可以重復(fù)試驗(yàn)，為科學(xué)研究提供大量真實(shí)、有效數(shù)據(jù)。
【專利說明】一種可移動(dòng)式灌草叢野外測試風(fēng)洞設(shè)備 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于森林保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，本實(shí)用新型涉及一種可移動(dòng)式灌 草叢野外測試風(fēng)洞設(shè)備。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 針對沙柳等灌木林生態(tài)采伐理論方面的研究論文尚較少見于報(bào)道，其采伐理論正 處于前期探索階段?，F(xiàn)有的灌木叢采伐理論是以整株灌叢為最小平茬單位的區(qū)域性皆伐作 業(yè)，其弊端很多，例如會(huì)導(dǎo)致地表植被覆蓋度下降，從而使水分過度流失，"肥島效應(yīng)"消失， 土壤沙化加劇，灌木林采伐后生長緩慢和整體退化。
[0003] 對整株灌叢及灌木林的結(jié)構(gòu)參數(shù)與生態(tài)功能進(jìn)行多學(xué)科、系統(tǒng)性的科學(xué)研究是一 條切實(shí)可行的研究路線。以整株灌叢的結(jié)構(gòu)參數(shù)為問題的關(guān)鍵點(diǎn)，通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)和野 外吹風(fēng)試驗(yàn)，分析、探索整株灌叢的不同叢狀結(jié)構(gòu)下固阻沙機(jī)理，找到灌叢結(jié)構(gòu)參數(shù)與灌叢 在保肥、保水的均勻穩(wěn)定、防風(fēng)、阻沙的生態(tài)功能之間是內(nèi)在規(guī)律，是森林防護(hù)領(lǐng)域的新的 理論研究重點(diǎn)。
[0004] 在上述研究中，專用的灌草叢野外測試方法及專用設(shè)備是關(guān)鍵基礎(chǔ)條件之一。近 年來，在少數(shù)對灌草叢固阻沙及采伐機(jī)制的科研試驗(yàn)中，都是借用風(fēng)蝕風(fēng)洞。而風(fēng)蝕風(fēng)洞是 用于監(jiān)測野外地表風(fēng)蝕、風(fēng)沙流動(dòng)過程的專用設(shè)備。借用風(fēng)蝕風(fēng)洞存在下述問題:首先是風(fēng) 蝕風(fēng)洞均為倒"U"型結(jié)構(gòu)，沒有底版，這必然會(huì)影響風(fēng)洞內(nèi)空氣氣流的均勻性和穩(wěn)定性;其 次是風(fēng)蝕風(fēng)洞都是大中型設(shè)備，結(jié)構(gòu)龐大，功率大，不便于野外攜帶與作業(yè);第三是試驗(yàn)空 間均為風(fēng)洞內(nèi)部，不能實(shí)現(xiàn)風(fēng)洞外部區(qū)域的風(fēng)洞試驗(yàn)。
[0005] 綜上所述，現(xiàn)有的灌草叢固阻沙及采伐機(jī)制的科研試驗(yàn)存在以下問題：
[0006] 第一、借用風(fēng)蝕風(fēng)洞不能滿足灌草叢試驗(yàn)要求。這是因?yàn)轱L(fēng)蝕風(fēng)洞都是近地表測 試，需將被測對象置于風(fēng)洞內(nèi)部。而沙柳等大型灌木叢的整株高度一般是在300cm左右，難 以置于風(fēng)洞內(nèi)部，測試難以進(jìn)行。并且，風(fēng)蝕風(fēng)洞不能進(jìn)行離地試驗(yàn)和外部吹風(fēng)試驗(yàn)。
[0007] 第二、經(jīng)文獻(xiàn)查閱知道，風(fēng)蝕風(fēng)洞在可移動(dòng)、便攜性方面還很差。一般重量都在1噸 以上，主電機(jī)功率一般在5kw以上，需配專門的大中型發(fā)電機(jī)組（10kw以上）。
[0008] 第三、現(xiàn)有的灌草叢野外風(fēng)沙試驗(yàn)均利用自然風(fēng)，采集的數(shù)據(jù)完全依賴自然風(fēng)條 件。而自然風(fēng)在風(fēng)速、壓力、含沙量上存在著隨機(jī)性和可變性，這使得試驗(yàn)工作條件受到很 大限制。
[0009]因此，設(shè)計(jì)一種專門用于灌草叢結(jié)構(gòu)參數(shù)與生態(tài)功能關(guān)系的野外測試設(shè)備就顯得 十分必要。通過檢索文獻(xiàn)，至今尚未發(fā)現(xiàn)與本實(shí)用新型主題密切相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道。
[0010]本實(shí)用新型人在總結(jié)現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)之上，通過大量試驗(yàn)研究，終于完成了本實(shí) 用新型。 【【實(shí)用新型內(nèi)容】】
[0011][要解決的技術(shù)問題]
[0012] 本實(shí)用新型的目的是提供一種可移動(dòng)式灌草叢野外測試風(fēng)洞設(shè)備。
[0013] [技術(shù)方案]
[0014] 本實(shí)用新型是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0015] 本實(shí)用新型涉及一種可移動(dòng)式灌草叢野外測試風(fēng)洞設(shè)備。該風(fēng)洞設(shè)備由動(dòng)力段1、 過渡段2、第一試驗(yàn)段3、第二試驗(yàn)段4、加沙裝置5、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6與底座支撐架組成；
[0016] 動(dòng)力段1是由在圓形管內(nèi)安裝的可控電機(jī)組與由它帶動(dòng)的風(fēng)扇組成;過渡段2由圓 形管與四方錐管連接而成，它的一端為圓形進(jìn)風(fēng)口，它的另一端為四方錐管端，該四方錐管 端與第一試驗(yàn)段3、第二試驗(yàn)段4依次串聯(lián)連接;與第一試驗(yàn)段3相連的過渡段2-端、第一試 驗(yàn)段3與第二試驗(yàn)段4都是四方管；
[0017] 第二試驗(yàn)段4與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6連接；
[0018] 加沙裝置5位于第一試驗(yàn)段3右端上方。
[0019] 根據(jù)本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，動(dòng)力段1、過渡段2、第一試驗(yàn)段3、第二試 驗(yàn)段4與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6的長度比是1:2.5~3.5:2.5~3.5:2.5~3.5:1.8~2.2。
[0020] 根據(jù)本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，動(dòng)力段1、過渡段2、第一試驗(yàn)段3、第二試 驗(yàn)段4與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6是由法蘭與紙質(zhì)密封墊連接的。
[0021] 根據(jù)本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述野外測試風(fēng)洞設(shè)備總長度與第一試 驗(yàn)段3寬度之比是1.0~1.4:0.1。
[0022] 根據(jù)本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，第一試驗(yàn)段3與第二試驗(yàn)段4四方管下部 是可拆卸式底板。
[0023] 根據(jù)本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，第二試驗(yàn)段4四方管頂部與兩側(cè)設(shè)置透 明有機(jī)玻璃觀察窗口。
[0024] 根據(jù)本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，加沙裝置5是由一級插板式控制機(jī)構(gòu)5-1 與二級控制機(jī)構(gòu)組成，而二級控制機(jī)構(gòu)是由步進(jìn)電機(jī)5-2與傘狀斜板5-3構(gòu)成；由步進(jìn)電機(jī) 5-2驅(qū)動(dòng)傘狀斜板5-3移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)加沙量的精確控制。
[0025] 根據(jù)本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6頂部設(shè)置第一步進(jìn)電機(jī)6-1 與第一小齒輪6-2;在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6上設(shè)置大齒圈6-3，大齒圈6-3與第一小齒輪6_2嗤合，第一 步進(jìn)電機(jī)6-1驅(qū)動(dòng)第一小齒輪6-2轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)大齒圈6-3沿著轉(zhuǎn)動(dòng)軸6-7轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0026]在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6底部設(shè)置第二步進(jìn)電機(jī)6-5與第二小齒輪6-6;由第二步進(jìn)電機(jī)6-5通 過第二小齒輪6-6帶動(dòng)位于擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6下方的扇形齒板6-4擺動(dòng)。
[0027] 根據(jù)本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，位于風(fēng)洞本體的底座支撐架用角鋼焊接 而成，而底座支撐架與風(fēng)洞本體用螺栓連接固定起來。所述的底座支撐架是一種可調(diào)整高 度為50~125cm的機(jī)械可調(diào)式底座支撐架。
[0028] 根據(jù)本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述的風(fēng)洞設(shè)備提供完全由人工控制的 含有或不含有沙的直風(fēng)、旋風(fēng)、傾斜風(fēng)以及各種組合形式的復(fù)雜風(fēng)。
[0029] 下面將更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型。
[0030] 沙柳是內(nèi)蒙古西部沙地的一種常見的沙生灌木。沙柳整株生長，散布于沙地中。 整株沙柳約有60~200棵柳條，每棵柳條長短不等，最長的有3~4米，其平均直徑為10~ 30cm。整株沙柳灌叢高度約為2~4米，灌叢底部直徑為60cm左右，頂部直徑為300cm左右。本 實(shí)用新型的可移動(dòng)式灌草叢野外測試風(fēng)洞設(shè)備適合于在這種環(huán)境下進(jìn)行固阻沙、保肥、保 水等生態(tài)學(xué)野外吹風(fēng)測試。利用本實(shí)用新型風(fēng)洞設(shè)備，不僅在室內(nèi)可進(jìn)行傳統(tǒng)意義上的風(fēng) 洞內(nèi)部模型試驗(yàn)，而且通過一個(gè)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)全方位模擬自然風(fēng)條件進(jìn)行風(fēng)洞外部大 范圍區(qū)域的灌草叢野外風(fēng)洞試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了多用途。同時(shí)，由于本實(shí)用新型風(fēng)洞設(shè)備采用了一 套加沙裝置，可使本實(shí)用新型風(fēng)洞能提供清潔空氣氣流和不同含沙量的挾風(fēng)沙空氣氣流等 多種接近自然風(fēng)條件。
[0031] 本實(shí)用新型涉及一種可移動(dòng)式灌草叢野外測試風(fēng)洞設(shè)備。該風(fēng)洞設(shè)備由風(fēng)洞本 體、加沙裝置與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分組成。具體地，該風(fēng)洞設(shè)備由動(dòng)力段1、過渡段2、第一試驗(yàn)段 3、第二試驗(yàn)段4、加沙裝置5、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6與底座支撐架組成，具體結(jié)構(gòu)可以參見附圖1。
[0032] 動(dòng)力段1是由在圓形管內(nèi)安裝的可控電機(jī)組與由它帶動(dòng)的風(fēng)扇組成。本實(shí)用新型 使用的可控電機(jī)組的電機(jī)功率通常為3~4kw，采用變頻器控制，以實(shí)現(xiàn)調(diào)速。在野外作業(yè)時(shí) 需配套4~6kw小型汽油發(fā)電機(jī)。本實(shí)用新型使用的風(fēng)扇是一種具有軸流式結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)風(fēng) 扇，這種風(fēng)機(jī)送風(fēng)量通常是22000~24500m 3/h。
[0033] 本實(shí)用新型使用的風(fēng)機(jī)例如是由上海應(yīng)達(dá)風(fēng)機(jī)股份有限公司以商品名SF型系列 軸流通風(fēng)機(jī)銷售的產(chǎn)品。
[0034] 過渡段2由圓形管與四方錐管連接而成，它的一端為圓形進(jìn)風(fēng)口，它的另一端為四 方錐管端，該四方錐管端與第一試驗(yàn)段3、第二試驗(yàn)段4依次串聯(lián)連接;與第一試驗(yàn)段3相連 的過渡段2-端、第一試驗(yàn)段3與第二試驗(yàn)段4都是四方管。這個(gè)四方管的橫截面例如是0.5m X〇.5m，當(dāng)然，根據(jù)實(shí)際使用的需要，這個(gè)四方管的橫截面可以大些或小些。
[0035] 第一試驗(yàn)段3與第二試驗(yàn)段4四方管下部是可拆卸式底板。
[0036] 第二試驗(yàn)段4四方管頂部與兩側(cè)設(shè)置透明有機(jī)玻璃觀察窗口，便于觀察及使用高 速攝影機(jī)監(jiān)測照相。
[0037] 在本實(shí)用新型中，動(dòng)力段1、過渡段2、第一試驗(yàn)段3、第二試驗(yàn)段4與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6的長 度比是1:2.5~3.5:2.5~3.5:2.5~3.5:1.8~2.2。在本實(shí)用新型中，如果其中任一段超過 其范圍時(shí)都是不利的，這是因?yàn)榘凑湛諝鈩?dòng)力學(xué)以及灌草叢野外試驗(yàn)要求，同時(shí)兼顧多用 途作用，為保證風(fēng)洞內(nèi)部空氣的均勻穩(wěn)定流場品質(zhì)，經(jīng)計(jì)算得出的。如果超過其范圍，則不 能保證風(fēng)洞內(nèi)部空氣的均勻流場品質(zhì)。
[0038] 動(dòng)力段1、過渡段2、第一試驗(yàn)段3、第二試驗(yàn)段4與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6是由法蘭與紙質(zhì)密封 墊連接的。
[0039] 在本實(shí)用新型中，第二試驗(yàn)段4與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6連接。
[0040] 本實(shí)用新型采用的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6是一種能夠任意改變出風(fēng)氣流方向的機(jī)構(gòu)。擺動(dòng)機(jī) 構(gòu)的出風(fēng)口運(yùn)動(dòng)軌跡由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與定軸擺動(dòng)兩者合成而成，因此可以實(shí)現(xiàn)出風(fēng)口氣流在空 間上的任意氣流流場控制，從而保證了灌草叢風(fēng)洞野外測試數(shù)據(jù)的客觀、真實(shí)。
[0041] 如附圖5所示，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6是一個(gè)自由度為2的機(jī)構(gòu)，其中：
[0042]定軸擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程如下：
[0043] Si = li〇i = li ω it
[0044] 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程如下：
[0046]因此，出風(fēng)口部分特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程如下：
[0048] 式中：
[0049] S-特征點(diǎn)的弧坐標(biāo)；
[0050] & 一定軸擺動(dòng)時(shí)特征點(diǎn)的弧坐標(biāo)；
[00511 & 一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)特征點(diǎn)的弧坐標(biāo)；
[0052] h-擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的長度；
[0053] 12-出風(fēng)口的長度；
[0054] Φ:-擺動(dòng)機(jī)構(gòu)擺過的角度；
[0055] Φ2-出風(fēng)口旋轉(zhuǎn)過的角度；
[0056] ωι-定軸擺動(dòng)時(shí)的角速度；
[0057] ω2-旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的角速度；
[0058] t 一運(yùn)動(dòng)時(shí)間。
[0059] 該擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6可通過連接法蘭與第二試驗(yàn)段4相連接。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)表面采用流線型 曲線設(shè)計(jì)，盡最大努力減小空氣流動(dòng)阻力。
[0000]在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6頂部設(shè)置第一步進(jìn)電機(jī)6_1與第一小齒輪6-2;在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6上設(shè)置大 齒圈6-3,大齒圈6-3與第一小齒輪6-2嚙合，第一步進(jìn)電機(jī)6-1驅(qū)動(dòng)第一小齒輪6-2轉(zhuǎn)動(dòng)，從 而帶動(dòng)大齒圈6-3沿著轉(zhuǎn)動(dòng)軸6-7轉(zhuǎn)動(dòng)。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6的具體結(jié)構(gòu)可以參見附圖5。
[0061 ] 大齒圈6-3是直齒圓柱齒輪結(jié)構(gòu)；第一小齒輪6-2是直齒圓柱齒輪結(jié)構(gòu)；它們的嚙 合是直齒圓柱齒輪嚙合。
[0062]在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6底部設(shè)置第二步進(jìn)電機(jī)6-5與第二小齒輪6-6;由第二步進(jìn)電機(jī)6-5通 過第二小齒輪6-6帶動(dòng)位于擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6下方的扇形齒板6-4擺動(dòng)。扇形齒板6-4的具體結(jié)構(gòu)可 以參見附圖6。
[0063]第二小齒輪6-6是直齒圓柱齒輪結(jié)構(gòu)；
[0064]第一步進(jìn)電機(jī)6-1與第二步進(jìn)電機(jī)6-5都是目前市場上銷售的產(chǎn)品，例如由常州雙 杰電子有限公司以商品名39BYGB0413系列步進(jìn)電機(jī)銷售的產(chǎn)品。
[0065]本實(shí)用新型使用的扇形齒板6-4是直齒圓弧結(jié)構(gòu)。
[0066] 附圖2是本實(shí)用新型風(fēng)洞設(shè)備在進(jìn)行野外吹風(fēng)試驗(yàn)時(shí)，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6與灌草叢之間相 互關(guān)系不意圖。
[0067] 在本實(shí)用新型中，加沙裝置5位于第一試驗(yàn)段3右端上方。
[0068]本實(shí)用新型加沙原理采用高處重力加沙，沙粒從高處依靠重力自然下落，使沙粒 均勻散落，簡便節(jié)能。
[0069] 本實(shí)用新型使用的加沙裝置5是由一級插板式控制機(jī)構(gòu)5-1與二級控制機(jī)構(gòu)組成， 而二級控制機(jī)構(gòu)是由步進(jìn)電機(jī)5-2與傘狀斜板5-3構(gòu)成；由步進(jìn)電機(jī)5-2驅(qū)動(dòng)傘狀斜板5-3移 動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)加沙量的精確控制。加沙裝置5的具體結(jié)構(gòu)參見附圖3。傘狀斜板5-3具體結(jié)構(gòu)可 以參見附圖4。
[0070] 一級插板式控制機(jī)構(gòu)5-1是手動(dòng)機(jī)械插板式結(jié)構(gòu)。
[0071 ]所述的底座支撐架位于風(fēng)洞本體底部，它用角鋼焊接而成，而底座支撐架與風(fēng)洞 本體用螺栓連接固定起來。所述的底座支撐架是一種可調(diào)整高度為50~125cm的機(jī)械可調(diào) 式底座支撐架。
[0072] 本實(shí)用新型的野外測試風(fēng)洞設(shè)備在保證空氣動(dòng)力學(xué)性能的前提下，通過精確力學(xué) 計(jì)算，盡量選用優(yōu)質(zhì)性能鋼材以減輕重量，并使用塑料、有機(jī)玻璃、紙質(zhì)密封墊、同步軟帶等 輕型材料，大大減輕整機(jī)重量。而且，該重量又被分配到7個(gè)組成部件上，真正實(shí)現(xiàn)了可移動(dòng) 便攜式設(shè)計(jì)。
[0073] 利用本實(shí)用新型風(fēng)洞設(shè)備可以提供完全由人工控制的接近自然風(fēng)包括無沙和有 沙，如直風(fēng)、旋風(fēng)、傾斜風(fēng)以及各種組合形式的復(fù)雜風(fēng)。具體地，將本實(shí)用新型風(fēng)洞設(shè)備放置 于距離灌草叢約100cm的地方，即可進(jìn)行灌草叢野外吹風(fēng)測試。利用計(jì)算機(jī)控制裝置，還可 實(shí)現(xiàn)同一氣流流場形態(tài)的多次重復(fù)吹風(fēng)試驗(yàn)。
[0074] 在不同的疏伐機(jī)制下，運(yùn)用本實(shí)用新型的灌草叢野外測試方法與設(shè)備，對不同的 灌草叢結(jié)構(gòu)構(gòu)型進(jìn)行清潔空氣流場無沙和挾風(fēng)沙空氣流場有沙的組合試驗(yàn)，依據(jù)氣固二相 流理論，可以綜合分析風(fēng)沙的空氣流場特性，揭示不同灌草叢疏枝模式配置下的風(fēng)沙物理 輸移規(guī)律，從而進(jìn)一步闡明灌草叢固阻沙功能與其空間結(jié)構(gòu)構(gòu)型的響應(yīng)作用機(jī)理。本實(shí)用 新型野外測試風(fēng)洞裝置使用方法描述如下：
[0075] 1、根據(jù)野外測試的某個(gè)灌草叢的整株高度，調(diào)整好野外測試風(fēng)洞裝置的整機(jī)高 度，通過調(diào)整整機(jī)支撐架上的調(diào)整孔的位置得以實(shí)現(xiàn)。調(diào)整高度應(yīng)以風(fēng)洞中心線高度為待 試驗(yàn)灌草叢整株高度的一半，具體參見附圖2。例如，某個(gè)灌草叢的整株高度經(jīng)實(shí)測為2.4m， 則整機(jī)高度應(yīng)調(diào)整為風(fēng)洞中心線高度距地面1.2m。
[0076] 2、將野外測試風(fēng)洞裝置放置于距離某個(gè)灌草叢樹冠輪廓100cm左右的地面處。
[0077] 3、利用手動(dòng)或計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制裝置，啟動(dòng)主電機(jī)，并調(diào)整變頻器的輸出頻率，從而 改變風(fēng)機(jī)主電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以便得到所需的一定壓力、速度的接近自然風(fēng)。此時(shí)，風(fēng)機(jī)提供的 接近自然風(fēng)是清潔空氣氣流無沙。
[0078] 4、若需提供挾風(fēng)沙的空氣氣流有沙，則在主電機(jī)啟動(dòng)后，開啟加沙器的控制步進(jìn) 電機(jī)。通過一級插板控制手動(dòng)、二級步進(jìn)電機(jī)控制自動(dòng)，即可獲得一定流量的落沙量。當(dāng)挾 風(fēng)沙的空氣氣流的含沙量不變時(shí)，上述一級插板不動(dòng)，二級步進(jìn)電機(jī)也不動(dòng)；當(dāng)挾風(fēng)沙的空 氣氣流的含沙量改變時(shí)，應(yīng)優(yōu)先使用二級步進(jìn)電機(jī)控制自動(dòng)傘狀斜板的移動(dòng)距離，改變落 沙量。如有需要，需同時(shí)使用一級插板控制手動(dòng)，以獲得所需流量的落沙量。
[0079] 5、關(guān)于出風(fēng)口的控制，可根據(jù)試驗(yàn)方案，當(dāng)需要直風(fēng)時(shí)，則啟動(dòng)2個(gè)步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng) 擺動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，使出風(fēng)口正對整株灌草叢的幾何中心，然后停止2個(gè)步進(jìn)電機(jī)，保持該位置 直到試驗(yàn)結(jié)束試驗(yàn)過程中主電機(jī)始終工作；當(dāng)需要斜風(fēng)時(shí)，則僅啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)，使出風(fēng) 口旋轉(zhuǎn)過一定轉(zhuǎn)角α，然后停止該步進(jìn)電機(jī)，保持這個(gè)位置直到試驗(yàn)結(jié)束；當(dāng)需要旋風(fēng)時(shí)，則 僅啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)，使該步進(jìn)電機(jī)按一定轉(zhuǎn)速ω旋轉(zhuǎn)，直到試驗(yàn)結(jié)束，當(dāng)然，如果需要，在 試驗(yàn)過程中也可改變旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速ω ;當(dāng)需要任意方向的復(fù)雜風(fēng)時(shí)，則按一定速比 同時(shí)啟動(dòng)2個(gè)步進(jìn)電機(jī)，此時(shí)，出風(fēng)口將對整株灌草叢進(jìn)行變量風(fēng)吹風(fēng)試驗(yàn)。在整個(gè)試驗(yàn)過 程中，2個(gè)控制步進(jìn)電機(jī)和1個(gè)主電機(jī)同時(shí)工作。如有需要，也可改變2個(gè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 直到試驗(yàn)結(jié)束。
[0080] [有益效果]
[0081] 本實(shí)用新型灌草叢野外測試風(fēng)洞設(shè)備解決了以下科學(xué)問題：
[0082] Α、采用四周封閉型結(jié)構(gòu)，真正實(shí)現(xiàn)了空氣動(dòng)力學(xué)意義下的試驗(yàn)風(fēng)洞，解決了風(fēng)蝕 風(fēng)洞傳統(tǒng)的倒"U"型結(jié)構(gòu)所帶來的氣流流場的不均勻問題。
[0083] B、實(shí)現(xiàn)了多用途。第一種用途是本實(shí)用新型風(fēng)洞設(shè)備第一、第二試驗(yàn)段的底板是 活動(dòng)的，可拆卸的，這樣既可用作風(fēng)蝕風(fēng)洞此時(shí)，取下底板，呈倒"U"型，又可用作空氣動(dòng)力 學(xué)風(fēng)洞此時(shí)，裝上底板，呈四周封閉型。第二種用途是本實(shí)用新型風(fēng)洞設(shè)備既可用于室內(nèi)模 擬試驗(yàn)，又可用于室外的野外吹風(fēng)試驗(yàn)。
[0084] C、本實(shí)用新型風(fēng)洞設(shè)備擺動(dòng)機(jī)構(gòu)利用了理論力學(xué)的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論。在本實(shí)用新型 中，采用2臺(tái)電機(jī)分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)2套機(jī)構(gòu)，分別實(shí)現(xiàn)2個(gè)相互獨(dú)立的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，而2個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng) 又被最終合成在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的出風(fēng)口部位。于是，該出風(fēng)口部位的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一 個(gè)擺動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)。該合成運(yùn)動(dòng)可以模擬各種狀態(tài)下的自然風(fēng)，例如直流風(fēng)，旋風(fēng)，傾斜風(fēng) 及各種組合形式下的復(fù)雜風(fēng)等。
[0085] D、本實(shí)用新型風(fēng)洞設(shè)備加沙裝置利用重力原理自然落沙，經(jīng)第一、第二試驗(yàn)段混 合，在出風(fēng)口處可形成均勻的挾風(fēng)沙氣流。通過控制進(jìn)沙量，可以全面模擬自然條件下的各 種沙塵氣流。這就為灌草叢野外科學(xué)試驗(yàn)提供了極大的便利。因?yàn)樵撋硥m氣流條件完全可 以由人工控制實(shí)現(xiàn)。
[0086] E、本實(shí)用新型風(fēng)洞設(shè)備的可調(diào)式支架結(jié)構(gòu)，其高度可調(diào)，真正實(shí)現(xiàn)了離地測試，能 夠完成對不同高度的整株沙柳灌叢的野外吹風(fēng)試驗(yàn)。
[0087] F、本實(shí)用新型風(fēng)洞設(shè)備能夠提供完全由人工自動(dòng)控制各種近自然風(fēng)，從而避開自 然風(fēng)隨機(jī)、易變、不可重復(fù)等限制，并可重復(fù)多次提供相同流場的同一空氣氣流包括無沙和 有沙，這可以增加重復(fù)試驗(yàn)組，為科學(xué)研究提供大量真實(shí)、有效數(shù)據(jù)。 【【附圖說明】】
[0088] 圖1是本實(shí)用新型風(fēng)洞設(shè)備整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0089] 圖2是本實(shí)用新型風(fēng)洞設(shè)備野外吹風(fēng)試驗(yàn)示意圖；
[0090] 圖3是本實(shí)用新型風(fēng)洞設(shè)備加沙裝置5結(jié)構(gòu)示意圖；
[0091 ]圖4是加沙裝置傘狀斜板5-3結(jié)構(gòu)示意圖。
[0092] 圖5是本實(shí)用新型風(fēng)洞設(shè)備擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6結(jié)構(gòu)示意圖；
[0093] 圖6是擺動(dòng)機(jī)構(gòu)扇形齒板6-4結(jié)構(gòu)示意圖；
[0094] 圖中：
[0095] 1、動(dòng)力段;2、過渡段;3、第一試驗(yàn)段;4、第二試驗(yàn)段；
[0096] 5、加沙裝置;5-1、一級插板式控制機(jī)構(gòu);5-2、步進(jìn)電機(jī);5-3、傘狀斜板；
[0097] 6、擺動(dòng)機(jī)構(gòu);6-1、第一步進(jìn)電機(jī);6-2、第一小齒輪;6_3、大齒圈；6_4、扇形齒板;6-5、第二步進(jìn)電機(jī);6-6、第二小齒輪;6-7、轉(zhuǎn)動(dòng)軸。 【【具體實(shí)施方式】】
[0098]通過下述實(shí)施例將能夠更好地理解本實(shí)用新型。
[0099] 實(shí)施例1:本實(shí)用新型的可移動(dòng)式灌草叢野外測試風(fēng)洞設(shè)備
[0100] 該風(fēng)洞設(shè)備由動(dòng)力段1、過渡段2、第一試驗(yàn)段3、第二試驗(yàn)段4、加沙裝置5、擺動(dòng)機(jī) 構(gòu)6與底座支撐架組成；
[0101] 動(dòng)力段1是由在圓形管內(nèi)安裝的電機(jī)功率3kw可控電機(jī)組與由它帶動(dòng)的具有軸流 式結(jié)構(gòu)的風(fēng)扇組成;過渡段2由圓形管與四方錐管連接而成，它的一端為圓形進(jìn)風(fēng)口，它的 另一端為四方錐管端，該四方錐管端與第一試驗(yàn)段3、第二試驗(yàn)段4依次串聯(lián)連接;與第一試 驗(yàn)段3相連的過渡段2-端、第一試驗(yàn)段3與第二試驗(yàn)段4都是四方管;第一試驗(yàn)段3與第二試 驗(yàn)段4四方管下部是可拆卸式底板;第二試驗(yàn)段4四方管頂部與兩側(cè)設(shè)置長50cm、寬40cm的 透明有機(jī)玻璃觀察窗口。動(dòng)力段1、過渡段2、第一試驗(yàn)段3、第二試驗(yàn)段4與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6的長度 比是1:2.5:2.7:2.8:2.0。野外測試風(fēng)洞設(shè)備總長度與第一試驗(yàn)段3寬度之比是1.1:0.1。
[0102]第二試驗(yàn)段4的一端與第一試驗(yàn)段3連接，而它的另一端與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6連接。在擺動(dòng) 機(jī)構(gòu)6頂部設(shè)置由常州雙杰電子有限公司以商品名39BYGB0413系列步進(jìn)電機(jī)銷售的第一步 進(jìn)電機(jī)6-1與第一小齒輪6-2,它們的有效徑比為1:5;在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6上設(shè)置大齒圈6-3,大齒 圈6-3與第一小齒輪6-2嚙合，它們的有效徑比為10:1。
[0103]第一步進(jìn)電機(jī)6-1驅(qū)動(dòng)第一小齒輪6-2轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)大齒圈6-3沿著轉(zhuǎn)動(dòng)軸6-7轉(zhuǎn) 動(dòng)；在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6底部設(shè)置由常州雙杰電子有限公司以商品名39BYGB0413系列步進(jìn)電機(jī)銷 售的第二步進(jìn)電機(jī)6-5與第二小齒輪6-6,它們的有效徑比為1:5;由第二步進(jìn)電機(jī)6-5通過 第二小齒輪6-6帶動(dòng)位于擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6下方的扇形齒板6-4擺動(dòng)。
[0104] 動(dòng)力段1、過渡段2、第一試驗(yàn)段3、第二試驗(yàn)段4與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6是由法蘭與紙質(zhì)密封 墊連接的。
[0105] 在第一試驗(yàn)段3右端上方設(shè)置加沙裝置5。加沙裝置5是由一級插板式控制機(jī)構(gòu)5-1 與二級控制機(jī)構(gòu)組成，而二級控制機(jī)構(gòu)是由常州雙杰電子有限公司以商品名39BYGB0413系 列步進(jìn)電機(jī)銷售的步進(jìn)電機(jī)5-2與具有折彎結(jié)構(gòu)的傘狀斜板5-3構(gòu)成；由步進(jìn)電機(jī)5-2驅(qū)動(dòng) 傘狀斜板5-3移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)加沙量的精確控制。
[0106] 位于風(fēng)洞本體的底座支撐架用4cm X 4cm角鋼焊接而成，而底座支撐架與風(fēng)洞本體 用螺栓連接固定起來。所述的底座支撐架是一種可調(diào)整高度為50cm的機(jī)械可調(diào)式底座支 撐架。
[0107] 實(shí)施例2:本實(shí)用新型的可移動(dòng)式灌草叢野外測試風(fēng)洞設(shè)備
[0108] 該實(shí)施例的實(shí)施方式與實(shí)施例1相同，只是在圓形管內(nèi)安裝的電機(jī)的功率是3kw; 透明有機(jī)玻璃觀察窗口的長是50cm、寬是30cm;動(dòng)力段1、過渡段2、第一試驗(yàn)段3、第二試驗(yàn) 段4與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6的長度比是1:2.8:2.5:2.5:1.8。野外測試風(fēng)洞設(shè)備總長度與第一試驗(yàn)段3 寬度之比是1.0:0.1。第一步進(jìn)電機(jī)6-1與第一小齒輪6-2的有效徑比為1:4;大齒圈6-3與第 一小齒輪6-2的有效徑比為12.5:1;第二步進(jìn)電機(jī)6-5與第二小齒輪6-6的有效徑比為1:4; 機(jī)械可調(diào)式底座支撐架的可調(diào)整高度是75cm。
[0109] 實(shí)施例3:本實(shí)用新型的可移動(dòng)式灌草叢野外測試風(fēng)洞設(shè)備
[0110] 該實(shí)施例的實(shí)施方式與實(shí)施例1相同，只是在圓形管內(nèi)安裝的電機(jī)的功率是4kw; 透明有機(jī)玻璃觀察窗口的長是50cm、寬是25cm;動(dòng)力段1、過渡段2、第一試驗(yàn)段3、第二試驗(yàn) 段4與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6的長度比是1:3.5:3.1:3.1:2.2。野外測試風(fēng)洞設(shè)備總長度與第一試驗(yàn)段3 寬度之比是1.3:0.1。第一步進(jìn)電機(jī)6-1與第一小齒輪6-2的有效徑比為1:6;大齒圈6-3與第 一小齒輪6-2的有效徑比為9:1;第二步進(jìn)電機(jī)6-5與第二小齒輪6-6的有效徑比為1:6;機(jī)械 可調(diào)式底座支撐架的可調(diào)整高度是100cm。
[0111] 實(shí)施例4:本實(shí)用新型的可移動(dòng)式灌草叢野外測試風(fēng)洞設(shè)備
[0112] 該實(shí)施例的實(shí)施方式與實(shí)施例1相同，只是在圓形管內(nèi)安裝的電機(jī)的功率是4kw; 透明有機(jī)玻璃觀察窗口的長是40cm、寬是25cm;動(dòng)力段1、過渡段2、第一試驗(yàn)段3、第二試驗(yàn) 段4與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6的長度比是1:3.2:3.5:3.2:2.0。野外測試風(fēng)洞設(shè)備總長度與第一試驗(yàn)段3 寬度之比是1.3:0.1。第一步進(jìn)電機(jī)6-1與第一小齒輪6-2的有效徑比為1:5;大齒圈6-3與第 一小齒輪6-2的有效徑比為10:1;第二步進(jìn)電機(jī)6-5與第二小齒輪6-6的有效徑比為1:5;機(jī) 械可調(diào)式底座支撐架的可調(diào)整高度是125cm。
[0113] 實(shí)施例實(shí)施效果說明：下面將對比說明本實(shí)用新型野外風(fēng)洞設(shè)備與現(xiàn)有風(fēng)蝕風(fēng)洞 的不同點(diǎn)與先進(jìn)性。
[0114] 1、風(fēng)洞本體結(jié)構(gòu)
[0115] 附表1本實(shí)用新型野外風(fēng)洞設(shè)備與現(xiàn)有風(fēng)蝕風(fēng)洞的結(jié)構(gòu)對比
[0116]
[0117] 附：表中，現(xiàn)有風(fēng)蝕風(fēng)洞選取了中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所韓慶杰等 的一種可移動(dòng)便攜式風(fēng)蝕風(fēng)洞和內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的0FDY-1.2型風(fēng)蝕風(fēng)洞日期：
[0118] 2005.07。
[0119] 2、整機(jī)支撐架
[0120]上述2種現(xiàn)有風(fēng)蝕風(fēng)洞均為落地式結(jié)構(gòu)，沒有整機(jī)支撐架。因此，均不能進(jìn)行離地 測試。本實(shí)用新型野外測試風(fēng)洞裝置設(shè)有整機(jī)支撐架，且在5〇Cm-125cm之間可調(diào)，完全可實(shí) 現(xiàn)離地測試。
[0121] 3、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)
[0122] 中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所李宏等的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)M野外不同風(fēng)向的 裝置，為了實(shí)現(xiàn)模擬野外不同風(fēng)向，采用的是將現(xiàn)有風(fēng)蝕風(fēng)洞整機(jī)放置于一個(gè)直徑為 1000mm大的圓盤上進(jìn)行整體回轉(zhuǎn)。缺點(diǎn):①只能使風(fēng)洞整機(jī)在水平面內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)洞直風(fēng) 由原來的固定風(fēng)向僅變?yōu)閱我晦D(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)向，但只有1個(gè)自由度，所能提供的風(fēng)向成分單一;② 其單一轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)向是對風(fēng)洞內(nèi)部對象作用;③使風(fēng)洞整機(jī)置于圓盤上進(jìn)行整體回轉(zhuǎn)，使得該 裝置整體結(jié)構(gòu)笨重，整機(jī)重量大，耗能大。
[0123] 本實(shí)用新型野外測試風(fēng)洞裝置利用一套擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，運(yùn)用了剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)的原理，利 用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合原理，采用一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)擺動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了擺動(dòng)機(jī)構(gòu)在2個(gè) 自由度上的運(yùn)動(dòng)合成，可以提供成分復(fù)雜的各種風(fēng)向的復(fù)雜風(fēng)。本實(shí)用新型野外測試風(fēng)洞 裝置與上述裝置的本質(zhì)不同點(diǎn)在于不僅能提供成分復(fù)雜的各種風(fēng)向的復(fù)雜風(fēng)，而且所作用 對象是風(fēng)洞外部的灌草叢。另外，由于擺動(dòng)機(jī)構(gòu)與風(fēng)洞本體相對獨(dú)立，當(dāng)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 風(fēng)洞本體并不運(yùn)動(dòng)，于是，轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量小，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，耗能小。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可移動(dòng)式灌草叢野外測試風(fēng)洞設(shè)備，其特征在于該風(fēng)洞設(shè)備由動(dòng)力段（1)、過渡 段(2)、第一試驗(yàn)段(3)、第二試驗(yàn)段(4)、加沙裝置(5)、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)與底座支撐架組成； 動(dòng)力段（1)是由在圓形管內(nèi)安裝的可控電機(jī)組與由它帶動(dòng)的風(fēng)扇組成;過渡段(2)由圓 形管與四方錐管連接而成，它的一端為圓形進(jìn)風(fēng)口，它的另一端為四方錐管端，該四方錐管 端與第一試驗(yàn)段(3)、第二試驗(yàn)段(4)依次串聯(lián)連接;與第一試驗(yàn)段(3)相連的過渡段(2) - 端、第一試驗(yàn)段(3)與第二試驗(yàn)段(4)都是四方管； 第二試驗(yàn)段(4)與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)連接； 加沙裝置(5)位于第一試驗(yàn)段(3)右端上方。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外測試風(fēng)洞設(shè)備，其特征在于動(dòng)力段（1)、過渡段(2)、第一 試驗(yàn)段(3)、第二試驗(yàn)段(4)與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)的長度比是1:2.5~3.5:2.5~3.5:2.5~3.5: 1.8~2.2〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外測試風(fēng)洞設(shè)備，其特征在于動(dòng)力段（1)、過渡段(2)、第一 試驗(yàn)段(3)、第二試驗(yàn)段(4)與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)是由法蘭與紙質(zhì)密封墊連接的。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外測試風(fēng)洞設(shè)備，其特征在于所述野外測試風(fēng)洞設(shè)備總長 度與第一試驗(yàn)段(3)寬度之比是1.0~1.4:0.1。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外測試風(fēng)洞設(shè)備，其特征在于第一試驗(yàn)段(3)與第二試驗(yàn)段 (4)四方管下部是可拆卸式底板。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外測試風(fēng)洞設(shè)備，其特征在于第二試驗(yàn)段(4)四方管頂部與 兩側(cè)設(shè)置透明有機(jī)玻璃觀察窗口。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外測試風(fēng)洞設(shè)備，其特征在于加沙裝置(5)是由一級插板式 控制機(jī)構(gòu)(5-1)與二級控制機(jī)構(gòu)組成，而二級控制機(jī)構(gòu)是由步進(jìn)電機(jī)(5-2)與傘狀斜板(5-3)構(gòu)成；由步進(jìn)電機(jī)(5-2)驅(qū)動(dòng)傘狀斜板(5-3)移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)加沙量的精確控制。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外測試風(fēng)洞設(shè)備，其特征在于在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)頂部設(shè)置第一 步進(jìn)電機(jī)(6-1)與第一小齒輪(6-2);在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)上設(shè)置大齒圈（6-3)，大齒圈（6-3)與第 一小齒輪(6-2)嗤合，第一步進(jìn)電機(jī)(6-1)驅(qū)動(dòng)第一小齒輪(6-2)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)大齒圈（6-3)沿著轉(zhuǎn)動(dòng)軸(6-7)轉(zhuǎn)動(dòng)； 在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)底部設(shè)置第二步進(jìn)電機(jī)(6-5)與第二小齒輪(6-6);由第二步進(jìn)電機(jī)(6-5)通過第二小齒輪(6-6)帶動(dòng)位于擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)下方的扇形齒板(6-4)擺動(dòng)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外測試風(fēng)洞設(shè)備，其特征在于位于風(fēng)洞本體的底座支撐架 用角鋼焊接而成，而底座支撐架與風(fēng)洞本體用螺栓連接固定起來，所述的底座支撐架是一 種可調(diào)整高度為50~125cm的機(jī)械可調(diào)式底座支撐架。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外測試風(fēng)洞設(shè)備，其特征在于所述的風(fēng)洞設(shè)備提供完全由 人工控制的含有或不含有沙的直風(fēng)、旋風(fēng)、傾斜風(fēng)以及各種組合形式的復(fù)雜風(fēng)。
【文檔編號】G01M9/04GK205642789SQ201620270550
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月5日
【發(fā)明人】裴志永, 丁海泉, 黃薩仁, 韓寶生, 李陽, 范樂
【申請人】內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)