一種可移動式灌草叢野外測試風洞設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種可移動式灌草叢野外測試風洞設(shè)備，該風洞設(shè)備由動力段（1）、過渡段（2）、第一試驗段（3）、第二試驗段（4）、加沙裝置（5）、擺動機構(gòu)（6）與底座支撐架組成。本實用新型采用四周封閉型結(jié)構(gòu)解決了風蝕風洞傳統(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，例如直流風，旋風，傾斜風及各種組合形式下的復雜風等，能夠完成對整株沙柳灌叢的野外吹風試驗，可以重復試驗，為科學研究提供大量真實、有效數(shù)據(jù)。
【專利說明】一種可移動式灌草叢野外測試風洞設(shè)備 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于森林保護技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，本實用新型涉及一種可移動式灌 草叢野外測試風洞設(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，例如會導致地表植被覆蓋度下降，從而使水分過度流失，"肥島效應"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)功能進行多學科、系統(tǒng)性的科學研究是一 條切實可行的研究路線。以整株灌叢的結(jié)構(gòu)參數(shù)為問題的關(guān)鍵點，通過室內(nèi)模擬試驗和野 外吹風試驗，分析、探索整株灌叢的不同叢狀結(jié)構(gòu)下固阻沙機理，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、阻沙的生態(tài)功能之間是內(nèi)在規(guī)律，是森林防護領(lǐng)域的新的 理論研究重點。
[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制的科研試驗中，都是借用風蝕風洞。而風蝕風洞是 用于監(jiān)測野外地表風蝕、風沙流動過程的專用設(shè)備。借用風蝕風洞存在下述問題:首先是風 蝕風洞均為倒"U"型結(jié)構(gòu)，沒有底版，這必然會影響風洞內(nèi)空氣氣流的均勻性和穩(wěn)定性;其 次是風蝕風洞都是大中型設(shè)備，結(jié)構(gòu)龐大，功率大，不便于野外攜帶與作業(yè);第三是試驗空 間均為風洞內(nèi)部，不能實現(xiàn)風洞外部區(qū)域的風洞試驗。
[0005] 綜上所述，現(xiàn)有的灌草叢固阻沙及采伐機制的科研試驗存在以下問題：
[0006] 第一、借用風蝕風洞不能滿足灌草叢試驗要求。這是因為風蝕風洞都是近地表測 試，需將被測對象置于風洞內(nèi)部。而沙柳等大型灌木叢的整株高度一般是在300cm左右，難 以置于風洞內(nèi)部，測試難以進行。并且，風蝕風洞不能進行離地試驗和外部吹風試驗。
[0007] 第二、經(jīng)文獻查閱知道，風蝕風洞在可移動、便攜性方面還很差。一般重量都在1噸 以上，主電機功率一般在5kw以上，需配專門的大中型發(fā)電機組（10kw以上）。
[0008] 第三、現(xiàn)有的灌草叢野外風沙試驗均利用自然風，采集的數(shù)據(jù)完全依賴自然風條 件。而自然風在風速、壓力、含沙量上存在著隨機性和可變性，這使得試驗工作條件受到很 大限制。
[0009]因此，設(shè)計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，至今尚未發(fā)現(xiàn)與本實用新型主題密切相關(guān)的文獻報道。
[0010]本實用新型人在總結(jié)現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)之上，通過大量試驗研究，終于完成了本實 用新型。 【【實用新型內(nèi)容】】
[0011][要解決的技術(shù)問題]
[0012] 本實用新型的目的是提供一種可移動式灌草叢野外測試風洞設(shè)備。
[0013] [技術(shù)方案]
[0014] 本實用新型是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0015] 本實用新型涉及一種可移動式灌草叢野外測試風洞設(shè)備。該風洞設(shè)備由動力段1、 過渡段2、第一試驗段3、第二試驗段4、加沙裝置5、擺動機構(gòu)6與底座支撐架組成；
[0016] 動力段1是由在圓形管內(nèi)安裝的可控電機組與由它帶動的風扇組成;過渡段2由圓 形管與四方錐管連接而成，它的一端為圓形進風口，它的另一端為四方錐管端，該四方錐管 端與第一試驗段3、第二試驗段4依次串聯(lián)連接;與第一試驗段3相連的過渡段2-端、第一試 驗段3與第二試驗段4都是四方管；
[0017] 第二試驗段4與擺動機構(gòu)6連接；
[0018] 加沙裝置5位于第一試驗段3右端上方。
[0019] 根據(jù)本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，動力段1、過渡段2、第一試驗段3、第二試 驗段4與擺動機構(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)本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式，動力段1、過渡段2、第一試驗段3、第二試 驗段4與擺動機構(gòu)6是由法蘭與紙質(zhì)密封墊連接的。
[0021] 根據(jù)本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式，所述野外測試風洞設(shè)備總長度與第一試 驗段3寬度之比是1.0~1.4:0.1。
[0022] 根據(jù)本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式，第一試驗段3與第二試驗段4四方管下部 是可拆卸式底板。
[0023] 根據(jù)本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式，第二試驗段4四方管頂部與兩側(cè)設(shè)置透 明有機玻璃觀察窗口。
[0024] 根據(jù)本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式，加沙裝置5是由一級插板式控制機構(gòu)5-1 與二級控制機構(gòu)組成，而二級控制機構(gòu)是由步進電機5-2與傘狀斜板5-3構(gòu)成；由步進電機 5-2驅(qū)動傘狀斜板5-3移動，以實現(xiàn)加沙量的精確控制。
[0025] 根據(jù)本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式，在擺動機構(gòu)6頂部設(shè)置第一步進電機6-1 與第一小齒輪6-2;在擺動機構(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 步進電機6-1驅(qū)動第一小齒輪6-2轉(zhuǎn)動，從而帶動大齒圈6-3沿著轉(zhuǎn)動軸6-7轉(zhuǎn)動；
[0026]在擺動機構(gòu)6底部設(shè)置第二步進電機6-5與第二小齒輪6-6;由第二步進電機6-5通 過第二小齒輪6-6帶動位于擺動機構(gòu)6下方的扇形齒板6-4擺動。
[0027] 根據(jù)本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式，位于風洞本體的底座支撐架用角鋼焊接 而成，而底座支撐架與風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的機械可調(diào)式底座支撐架。
[0028] 根據(jù)本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式，所述的風洞設(shè)備提供完全由人工控制的 含有或不含有沙的直風、旋風、傾斜風以及各種組合形式的復雜風。
[0029] 下面將更詳細地描述本實用新型。
[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 實用新型的可移動式灌草叢野外測試風洞設(shè)備適合于在這種環(huán)境下進行固阻沙、保肥、保 水等生態(tài)學野外吹風測試。利用本實用新型風洞設(shè)備，不僅在室內(nèi)可進行傳統(tǒng)意義上的風 洞內(nèi)部模型試驗，而且通過一個擺動機構(gòu)，可實現(xiàn)全方位模擬自然風條件進行風洞外部大 范圍區(qū)域的灌草叢野外風洞試驗，實現(xiàn)了多用途。同時，由于本實用新型風洞設(shè)備采用了一 套加沙裝置，可使本實用新型風洞能提供清潔空氣氣流和不同含沙量的挾風沙空氣氣流等 多種接近自然風條件。
[0031] 本實用新型涉及一種可移動式灌草叢野外測試風洞設(shè)備。該風洞設(shè)備由風洞本 體、加沙裝置與擺動機構(gòu)三部分組成。具體地，該風洞設(shè)備由動力段1、過渡段2、第一試驗段 3、第二試驗段4、加沙裝置5、擺動機構(gòu)6與底座支撐架組成，具體結(jié)構(gòu)可以參見附圖1。
[0032] 動力段1是由在圓形管內(nèi)安裝的可控電機組與由它帶動的風扇組成。本實用新型 使用的可控電機組的電機功率通常為3~4kw，采用變頻器控制，以實現(xiàn)調(diào)速。在野外作業(yè)時 需配套4~6kw小型汽油發(fā)電機。本實用新型使用的風扇是一種具有軸流式結(jié)構(gòu)的風機風 扇，這種風機送風量通常是22000~24500m 3/h。
[0033] 本實用新型使用的風機例如是由上海應達風機股份有限公司以商品名SF型系列 軸流通風機銷售的產(chǎn)品。
[0034] 過渡段2由圓形管與四方錐管連接而成，它的一端為圓形進風口，它的另一端為四 方錐管端，該四方錐管端與第一試驗段3、第二試驗段4依次串聯(lián)連接;與第一試驗段3相連 的過渡段2-端、第一試驗段3與第二試驗段4都是四方管。這個四方管的橫截面例如是0.5m X〇.5m，當然，根據(jù)實際使用的需要，這個四方管的橫截面可以大些或小些。
[0035] 第一試驗段3與第二試驗段4四方管下部是可拆卸式底板。
[0036] 第二試驗段4四方管頂部與兩側(cè)設(shè)置透明有機玻璃觀察窗口，便于觀察及使用高 速攝影機監(jiān)測照相。
[0037] 在本實用新型中，動力段1、過渡段2、第一試驗段3、第二試驗段4與擺動機構(gòu)6的長 度比是1:2.5~3.5:2.5~3.5:2.5~3.5:1.8~2.2。在本實用新型中，如果其中任一段超過 其范圍時都是不利的，這是因為按照空氣動力學以及灌草叢野外試驗要求，同時兼顧多用 途作用，為保證風洞內(nèi)部空氣的均勻穩(wěn)定流場品質(zhì)，經(jīng)計算得出的。如果超過其范圍，則不 能保證風洞內(nèi)部空氣的均勻流場品質(zhì)。
[0038] 動力段1、過渡段2、第一試驗段3、第二試驗段4與擺動機構(gòu)6是由法蘭與紙質(zhì)密封 墊連接的。
[0039] 在本實用新型中，第二試驗段4與擺動機構(gòu)6連接。
[0040] 本實用新型采用的擺動機構(gòu)6是一種能夠任意改變出風氣流方向的機構(gòu)。擺動機 構(gòu)的出風口運動軌跡由旋轉(zhuǎn)運動與定軸擺動兩者合成而成，因此可以實現(xiàn)出風口氣流在空 間上的任意氣流流場控制，從而保證了灌草叢風洞野外測試數(shù)據(jù)的客觀、真實。
[0041] 如附圖5所示，擺動機構(gòu)6是一個自由度為2的機構(gòu)，其中：
[0042]定軸擺動的運動方程如下：
[0043] Si = li〇i = li ω it
[0044] 旋轉(zhuǎn)運動的運動方程如下：
[0046]因此，出風口部分特征點的運動方程如下：
[0048] 式中：
[0049] S-特征點的弧坐標；
[0050] & 一定軸擺動時特征點的弧坐標；
[00511 & 一旋轉(zhuǎn)運動時特征點的弧坐標；
[0052] h-擺動機構(gòu)的長度；
[0053] 12-出風口的長度；
[0054] Φ:-擺動機構(gòu)擺過的角度；
[0055] Φ2-出風口旋轉(zhuǎn)過的角度；
[0056] ωι-定軸擺動時的角速度；
[0057] ω2-旋轉(zhuǎn)運動時的角速度；
[0058] t 一運動時間。
[0059] 該擺動機構(gòu)6可通過連接法蘭與第二試驗段4相連接。擺動機構(gòu)內(nèi)表面采用流線型 曲線設(shè)計，盡最大努力減小空氣流動阻力。
[0000]在擺動機構(gòu)6頂部設(shè)置第一步進電機6_1與第一小齒輪6-2;在擺動機構(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，第一步進電機6-1驅(qū)動第一小齒輪6-2轉(zhuǎn)動，從 而帶動大齒圈6-3沿著轉(zhuǎn)動軸6-7轉(zhuǎn)動。擺動機構(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]在擺動機構(gòu)6底部設(shè)置第二步進電機6-5與第二小齒輪6-6;由第二步進電機6-5通 過第二小齒輪6-6帶動位于擺動機構(gòu)6下方的扇形齒板6-4擺動。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]第一步進電機6-1與第二步進電機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系列步進電機銷售的產(chǎn)品。
[0065]本實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是本實用新型風洞設(shè)備在進行野外吹風試驗時，擺動機構(gòu)6與灌草叢之間相 互關(guān)系不意圖。
[0067] 在本實用新型中，加沙裝置5位于第一試驗段3右端上方。
[0068]本實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] 本實用新型使用的加沙裝置5是由一級插板式控制機構(gòu)5-1與二級控制機構(gòu)組成， 而二級控制機構(gòu)是由步進電機5-2與傘狀斜板5-3構(gòu)成；由步進電機5-2驅(qū)動傘狀斜板5-3移 動，以實現(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] 一級插板式控制機構(gòu)5-1是手動機械插板式結(jié)構(gòu)。
[0071 ]所述的底座支撐架位于風洞本體底部，它用角鋼焊接而成，而底座支撐架與風洞 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的機械可調(diào) 式底座支撐架。
[0072] 本實用新型的野外測試風洞設(shè)備在保證空氣動力學性能的前提下，通過精確力學 計算，盡量選用優(yōu)質(zhì)性能鋼材以減輕重量，并使用塑料、有機玻璃、紙質(zhì)密封墊、同步軟帶等 輕型材料，大大減輕整機重量。而且，該重量又被分配到7個組成部件上，真正實現(xiàn)了可移動 便攜式設(shè)計。
[0073] 利用本實用新型風洞設(shè)備可以提供完全由人工控制的接近自然風包括無沙和有 沙，如直風、旋風、傾斜風以及各種組合形式的復雜風。具體地，將本實用新型風洞設(shè)備放置 于距離灌草叢約100cm的地方，即可進行灌草叢野外吹風測試。利用計算機控制裝置，還可 實現(xiàn)同一氣流流場形態(tài)的多次重復吹風試驗。
[0074] 在不同的疏伐機制下，運用本實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)型進行清潔空氣流場無沙和挾風沙空氣流場有沙的組合試驗，依據(jù)氣固二相 流理論，可以綜合分析風沙的空氣流場特性，揭示不同灌草叢疏枝模式配置下的風沙物理 輸移規(guī)律，從而進一步闡明灌草叢固阻沙功能與其空間結(jié)構(gòu)構(gòu)型的響應作用機理。本實用 新型野外測試風洞裝置使用方法描述如下：
[0075] 1、根據(jù)野外測試的某個灌草叢的整株高度，調(diào)整好野外測試風洞裝置的整機高 度，通過調(diào)整整機支撐架上的調(diào)整孔的位置得以實現(xiàn)。調(diào)整高度應以風洞中心線高度為待 試驗灌草叢整株高度的一半，具體參見附圖2。例如，某個灌草叢的整株高度經(jīng)實測為2.4m， 則整機高度應調(diào)整為風洞中心線高度距地面1.2m。
[0076] 2、將野外測試風洞裝置放置于距離某個灌草叢樹冠輪廓100cm左右的地面處。
[0077] 3、利用手動或計算機自動控制裝置，啟動主電機，并調(diào)整變頻器的輸出頻率，從而 改變風機主電機的轉(zhuǎn)速，以便得到所需的一定壓力、速度的接近自然風。此時，風機提供的 接近自然風是清潔空氣氣流無沙。
[0078] 4、若需提供挾風沙的空氣氣流有沙，則在主電機啟動后，開啟加沙器的控制步進 電機。通過一級插板控制手動、二級步進電機控制自動，即可獲得一定流量的落沙量。當挾 風沙的空氣氣流的含沙量不變時，上述一級插板不動，二級步進電機也不動；當挾風沙的空 氣氣流的含沙量改變時，應優(yōu)先使用二級步進電機控制自動傘狀斜板的移動距離，改變落 沙量。如有需要，需同時使用一級插板控制手動，以獲得所需流量的落沙量。
[0079] 5、關(guān)于出風口的控制，可根據(jù)試驗方案，當需要直風時，則啟動2個步進電機，驅(qū)動 擺動機構(gòu)運動，使出風口正對整株灌草叢的幾何中心，然后停止2個步進電機，保持該位置 直到試驗結(jié)束試驗過程中主電機始終工作；當需要斜風時，則僅啟動旋轉(zhuǎn)步進電機，使出風 口旋轉(zhuǎn)過一定轉(zhuǎn)角α，然后停止該步進電機，保持這個位置直到試驗結(jié)束；當需要旋風時，則 僅啟動旋轉(zhuǎn)步進電機，使該步進電機按一定轉(zhuǎn)速ω旋轉(zhuǎn)，直到試驗結(jié)束，當然，如果需要，在 試驗過程中也可改變旋轉(zhuǎn)步進電機的轉(zhuǎn)速ω ;當需要任意方向的復雜風時，則按一定速比 同時啟動2個步進電機，此時，出風口將對整株灌草叢進行變量風吹風試驗。在整個試驗過 程中，2個控制步進電機和1個主電機同時工作。如有需要，也可改變2個步進電機的轉(zhuǎn)速 直到試驗結(jié)束。
[0080] [有益效果]
[0081] 本實用新型灌草叢野外測試風洞設(shè)備解決了以下科學問題：
[0082] Α、采用四周封閉型結(jié)構(gòu)，真正實現(xiàn)了空氣動力學意義下的試驗風洞，解決了風蝕 風洞傳統(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、實現(xiàn)了多用途。第一種用途是本實用新型風洞設(shè)備第一、第二試驗段的底板是 活動的，可拆卸的，這樣既可用作風蝕風洞此時，取下底板，呈倒"U"型，又可用作空氣動力 學風洞此時，裝上底板，呈四周封閉型。第二種用途是本實用新型風洞設(shè)備既可用于室內(nèi)模 擬試驗，又可用于室外的野外吹風試驗。
[0084] C、本實用新型風洞設(shè)備擺動機構(gòu)利用了理論力學的運動學理論。在本實用新型 中，采用2臺電機分別獨立驅(qū)動2套機構(gòu)，分別實現(xiàn)2個相互獨立的機械運動，而2個機械運動 又被最終合成在擺動機構(gòu)的出風口部位。于是，該出風口部位的運動是一個旋轉(zhuǎn)運動和一 個擺動的合成運動。該合成運動可以模擬各種狀態(tài)下的自然風，例如直流風，旋風，傾斜風 及各種組合形式下的復雜風等。
[0085] D、本實用新型風洞設(shè)備加沙裝置利用重力原理自然落沙，經(jīng)第一、第二試驗段混 合，在出風口處可形成均勻的挾風沙氣流。通過控制進沙量，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試驗提供了極大的便利。因為該沙塵氣流條件完全可 以由人工控制實現(xiàn)。
[0086] E、本實用新型風洞設(shè)備的可調(diào)式支架結(jié)構(gòu)，其高度可調(diào)，真正實現(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試驗。
[0087] F、本實用新型風洞設(shè)備能夠提供完全由人工自動控制各種近自然風，從而避開自 然風隨機、易變、不可重復等限制，并可重復多次提供相同流場的同一空氣氣流包括無沙和 有沙，這可以增加重復試驗組，為科學研究提供大量真實、有效數(shù)據(jù)。 【【附圖說明】】
[0088] 圖1是本實用新型風洞設(shè)備整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0089] 圖2是本實用新型風洞設(shè)備野外吹風試驗示意圖；
[0090] 圖3是本實用新型風洞設(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是本實用新型風洞設(shè)備擺動機構(gòu)6結(jié)構(gòu)示意圖；
[0093] 圖6是擺動機構(gòu)扇形齒板6-4結(jié)構(gòu)示意圖；
[0094] 圖中：
[0095] 1、動力段;2、過渡段;3、第一試驗段;4、第二試驗段；
[0096] 5、加沙裝置;5-1、一級插板式控制機構(gòu);5-2、步進電機;5-3、傘狀斜板；
[0097] 6、擺動機構(gòu);6-1、第一步進電機;6-2、第一小齒輪;6_3、大齒圈；6_4、扇形齒板;6-5、第二步進電機;6-6、第二小齒輪;6-7、轉(zhuǎn)動軸。 【【具體實施方式】】
[0098]通過下述實施例將能夠更好地理解本實用新型。
[0099] 實施例1:本實用新型的可移動式灌草叢野外測試風洞設(shè)備
[0100] 該風洞設(shè)備由動力段1、過渡段2、第一試驗段3、第二試驗段4、加沙裝置5、擺動機 構(gòu)6與底座支撐架組成；
[0101] 動力段1是由在圓形管內(nèi)安裝的電機功率3kw可控電機組與由它帶動的具有軸流 式結(jié)構(gòu)的風扇組成;過渡段2由圓形管與四方錐管連接而成，它的一端為圓形進風口，它的 另一端為四方錐管端，該四方錐管端與第一試驗段3、第二試驗段4依次串聯(lián)連接;與第一試 驗段3相連的過渡段2-端、第一試驗段3與第二試驗段4都是四方管;第一試驗段3與第二試 驗段4四方管下部是可拆卸式底板;第二試驗段4四方管頂部與兩側(cè)設(shè)置長50cm、寬40cm的 透明有機玻璃觀察窗口。動力段1、過渡段2、第一試驗段3、第二試驗段4與擺動機構(gòu)6的長度 比是1:2.5:2.7:2.8:2.0。野外測試風洞設(shè)備總長度與第一試驗段3寬度之比是1.1:0.1。
[0102]第二試驗段4的一端與第一試驗段3連接，而它的另一端與擺動機構(gòu)6連接。在擺動 機構(gòu)6頂部設(shè)置由常州雙杰電子有限公司以商品名39BYGB0413系列步進電機銷售的第一步 進電機6-1與第一小齒輪6-2,它們的有效徑比為1:5;在擺動機構(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]第一步進電機6-1驅(qū)動第一小齒輪6-2轉(zhuǎn)動，從而帶動大齒圈6-3沿著轉(zhuǎn)動軸6-7轉(zhuǎn) 動；在擺動機構(gòu)6底部設(shè)置由常州雙杰電子有限公司以商品名39BYGB0413系列步進電機銷 售的第二步進電機6-5與第二小齒輪6-6,它們的有效徑比為1:5;由第二步進電機6-5通過 第二小齒輪6-6帶動位于擺動機構(gòu)6下方的扇形齒板6-4擺動。
[0104] 動力段1、過渡段2、第一試驗段3、第二試驗段4與擺動機構(gòu)6是由法蘭與紙質(zhì)密封 墊連接的。
[0105] 在第一試驗段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構(gòu)5-1 與二級控制機構(gòu)組成，而二級控制機構(gòu)是由常州雙杰電子有限公司以商品名39BYGB0413系 列步進電機銷售的步進電機5-2與具有折彎結(jié)構(gòu)的傘狀斜板5-3構(gòu)成；由步進電機5-2驅(qū)動 傘狀斜板5-3移動，以實現(xiàn)加沙量的精確控制。
[0106] 位于風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的機械可調(diào)式底座支 撐架。
[0107] 實施例2:本實用新型的可移動式灌草叢野外測試風洞設(shè)備
[0108] 該實施例的實施方式與實施例1相同，只是在圓形管內(nèi)安裝的電機的功率是3kw; 透明有機玻璃觀察窗口的長是50cm、寬是30cm;動力段1、過渡段2、第一試驗段3、第二試驗 段4與擺動機構(gòu)6的長度比是1:2.8:2.5:2.5:1.8。野外測試風洞設(shè)備總長度與第一試驗段3 寬度之比是1.0:0.1。第一步進電機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;第二步進電機6-5與第二小齒輪6-6的有效徑比為1:4; 機械可調(diào)式底座支撐架的可調(diào)整高度是75cm。
[0109] 實施例3:本實用新型的可移動式灌草叢野外測試風洞設(shè)備
[0110] 該實施例的實施方式與實施例1相同，只是在圓形管內(nèi)安裝的電機的功率是4kw; 透明有機玻璃觀察窗口的長是50cm、寬是25cm;動力段1、過渡段2、第一試驗段3、第二試驗 段4與擺動機構(gòu)6的長度比是1:3.5:3.1:3.1:2.2。野外測試風洞設(shè)備總長度與第一試驗段3 寬度之比是1.3:0.1。第一步進電機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;第二步進電機6-5與第二小齒輪6-6的有效徑比為1:6;機械 可調(diào)式底座支撐架的可調(diào)整高度是100cm。
[0111] 實施例4:本實用新型的可移動式灌草叢野外測試風洞設(shè)備
[0112] 該實施例的實施方式與實施例1相同，只是在圓形管內(nèi)安裝的電機的功率是4kw; 透明有機玻璃觀察窗口的長是40cm、寬是25cm;動力段1、過渡段2、第一試驗段3、第二試驗 段4與擺動機構(gòu)6的長度比是1:3.2:3.5:3.2:2.0。野外測試風洞設(shè)備總長度與第一試驗段3 寬度之比是1.3:0.1。第一步進電機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;第二步進電機6-5與第二小齒輪6-6的有效徑比為1:5;機 械可調(diào)式底座支撐架的可調(diào)整高度是125cm。
[0113] 實施例實施效果說明：下面將對比說明本實用新型野外風洞設(shè)備與現(xiàn)有風蝕風洞 的不同點與先進性。
[0114] 1、風洞本體結(jié)構(gòu)
[0115] 附表1本實用新型野外風洞設(shè)備與現(xiàn)有風蝕風洞的結(jié)構(gòu)對比
[0116]
[0117] 附：表中，現(xiàn)有風蝕風洞選取了中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所韓慶杰等 的一種可移動便攜式風蝕風洞和內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學研制的0FDY-1.2型風蝕風洞日期：
[0118] 2005.07。
[0119] 2、整機支撐架
[0120]上述2種現(xiàn)有風蝕風洞均為落地式結(jié)構(gòu)，沒有整機支撐架。因此，均不能進行離地 測試。本實用新型野外測試風洞裝置設(shè)有整機支撐架，且在5〇Cm-125cm之間可調(diào)，完全可實 現(xiàn)離地測試。
[0121] 3、擺動機構(gòu)
[0122] 中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所李宏等的風洞實驗模擬野外不同風向的 裝置，為了實現(xiàn)模擬野外不同風向，采用的是將現(xiàn)有風蝕風洞整機放置于一個直徑為 1000mm大的圓盤上進行整體回轉(zhuǎn)。缺點:①只能使風洞整機在水平面內(nèi)進行轉(zhuǎn)動，風洞直風 由原來的固定風向僅變?yōu)閱我晦D(zhuǎn)動風向，但只有1個自由度，所能提供的風向成分單一;② 其單一轉(zhuǎn)動風向是對風洞內(nèi)部對象作用;③使風洞整機置于圓盤上進行整體回轉(zhuǎn)，使得該 裝置整體結(jié)構(gòu)笨重，整機重量大，耗能大。
[0123] 本實用新型野外測試風洞裝置利用一套擺動機構(gòu)，運用了剛體運動學的原理，利 用機構(gòu)運動的復合原理，采用一個旋轉(zhuǎn)運動和一個擺動的合成運動，實現(xiàn)了擺動機構(gòu)在2個 自由度上的運動合成，可以提供成分復雜的各種風向的復雜風。本實用新型野外測試風洞 裝置與上述裝置的本質(zhì)不同點在于不僅能提供成分復雜的各種風向的復雜風，而且所作用 對象是風洞外部的灌草叢。另外，由于擺動機構(gòu)與風洞本體相對獨立，當擺動機構(gòu)運動時， 風洞本體并不運動，于是，轉(zhuǎn)動部分重量小，轉(zhuǎn)動靈活，耗能小。
【主權(quán)項】
1. 一種可移動式灌草叢野外測試風洞設(shè)備，其特征在于該風洞設(shè)備由動力段（1)、過渡 段(2)、第一試驗段(3)、第二試驗段(4)、加沙裝置(5)、擺動機構(gòu)(6)與底座支撐架組成； 動力段（1)是由在圓形管內(nèi)安裝的可控電機組與由它帶動的風扇組成;過渡段(2)由圓 形管與四方錐管連接而成，它的一端為圓形進風口，它的另一端為四方錐管端，該四方錐管 端與第一試驗段(3)、第二試驗段(4)依次串聯(lián)連接;與第一試驗段(3)相連的過渡段(2) - 端、第一試驗段(3)與第二試驗段(4)都是四方管； 第二試驗段(4)與擺動機構(gòu)(6)連接； 加沙裝置(5)位于第一試驗段(3)右端上方。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外測試風洞設(shè)備，其特征在于動力段（1)、過渡段(2)、第一 試驗段(3)、第二試驗段(4)與擺動機構(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所述的野外測試風洞設(shè)備，其特征在于動力段（1)、過渡段(2)、第一 試驗段(3)、第二試驗段(4)與擺動機構(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所述的野外測試風洞設(shè)備，其特征在于所述野外測試風洞設(shè)備總長 度與第一試驗段(3)寬度之比是1.0~1.4:0.1。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外測試風洞設(shè)備，其特征在于第一試驗段(3)與第二試驗段 (4)四方管下部是可拆卸式底板。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外測試風洞設(shè)備，其特征在于第二試驗段(4)四方管頂部與 兩側(cè)設(shè)置透明有機玻璃觀察窗口。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外測試風洞設(shè)備，其特征在于加沙裝置(5)是由一級插板式 控制機構(gòu)(5-1)與二級控制機構(gòu)組成，而二級控制機構(gòu)是由步進電機(5-2)與傘狀斜板(5-3)構(gòu)成；由步進電機(5-2)驅(qū)動傘狀斜板(5-3)移動，以實現(xiàn)加沙量的精確控制。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外測試風洞設(shè)備，其特征在于在擺動機構(gòu)(6)頂部設(shè)置第一 步進電機(6-1)與第一小齒輪(6-2);在擺動機構(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，第一步進電機(6-1)驅(qū)動第一小齒輪(6-2)轉(zhuǎn)動，從而帶動大齒圈（6-3)沿著轉(zhuǎn)動軸(6-7)轉(zhuǎn)動； 在擺動機構(gòu)(6)底部設(shè)置第二步進電機(6-5)與第二小齒輪(6-6);由第二步進電機(6-5)通過第二小齒輪(6-6)帶動位于擺動機構(gòu)(6)下方的扇形齒板(6-4)擺動。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外測試風洞設(shè)備，其特征在于位于風洞本體的底座支撐架 用角鋼焊接而成，而底座支撐架與風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所述的野外測試風洞設(shè)備，其特征在于所述的風洞設(shè)備提供完全由 人工控制的含有或不含有沙的直風、旋風、傾斜風以及各種組合形式的復雜風。
【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