专利名称：一种魔力水车的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种科普产品，特别涉及一种科技馆展出的智能材料应用魔力水车。
背景技术：
随着科学技术的进步，世界科技馆事业获得了蓬勃的发展，目前世界科技博物馆的数量约4000座，稍有名气的达900余座。近三十年来，随着科学技术的大突破，直接地诱发并更新了一大批科技馆的诞生和发展，目前世界上的科技馆绝大多数都是五十年代以后建设和发展起来的(二次世界大战前，世界上仅有二、三百座科技馆)。中国在文革前全国仅有一座以社会普及教育为宗旨的、达到一定规模的科技馆，即北京的国家科技馆。八十年代安徽蚌埠建立了全国第二座，九十年代又先后有天津、嘉兴二座同样类型的科技馆诞生。目前据不完全统计，全国不下十几个城市正在积极筹建、改造和更新科技馆，使其达到一定规模、向社会公众开放，例如安徽、合肥、上海、广州、郑州等地，目前我国科技馆正进入一个新的蓬勃发展的时期。
一个多世纪以来，科技馆走过了从主要收藏、陈列动、植物和矿物等自然万物标本的自然博物馆，经历了主要展出科学仪器，机器设备交流工具等人工制造的实物和模型的科技博物馆，到目前以举办现代科学技术展览，组织各科技活动为主要内容的新型社会教育阵地的现代科技馆，现代科技馆的展品也转向科学性、普及性、趣味性。
为了从根本上提高全民族科学文化水平和素质，造就符合时代要求的有科学意识、创造智慧、开拓能力的新一代，科技馆将成为担负起时代重任的新型社会教育阵地。到科技馆的人，都可以根据自己的需要和爱好。在这知识的海洋中跳跃式地、自由地、积极主动地摄取科学的养分。它以最易于接受和理解的形象化手法，启迪不同年龄、不同文化修养、不同职业的人们的思维，激发他们的探索精神和创造灵感。
智能材料是九十年代以来的的热门话题，近些年来越来越被人们所重视，本实用新型的目的是提出一种应用智能材料制作的科技馆展品魔力水车，水车本身没有任何动力驱动，但转动圆盘可以不停地旋转，发人深省。魔力水车经过热水而不停地转动现象，展示智能“双向记忆合金”的物理特性，向参观者介绍新材料、运动学方面的知识。
本实用新型的技术方案是一种魔力水车由叶片(1)、轴承(2)、转动圆盘(3)、支座(4)、水槽(5)组成，其特征在于水车转动圆盘的叶片(1)呈长方形直片状用螺钉固定在转动圆盘(2)的外圆，圆盘(2)用质地轻的材料透明有机玻璃制作，圆盘(2)的中心安装有钢材制作的、润滑性能好的空心轴承(3)；叶片(1)、轴承(2)、转动圆盘(3)连接在一起形成的水车转盘固定在钢材制作的支座(4)上、支座(4)的底座呈长方型钢块和连接的水车转盘形成一体，自身保持平衡放置在在水槽(5)的底座上；由双向记忆合金制作的叶片(1)，在温度控制T的条件下可按预先确定的形状弯曲和伸展，叶片(1)进入水槽(5)确定温度的水中后，发生弯曲，产生划水作用，带动圆盘(2)转动。
本实用新型的有益效果是魔力水车是智能材料应用的一个非常好的范例，使公众能够对智能材料有非常实际的感性认识，能激发和培养青少年对智能材料研究和应用的兴趣，为今后投身我国智能材料领域奠定基础。
魔力水车看似简单，但结构精密，涉及众多当代热门学科，构思巧妙，发人深思，魔力水车涉及流体力学、功能原理、精密机械制作和自动控制等学科和原理，可向青少年普及相应学科的基本知识。
图面说明
图1是魔力水车的结构示意图。
以下结合附图对本实用新型实施例作进一步说明
图1是魔力水车的结构示意图。魔力水车由叶片1、轴承2、转动圆盘3、支座4、水槽5组成，水车转动圆盘的叶片1呈长方形直片状用螺钉固定在转动圆盘2的外圆，圆盘2用质地轻的材料透明有机玻璃制作，圆盘2的中心安装有钢材制作的、润滑性能好的空心轴承3。
叶片1、轴承2、转动圆盘3连接在一起固定在钢材制作的支座4上，支座4的底座呈长方型钢块和连接的水车形成一体，自身保持平衡放置在在水槽5的底座上。
双向记忆合金制作的叶片1，在温度控制T的条件下可按预先确定的形状弯曲和伸展，在进入水槽5确定温度的水中后，发生弯曲，产生划水作用，带动圆盘2转动。在制作魔力水车的过程中要注意①需要精心选择叶片的材料和弯曲的形状，主要问题是选择叶片弯曲和伸展的温度、发生形变的速度等，这些问题需要经过大量反复的实验来确定。
②转动圆盘材料和轴承的选择，主要是圆盘材料质地要轻，但又要坚固、耐用、美观，易于加工。轴承考虑用空气轴承。
③水温的选择和控制靠温控T控制，控制水温使叶片在到达一定的深度后在发生弯曲。
魔力水车也可以作为一般的科普展品，放在其它展区内展示，其整体尺寸也可以根据不同展区的整体规划作适当调整。魔力水车可放置在科技馆前大厅的中厅，正对大厅入口处，水车整体高约3．5米，占地面积约3米×4米(包括周边1米的隔离区域)，其形象高大，引人注目。
假定叶片的面积为S(L×R)，产生弯曲的角速度为W，发生弯曲的弧度为以R为半径的圆弧，水的密度为ρ。则叶片弯曲划水时产生的推力fi推(t1)=∫RO w(t)·L·ρ·dr其中，i为叶片序数t1为第i叶片的划水时间而由于圆盘带动第i片叶片在水中产生的阻力可估算为 其中V为圆盘转动的速度t2为第i叶片弯曲后在水中经历的时间所以有，当fi推(t1)-fi阻(t2)-f空-f摩≥0其中f空为空气对圆盘运动的阻力f摩为圆盘转动轴承的摩擦力时，圆盘可持续转动。
为了使观众对奇妙的记忆合金有更深入的感性认识，可以考虑在水车周围放几片记忆合金叶片，观众可以手拿着叶片观察叶片进入水中弯曲和离开水后伸展的现象。
还可进一步考虑生产一批可以手拿着的小水车，将它们放入热水中，也可以自动旋转，作为商品向观众出售。
从魔力水车的功能原理可知，水车能够连续转动，需要叶片的划水力量大，这就要求叶片能在适当的水深处快速弯曲；又要求叶片在弯曲后，迎面对水的阻力要充分流线型，而对水的阻力要尽量小；为了减小叶片对空气的阻力，还需要叶片能在适当的位置慢慢开展；为了减小旋转轴承的摩擦力，一方面转动圆盘的重量要轻，另一方面轴承润滑性能要好。
另外，水槽水的温度选择也需要特别考虑，温度太高，叶片刚入水后很快弯曲，划水效果不好。温度低了，快出水时才弯曲不但得不到很好的划水效果，而且增加了叶片在水中的阻力，一般使温度控制在高温＞55℃，低温＜35℃。
权利要求1．一种魔力水车由叶片(1)、轴承(2)、转动圆盘(3)、支座(4)、水槽(5)组成，其特征在于水车转动圆盘的叶片(1)呈长方形直片状用螺钉固定在转动圆盘(2)的外圆，圆盘(2)用质地轻的材料透明有机玻璃制作，圆盘(2)的中心安装有钢材制作的、润滑性能好的空心轴承(3)；叶片(1)、轴承(2)、转动圆盘(3)连接在一起形成的水车转盘固定在钢材制作的支座(4)上，支座(4)的底座呈长方形钢块和连接的水车转盘形成一体，自身保持平衡放置在水槽(5)的底座上；双向记忆合金制作的叶片(1)，在温度控制T的条件下可按预先确定的形状弯曲和伸展，叶片(1)进入水槽(5)确定温度的水中后，发生弯曲，产生划水作用，带动圆盘(2)转动。
专利摘要本实用新型涉及一种智能材料应用的魔力水车,该水车由叶片、轴承、转动圆盘、支座、水槽组成。由双向记忆合金制作的水车叶片进入水槽确定温度的水中后,发生弯曲,产生划水作用,带动圆盘转动。魔力水车经过热水而不停地转动现象,展示智能“双向记忆合金”的物理特性,向参观者介绍新材料、运动学方面的知识。
文档编号G09B23/00GK2429649SQ0022108
公开日2001年5月9日 申请日期2000年7月17日 优先权日2000年7月17日
发明者葛运建, 戈瑜, 丁力, 孙怡宁 申请人:中国科学院合肥智能机械研究所