一种可移动式灌草丛野外测试风洞设备的制造方法
【专利说明】-种可移动式灌草化野外测试风洞设备 【技术领域】
[0001] 本发明属于森林保护技术领域。更具体地，本发明设及一种可移动式灌草丛野外 测试风桐设备。 【【背景技术】】
[0002] 针对沙柳等灌木林生态采伐理论方面的研究论文尚较少见于报道，其采伐理论正 处于前期探索阶段。现有的灌木丛采伐理论是W整株灌丛为最小平巷单位的区域性皆伐作 业，其弊端很多，例如会导致地表植被覆盖度下降，从而使水分过度流失，"肥岛效应"消失， ±壤沙化加剧，灌木林采伐后生长缓慢和整体退化。
[0003] 对整株灌丛及灌木林的结构参数与生态功能进行多学科、系统性的科学研究是一 条切实可行的研究路线。W整株灌丛的结构参数为问题的关键点，通过室内模拟试验和野 外吹风试验，分析、探索整株灌丛的不同丛状结构下固阻沙机理，找到灌丛结构参数与灌丛 在保肥、保水的均匀稳定、防风、阻沙的生态功能之间是内在规律，是森林防护领域的新的 理论研究重点。
[0004] 在上述研究中，专用的灌草丛野外测试方法及专用设备是关键基础条件之一。近 年来，在少数对灌草丛固阻沙及采伐机制的科研试验中，都是借用风蚀风桐。而风蚀风桐是 用于监测野外地表风蚀、风沙流动过程的专用设备。借用风蚀风桐存在下述问题:首先是风 蚀风桐均为倒"U"型结构，没有底版，运必然会影响风桐内空气气流的均匀性和稳定性;其 次是风蚀风桐都是大中型设备，结构庞大，功率大，不便于野外携带与作业;第Ξ是试验空 间均为风桐内部，不能实现风桐外部区域的风桐试验。
[0005] 综上所述，现有的灌草丛固阻沙及采伐机制的科研试验存在W下问题：
[0006] 第一、借用风蚀风桐不能满足灌草丛试验要求。运是因为风蚀风桐都是近地表测 试，需将被测对象置于风桐内部。而沙柳等大型灌木丛的整株高度一般是在300cm左右，难 W置于风桐内部，测试难W进行。并且，风蚀风桐不能进行离地试验和外部吹风试验。
[0007] 第二、经文献查阅知道，风蚀风桐在可移动、便携性方面还很差。一般重量都在1吨 W上，主电机功率一般在5kw W上，需配专口的大中型发电机组（1 Okw W上）。
[000引第Ξ、现有的灌草丛野外风沙试验均利用自然风，采集的数据完全依赖自然风条 件。而自然风在风速、压力、含沙量上存在着随机性和可变性，运使得试验工作条件受到很 大限制。
[0009] 因此，设计一种专口用于灌草丛结构参数与生态功能关系的野外测试设备就显得 十分必要。通过检索文献，至今尚未发现与本发明主题密切相关的文献报道。
[0010] 本发明人在总结现有技术的基础之上，通过大量试验研究，终于完成了本发明。 【
【发明内容】
】
[0011] [要解决的技术问题]
[0012] 本发明的目的是提供一种可移动式灌草丛野外测试风桐设备。
[001引[技术方案]
[0014] 本发明是通过下述技术方案实现的。
[0015] 本发明设及一种可移动式灌草丛野外测试风桐设备。该风桐设备由动力段1、过渡 段2、第一试验段3、第二试验段4、加沙装置5、摆动机构6与底座支撑架组成；
[0016] 动力段1是由在圆形管内安装的可控电机组与由它带动的风扇组成;过渡段2由圆 形管与四方锥管连接而成，它的一端为圆形进风口，它的另一段为四方锥管端，该四方锥管 端与第一试验段3、第二试验段4依次串联连接;与第一试验段3相连的过渡段2-端、第一试 验段3与第二试验段4都是四方管；
[0017] 第二试验段4与摆动机构6连接；
[0018] 加沙装置5位于第一试验段3右端上方。
[0019] 根据本发明的一种优选实施方式，动力段1、过渡段2、第一试验段3、第二试验段4 与摆动机构6的长度比是1:2.5~3.5:2.5~3.5:2.5~3.5:1.8~2.2。
[0020] 根据本发明的另一种优选实施方式，动力段1、过渡段2、第一试验段3、第二试验段 4与摆动机构6是由法兰与纸质密封垫连接的。
[0021] 根据本发明的另一种优选实施方式，所述野外测试风桐设备总长度与第一试验段 3宽度之比是1.0~1.4:0.1。
[0022] 根据本发明的另一种优选实施方式，第一试验段3与第二试验段4四方管下部是可 拆卸式底板。
[0023] 根据本发明的另一种优选实施方式，第二试验段4四方管顶部与两侧设置透明有 机玻璃观察窗口。
[0024] 根据本发明的另一种优选实施方式，加沙装置5是由一级插板式控制机构5-1与二 级控制机构组成，而二级控制机构是由步进电机5-2与伞状斜板5-3构成；由步进电机5-2驱 动伞状斜板5-3移动，W实现加沙量的精确控制。
[0025] 根据本发明的另一种优选实施方式，在摆动机构6顶部设置第一步进电机6-1与第 一小齿轮6-2;在摆动机构6上设置大齿圈6-3,大齿圈6-3与第一小齿轮6-2晒合，第一步进 电机6-巧E动第一小齿轮6-2转动，从而带动大齿圈6-3沿着转动轴6-7转动；
[0026]在摆动机构6底部设置第二步进电机6-5与第二小齿轮6-6;由第二步进电机6-5通 过第二小齿轮6-6带动位于摆动机构6下方的扇形齿板6-4摆动。
[0027] 根据本发明的另一种优选实施方式，位于风桐本体的底座支撑架用角钢焊接而 成，而底座支撑架与风桐本体用螺栓连接固定起来。所述的底座支撑架是一种可调整高度 为50~125cm的机械可调式底座支撑架。
[0028] 根据本发明的另一种优选实施方式，所述的风桐设备提供完全由人工控制的含有 或不含有沙的直风、旋风、倾斜风W及各种组合形式的复杂风。
[0029] 下面将更详细地描述本发明。
[0030] 沙柳是内蒙古西部沙地的一种常见的沙生灌木。沙柳整株生长，散布于沙地中。整 株沙柳约有60~200棵柳条，每棵柳条长短不等，最长的有3~4米，其平均直径为10~30cm。 整株沙柳灌丛高度约为2~4米，灌丛底部直径为60cm左右，顶部直径为300cm左右。本发明 的可移动式灌草丛野外测试风桐设备适合于在运种环境下进行固阻沙、保肥、保水等生态 学野外吹风测试。利用本发明风桐设备，不仅在室内可进行传统意义上的风桐内部模型试 验，而且通过一个摆动机构，可实现全方位模拟自然风条件进行风桐外部大范围区域的灌 草丛野外风桐试验，实现了多用途。同时，由于本发明风桐设备采用了一套加沙装置，可使 本发明风桐能提供清洁空气气流和不同含沙量的挟风沙空气气流等多种接近自然风条件。
[0031] 本发明设及一种可移动式灌草丛野外测试风桐设备。该风桐设备由风桐本体、加 沙装置与摆动机构Ξ部分组成。具体地，该风桐设备由动力段1、过渡段2、第一试验段3、第 二试验段4、加沙装置5、摆动机构6与底座支撑架组成，具体结构可W参见附图1。
[0032] 动力段1是由在圆形管内安装的可控电机组与由它带动的风扇组成。本发明使用 的可控电机组的电机功率通常为3~4kw，采用变频器控制，W实现调速。在野外作业时需配 套4~6kw小型汽油发电机。本发明使用的风扇是一种具有轴流式结构的风机风扇，运种风 机送风量通常是22000~24500m3 A。
[0033] 本发明使用的风机例如是由上海应达风机股份有限公司W商品名SF型系列轴流 通风机销售的产品。
[0034] 过渡段2由圆形管与四方锥管连接而成，它的一端为圆形进风口，它的另一段为四 方锥管端，该四方锥管端与第一试验段3、第二试验段4依次串联连接;与第一试验段3相连 的过渡段2-端、第一试验段3与第二试验段4都是四方管。运个四方管的横截面例如是0.5m X0.5m，当然，根据实际使用的需要，运个四方管的横截面可W大些或小些。
[0035] 第一试验段3与第二试验段4四方管下部是可拆卸式底板。
[0036] 第二试验段4四方管顶部与两侧设置透明有机玻璃观察窗口，便于观察及使用高 速摄影机监测照相。
[0037] 在本发明中，动力段1、过渡段2、第一试验段3、第二试验段4与摆动机构6的长度比 是1:2.5~3.5:2.5~3.5:2.5~3.5:1.8~2.2。在本发明中，如果其中任一段超过其范围时 都是不利的，运是因为按照空气动力学W及灌草丛野外试验要求，同时兼顾多用途作用，为 保证风桐内部空气的均匀稳定流场品质，经计算得出的。如果超过其范围，则不能保证风桐 内部空气的均匀流场品质。
[0038] 动力段1、过渡段2、第一试验段3、第二试验段4与摆动机构6是由法兰与纸质密封 垫连接的。
[0039] 在本发明中，第二试验段4与摆动机构6连接。
[0040] 本发明采用的摆动机构6是一种能够任意改变出风气流方向的机构。摆动机构的 出风口运动轨迹由旋转运动与定轴摆动两者合成而成，因此可W实现出风口气流在空间上 的任意气流流场控制，从而保证了灌草丛风桐野外测试数据的客观、真实。
[0041] 如附图5所示，摆动机构6是一个自由度为2的机构，其中：
[0042] 定轴摆动的运动方程如下：
[0043] Si = h〇i = li ω it
[0044] 旋转运动的运动方程如下：
[0045]
[0046] 因此，出风口部分特征点的运动方程如下：
[0047]
[004引 式中；
[0049] S-特征点的弧坐标；
[0