一种可控速度角度的自然沙粒发射装置的制作方法

本发明涉及一种可控速度角度的自然沙粒发射装置，属于机械技术领域。

背景技术：
风沙运动所带来的影响无处不在，其造成的后果已经成为世界重大环境问题之一。由于世界范围内植被的大量砍伐、沙漠地区风沙运动的蔓延，土地荒漠化，沙漠化越来越严重。到1998年已经有大约9亿人，100个国家遭受沙漠化的影响。更可怕的是，预计到2025年，这些数字还会翻倍。目前,全世界的沙漠总面积己达700万平方千米，约地球陆地面积的25%都存在一定程度的荒漠化现象。每年，世界上就会有4150万公顷的土地失去生产能力。中国更是沙漠化的重灾区，沙漠、戈壁和沙漠化土地面积已经占到国土面积的27.64%左右，不仅如此，仅在20世纪90年代，我国沙漠化土地的面积约以每年2460平方千米的速度扩展。西部地区由于干旱气候的影响，加之植被的砍伐，有些地区如今已是极目望不尽头的悲凉情景。然而，如果只是荒漠化，沙漠化，其影响终究有限，但伴随荒漠化，沙漠化，还有许多更严重的危害。在中国西部及中部地区，大规模的风沙运动不断的破坏人类的房屋，道路，铁路的各种设施，甚至于灾害发生时，不少人员因此丧生。即便是靠近沿海地区，同样遭受着大规模风沙运动的摧残。我们已经不止一次的看到北京首都某天风沙的情景，我们已经不止一次的看到风沙如魔鬼般一路从西部地区席卷至祖国的东边。现如今，漂浮在空气中的沙尘已经越来越威胁着我们的健康，我们可以看到，呼吸道疾病的发病率已经开始上升。防治沙漠化，荒漠化，乃至于防治大规模风沙运动、沙尘暴已经刻不容缓。风沙运动主要通过跃移方式进行，由于风速增加，带起一些地表沙粒，这些沙粒在空中经由风加速后，撞击地表沙粒溅起更多沙粒。随着被溅起的沙粒越来越多，规模越来越大，最终形成大规模的风沙运动。这个过程中，沙粒撞击地表反弹并溅起其他地表沙粒的过程是关键的一步，在风沙物理学中，称为粒-床碰撞过程。粒-床碰撞过程是沙粒跃移运动的一个关键问题，学者们如此评价：粒一床碰撞分析及其力学建模是风沙运动机理研究工作的核心，是揭示沙粒微观运动与宏观风沙流运动之间联系的最关键步骤和唯一最有效的途径。由于沙粒粒径细小（0.05-0.5mm），不规则等特性，目前世界上粒-床碰撞的实验研究还没有能够发射风沙流尺度下沙粒的装置或仪器。大多数此类实验都采用了粒径更大，更规则的替代材料如玻璃珠，PVC材料等。然而，替代材料在材质、粒径、形状上都与自然沙粒相去甚远，其结果根本无法适用自然沙粒。由于缺少能够发射风沙流尺度下沙粒的装置或仪器，实验直接测量自然粒-床碰撞过程以及沙粒起跃特性、分布函数的工作已经停滞多年。

技术实现要素：
本发明提供一种可控速度角度的自然沙粒发射装置，能解决上述难题，可发射速度与角度可控的沙粒，其结合高速摄影等仪器即可研究粒床碰撞过程。为解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案：一种可控速度角度的自然沙粒发射装置，包括可拆卸外壳、可转动铁圈、“z”形进沙管、六翼螺旋桨、传动轴承，所述可拆卸外壳为扁圆筒形，可拆卸外壳的内壁设有环形滑道，可拆卸外壳的环形滑道处连接可转动铁圈，所述“z”形进沙管固定于所述可转动铁圈，所述可拆卸外壳上开有条形卡槽和射沙口，“z”形进沙管的一端从所述条形卡槽伸出，拨动“z”形进沙管，实现可转动铁圈的转动和“z”形进沙管在条形卡槽内有限范围内的活动；六翼螺旋桨连接于传动轴承内圈，所述传动轴承的外圈连接于可拆卸外壳内壁的中部，所述六翼螺旋桨的传动轴连接电机；所述传动轴承把螺旋桨与可转动铁圈串联在一起；“z”形进沙管的另一端伸至六翼螺旋桨的旋转圈边缘外；将可拆卸外壳的两端连接盖后形成封闭的空间。进一步地，所述可拆卸外壳由两个半圆壳组成，两个半圆壳的一端铰接连接，另一端采用卡扣活动连接方法连接。进一步地，所述自然沙粒发射装置包括有底座，底座的上表面为弧形，恰好适合于可拆卸外壳的外圆面。进一步地，所述射沙口的形状为沿着可拆卸外壳的长条形，从可拆卸外壳的中部沿至中下部。进一步地，所述底座为材质为金属，底座顶部两侧设有固定装置，利用螺栓将自然沙粒发射装置固定。进一步地，所述“z”形进沙管的射沙端口朝向与六翼螺旋桨的旋转方向相反。进一步地，在条形卡槽的槽口两侧设有调节刻度。本发明涉及的这种可控速度角度的自然沙粒发射装置，可发射速度与角度可控的沙粒，其结合高速摄影等仪器即可研究粒床碰撞过程。附图说明图1为本发明一种可控速度角度的自然沙粒发射装置内部结构图；图2为本发明一种可控速度角度的自然沙粒发射装置正视图；图3为本发明一种可控速度角度的自然沙粒发射装置可拆卸外壳结构图；图4为本发明一种可控速度角度的自然沙粒发射装置可拆卸外壳结构图；图5为本发明一种可控速度角度的自然沙粒发射装置“z”形进沙管结构示意图；图6为本发明一种可控速度角度的自然沙粒发射装置六翼螺旋桨结构示意图；图中标记如下：1、可拆卸外壳；2、可转动的铁圈；3、“z”形进沙管；4、六翼螺旋桨；5、传动轴承；6、底座；7、条形卡槽；8、卡扣；9、合页；10、环形滑道；11、射沙口。具体实施方式如图1所示，可控速度角度的自然沙粒发射装置包括可拆卸外壳1、可转动铁圈2、“z”形进沙管3、六翼螺旋桨4、传动轴承5，所述可拆卸外壳1为扁圆筒形，可拆卸外壳1的内壁设有10环形滑道，可拆卸外壳的环形滑道处连接可转动铁圈，所述“z”形进沙管3固定于所述可转动铁圈，所述可拆卸外壳上开有条形卡槽7和射沙口，“z”形进沙管3的一端从所述条形卡槽伸出，拨动“z”形进沙管3，实现可转动铁圈2的转动和“z”形进沙管3在条形卡槽内有限范围内的活动；六翼螺旋桨连接于传动轴承内圈，所述传动轴承的外圈连接于可拆卸外壳内壁的中部，所述六翼螺旋桨的传动轴连接电机；所述传动轴承把螺旋桨与可转动铁圈串联在一起；“z”形进沙管3的另一端伸至六翼螺旋桨4的旋转圈边缘外。可拆卸外壳由两个半圆壳组成，两个半圆壳的一端铰接连接，如图3所示，采用合页9连接，另一端采用卡扣8活动连接方法连接。自然沙粒发射装置包括有底座6，底座的上表面为弧形，恰好适合于可拆卸外壳的外圆面。射沙口11的形状为沿着可拆卸外壳的长条形，从可拆卸外壳的中部沿至中下部。底座6为材质为金属，底座顶部两侧设有固定装置，利用螺栓将自然沙粒发射装置固定。“z”形进沙管3的射沙端口朝向与六翼螺旋桨4的旋转方向相反。在条形卡槽的槽口两侧设有调节刻度。实验步骤如下：通过传动轴承把螺旋桨与可转动铁圈串联在一起；可转动铁圈连同螺旋桨和“z”形进沙管放入可拆卸外壳的滑道内，调节到实验所需的角度上：（1）开启电机，螺旋桨转速稳定后在“z”形进沙口放入适量沙粒；（2）沙粒下落会被螺旋桨击中，击中后沙粒速度增大，并有一部分沙粒从射沙口飞出，最后冲击在床面上；（3）调节可转动的铁圈的角度，可以改变沙粒从射沙口飞出后的角度，也就是冲击的入射角度；（4）通过控制终端来调整通过电机的电流强度来调节电机转速，最终起到改变沙粒的入射速度；（5）结合高速摄影等手段可以清楚的观测沙粒对床面撞击的全过程。实验结果如下：借助于本仪器的帮助，进行了1024次粒-床碰撞试验，自然沙粒在粒-床碰撞中的行为与替代颗粒相去甚远。结果包括：（1）与DjaouedBeladjine（07）采用6mm的PVC材料实验结果不同，自然沙粒在粒-床碰撞后的反弹角度与冲击速度有着密切关系随着冲击速度的增加线性减小（其实验表明两者无关）。（2）与DjaouedBeladjine（07）结果不同，反弹速度与冲击速度的比值与冲击速度有关，随着冲击速度的增大线性增大（其使用表明两者无关）。而Francois(2000)的塑料圆盘（玻璃球）实验以及MarkGordon(2011)的玻璃球-沙床碰撞结果甚至相反。（3）颗粒溅射角度与冲击速度有关，随着冲击速度的增大而增大。（4）溅起颗粒数与冲击角度有关，随着冲击角度的增加而减小。（5）当然，实验也证实了前人实验中的许多结论，如：反弹角度随着冲击角度的增大而增大；反弹速度与冲击速度的比值随着冲击角度的增大而减小；溅射角度随着冲击角度的增大而增大；溅起颗粒数随着冲击速度的增大而增大。（6）我们同时对1024组数据进行分组，计算平均值，给出了各个微观物理量随冲击速度、冲击角度的函数关系。同时给出了各个微观物理的分布函数形式，如：反弹角度服从对数正态分布；反弹速度与冲击速度的比值服从正态分布等。综上所述，自然沙粒在粒-床碰撞中的表现更为复杂，各个微观物理量往往与入射颗粒的各个参量都有关系，作用过程存在相互影响，相互耦合。并非规则、大粒径替代材料表现出的，只与其中某个参量有关。有些定性关系甚至完全不一致。这对于帮助理解颗粒与床面的相互作用形式意义巨大。本装置可发射颗粒的粒径并无限制，并非只能发射自然沙粒。本发明所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够作出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。