一种飞掷物定量释放试验装置

技术领域

本发明属于风洞实验相关技术领域，更具体地，涉及一种飞掷物定量释放试验装置。

背景技术

近些年来，世界各地龙卷风灾害频发，给人们的生命财产安全造成了巨大的损失。国家气候中心介绍，龙卷风是在强烈不稳定天气条件下产生的一种小尺度的激烈旋转的空气涡旋，尽管它生命史短暂，但破坏力惊人。龙卷风所经之处会卷携起砖瓦、门窗、碎片、什物等各种飞掷物，各种飞掷物被吸到空中高速转动，然后被抛出，可能会对附近建筑物造成巨大撞击损伤。飞掷物是龙卷风对城市关键建筑(如学校、医院等)最重要甚至唯一的致灾因素，但鉴于试验装置与测试手段的限制，目前国内外仅有极少数龙卷风飞掷物的试验研究，由于缺乏试验验证，极少数相关的数值仿真也仅停留在定性层面。在我国城镇化快速发展，东南沿海人口密集地区龙卷风频发，并已造成重大人员伤亡与财产损失的大背景下，亟需开展龙卷风飞掷物的相关研究。

当前，学者们已经对飞掷物被卷起后的运动轨迹以及对附近建筑的冲击伤害有了一定的试验研究基础。为了实现这样的试验模拟，需要制作一种飞掷物定量释放装置。在风洞试验中模拟出龙卷风后，在其前方放置并开启该装置，定量释放飞掷物，从而实现龙卷风卷携地面碎片(飞掷物)的试验仿真模拟，定量研究飞掷物的在空中运动的一些关键状态。

例如Sterling教授团队已利用气压驱动的方式研发了飞掷物释放装置，实现了在风洞试验的模拟器中对飞掷物的单次释放。但是，对多个飞掷物的释放，并且在考虑定量释放和多次释放方面的研究仍有不足。所以，有必要进行更进一步的研究设计来实现在风洞试验中对飞掷物定量并且多次释放，通过该试验技术可以更深层次的研究探讨飞掷物集群的分布特性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种飞掷物定量释放试验装置，通过对飞掷物释放模块和驱动模块的结构设计，模拟风洞实验中飞掷物的多次连续性或周期性定量释放过程，具有构造简单、操作方便、精确定量控制等优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种飞掷物定量释放试验装置，其特征在于，该装置包括驱动模块和飞掷物释放模块，其中，

所述飞掷物释放模块包括空压机、汇流管和导管束，所述导管束与所述汇流管连接，作为所述汇流管的分支，该导管束用于放置待掷的飞掷物，所述空压机设置在所述汇流管的一端，用于向所汇流管内吹气调节所述导管束内的气压，以此驱动待掷的飞掷物释放；

所述驱动模块包括弹簧、导板和止动销，所述导板设置在所述导管束的上方，该导板上设置有多个与所述导管束开口端一一对应的孔洞，所述弹簧和止动销配合运动，以此改变所述导板上的孔洞与所述导管束开口端的位置对应关系，进而实现导管束开口端的开启或关闭状态的切换；通过控制导管束开口端的开启时间和开启周期，实现飞掷物多次连续性或周期性定量的释放，以此模拟风洞实验中飞掷物的多次连续性或周期性定量释放过程。

进一步优选地，所述止动销的截面呈菱形，菱形的对角线长度不等，该止动销的顶点与所述导板的一端相接触，绕所述止动销的中心旋转该止动销，使得所述导板前后移动。

进一步优选地，所述弹簧呈压缩状态，设置在所述导板的一端，给所述导板施加推力。

进一步优选地，所述汇流管中还设置有止动阀，设置在所述空压机的一端，用于开启或者关闭所述汇流管。

进一步优选地，所述装置还包括驱动电机，该驱动电机用于驱动所述止动阀和止动销的运动。

进一步优选地，所述驱动模块中还包括限位板，该限位板设置在所述导板的上下两侧，避免所述导板在前后运动过程中上下窜动。

进一步优选地，所述导管束的数量为一个或多个，多个导管束均与所述汇流管连通，每个导管束开口端的形状不限，根据待掷的飞掷物的形状选择。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：

1.本发明中通过空压机、汇流管和导管束的设定，在调节驱动电机转动频率和空压机的气压值就能实现飞掷物的不同释放速率，实现飞掷物的连续性释放或是周期性(间歇性)释放等释放状态，真实有效的模拟风洞实验中飞掷物的掷出过程，为后续研究飞掷物的掷出轨迹和集群分布特性提供有利指导；

2.本发明中通过对导管束的设计，尤其导管束的数量以及纵向长度，其均可以控制导管束的容量，导管束的截面形状可以根据飞掷物的形状设定，具有可变性和多变性，同时释放多种或多个飞掷物的好处在于更有利于研究风洞试验中飞掷物的集群分布特性，除了所有导管束都填充飞掷物外，还可以通过仅在单一导管束中填充单一飞掷物的方式实现对单一飞掷物的释放。

附图说明

图1是按照本发明的优选实施例所构建的飞掷物定量释放试验装置的结构示意图；

图2是按照本发明的优选实施例所构建的飞掷物定量释放试验装置的俯视图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-导管束，2-飞掷物，3-止动阀，4-空压机，5-导板，6-弹簧，7-止动销，8-驱动电机，9-汇流管，10-限位板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明提供的一种飞掷物定量释放试验装置，该装置包括驱动模块和飞掷物释放模块，其中：

所述飞掷物释放模块包括空压机、汇流管和导管束，所述导管束与所述汇流管连接，作为所述汇流管的分支，该导管束用于放置待掷的飞掷物，所述空压机设置在所述汇流管的一端，用于向所汇流管内吹气调节所述导管束内的气压，以此驱动待掷的飞掷物释放；

所述驱动模块包括弹簧、导板和止动销，所述导板设置在所述导管束的上方，该导板上设置有多个与所述导管束开口端一一对应的孔洞，所述弹簧和止动销配合运动，以此改变所述导板上的孔洞与所述导管束开口端的位置对应关系，进而实现导管束开口端的开启或关闭状态的切换；通过控制导管束开口端的开启时间和开启周期，实现飞掷物多次连续性或周期性定量释放的释放，以此模拟风洞实验中飞掷物的多次连续性或周期性定量释放过程。

导管束1中填有飞掷物2，在导管束汇集处设置有止动阀3并与空压机4相连，空压机可调节导管束内气压以驱动飞掷物2释放，导板5在与导管束1释放口对应位置开孔，导板5一端连接弹簧6一端与止动销7衔接，止动销7由驱动电机8驱动可按指定频率旋转进而带动导板5周期性振动，以控制导管束1释放口周期性启闭，止动阀3也同驱动电机8相连并以与止动销7相同的频率启闭，通过调节驱动电机8转动频率以及空压机4气压值，调节飞掷物2释放速率。此外，导管束1形状与导板5开孔形状可根据飞掷物形状设定，实现对不同形状飞掷物的释放，还可以通过仅在单一导管束1中填充单一飞掷物的方式实现对单一飞掷物的释放；驱动电机8纵轴上端连接止动销，下端连接止动阀，止动销带动导板，止动阀控制空压机的启闭的设计，巧妙的实现了驱动气压和飞掷物释放口启闭状态同步发生。

如图2所示，止动销7为经过特殊加工的无棱角菱形柱状，菱形的对角线长度不等，菱形柱状体的四个边角经过特殊圆形倒角工艺，更适用于和导板5的相互作用，引导导板相对导管口错位和复位，以便实现导管束释放口的启闭。该止动销7的顶点与导板5的一端相接触，绕止动销7的中心旋转该止动销7，使得导板5前后移动；弹簧呈压缩状态，设置在导板5的一端，给导板施加推力；驱动模块中还包括限位板10，该限位板设置在导板5的上下两侧，一方面，用来限制导板5只有横向的自由度，另一方面，在该自由度方向上给导板5充当滑轨的作用。

实际试验中，在完成试验装置各部件的组装后，使用C语言在单片机上完成驱动电机控制程序的编制与控制电路的制作，实现导板和止动阀的周期性启闭控制，并测试各组件工作性能。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。