[发明专利]一种鱼翼型漂浮式流速仪

权利要求书

1.一种鱼翼型漂浮式流速仪，其特征在于：它包含上部结构、中部结构和下部结构；其中，上部结构包含调整锥固定螺栓(1)、绕线手柄(2)、绕线支撑环(4)、绕线支架(5)、绕线盘线轴(6)、上部挡板(7)、下部挡板(8)、接线耳(9)、绕线中心轴(10)、绕线下轴承(11)、绕线上轴承(12)、绕线支撑轴承(13)；调整锥固定螺栓(1)穿设固定在绕线手柄(2)的顶壁中，绕线手柄(2)为空心结构，且设置于绕线支撑环(4)的内环中，绕线支撑环(4)内嵌设有绕线支撑轴承(13)，绕线支撑轴承(13)内开设有穿线孔(3)，绕线手柄(2)的下端固定有绕线盘线轴(6)，绕线盘线轴(6)的上端一体成型有上部挡板(7)，绕线盘线轴(6)的下端一体成型有下部挡板(8)，且绕线盘线轴(6)的下端侧壁固定有接线耳(9)，绕线中心轴(10)的上下两端利用绕线上轴承(12)、绕线下轴承(11)旋接于绕线盘线轴(6)中，且绕线中心轴(10)与绕线手柄(2)上下贯通设置，绕线支撑环(4)的底表面固定有若干个绕线支架(5)；

上述中部结构包含流速仪空腔(15)、叶形平衡器(16)、叶形平衡器连接杆(17)、鱼翼型漂浮器(18)、漂浮器连接杆(19)、调整锥(26)、调整锥柔性钢丝(27)；上述绕线支架(5)的下端固定在流速仪空腔(15)的顶壁，且流速仪空腔(15)的顶壁开设有通过孔(28)，通过孔(28)与绕线中心轴(10)贯通设置；调整锥(26)悬设于流速仪空腔(15)内，且调整锥(26)的上端连接有调整锥柔性钢丝(27)，调整锥柔性钢丝(27)的上端穿过通过孔(28)、绕线中心轴(10)以及绕线手柄(2)的底壁后，与调整锥固定螺栓(1)连接固定；流速仪空腔(15)由上部的圆柱空腔结构(15-1)和下部的倒锥形空腔结构(15-2)构成，圆柱空腔结构(15-1)的下部一体成型有倒锥形空腔结构(15-2)，位于圆柱空腔结构(15-1)的外壁利用数个叶形平衡器连接杆(17)连接有叶形平衡器(16)，叶形平衡器(16)的下环面上利用漂浮器连接杆(19)对称设有鱼翼型漂浮器(18)；

上述下部结构包含测杆(20)、尾翼(21)、测速装置(22)、连接环(23)、连接杆(24)、测速传感器(25)；连接杆(24)穿设在倒锥形空腔结构(15-2)的下端，且连接杆(24)为空心结构，测杆(20)插设固定在连接杆(24)的下端中，测杆(20)的尾端连接有尾翼(21)，测杆(20)的头端为空心结构，该空心结构与连接杆(24)贯通设置，且该头端利用连接环(23)连接有测速装置(22)，测速装置(22)与测速传感器(25)连接，测速传感器(25)固定在连接杆(24)内。

2.根据权利要求1所述的一种鱼翼型漂浮式流速仪，其特征在于：所述的测速装置(22)为空间螺旋结构，且在螺旋结构上均匀分布若干测速点。

3.根据权利要求1所述的一种鱼翼型漂浮式流速仪，其特征在于：所述的调整锥固定螺栓(1)的上端外环面上开设有螺纹槽(14)。

4.根据权利要求1所述的一种鱼翼型漂浮式流速仪，其特征在于：它的工作原理：

水中调整放置方向及平衡：

流速仪放置于水中后，由于流速仪空腔(15)、叶形平衡器(16)和鱼翼型漂浮器(18)的设计，在浮力作用下自动漂浮于水面；由于流速仪空腔(15)由上部的圆柱空腔结构(15-1)和下部的倒锥形空腔结构(15-2)构成，且侧壁沿着圆周铅垂设计，在下部倒锥形空腔底部的材料密度较大，根据不倒翁原理，底部的重力使流速仪空腔(15)完成流速仪自动在水面的位置调整；同时，由于流速仪空腔(15)呈轴对称设计，叶形平衡器(16)外侧的边界在流速仪位置调整的过程中，与水流进行作用，朝下的叶型面产生向上的推力，向上的叶型面面积较朝下的叶型面小，在水流的作用下产生向下压力，此时向上的推力大于向下的推力，加之向上的推力和向下的推力作用线不过流速仪的中心线，且不共线，两个力在空间上形成与轴有不同夹角的，且大小不等的旋转力矩，因此在这两个旋转力矩的作用下流速仪倾斜方向上产生低速旋转，此旋转为流速仪调整平衡测速方向创造条件，进而加快了流速仪在水中放置位置的调整，即流速仪空腔(15)、叶形平衡器(16)和鱼翼型漂浮器(18)促进流速仪位置调整，最终流速仪的结构设计保持了流速仪在水中的平衡，不倾斜处于正向放置；由于叶形平衡器(16)的位置在流速仪空腔(15)的上部空腔外侧连接，当流速仪在流体中调整好位置后，叶形平衡器(16)以下构造全部浸入流体中，增强了流速仪整体的稳定性；

流速仪在水流作用下，保持相对静止平衡：

利用流体对鱼翼型漂浮器(18)的作用，其水平分力通过对鱼翼型漂浮器(18)的作用，产生一组相互对称的水平合力，这组水平力沿鱼翼型漂浮器(18)轴心相互对称，最后相互抵消，在其与水流垂直方向水流对鱼翼型漂浮器(18)产生沿水流方向的垂直分力；沿水流方向的分力在鱼翼型漂浮器(18)两侧作用的力比作用在空腔和空腔周围的分力要大，因此在鱼翼型漂浮器(18)的末端两侧的水流会在鱼翼型漂浮器(18)与空腔之间发生回流，产生逆水流方向的力,当逆水流方向的力等于垂直分力时，漂浮仪在水流中保持相对静止平衡；

水中绕线：

在水流作用下，由于流速仪整体为轴对称设计，其平衡受到鱼翼型漂浮器(18)、流速仪的尺寸、叶形平衡器(16)的几何空间布置及其尺寸关系因素影响，流速仪中的调整锥(26)由于惯性的作用存在转动，利用调整锥(26)转动进行绕线操作，即将绕线的下端由绕线支撑轴承(13)上的穿线孔(3)向下引出，并绑设在接线耳(9)上，再将该流速仪置于水中，其漂浮于水面，水流对叶形平衡器(16)和鱼翼型漂浮器(18)作用，从而使漂浮仪在水流中保持平衡进行匀速运动，流速仪空腔(15)保持不动，调整锥(26)以一定的角速度旋转的同时，带动绕线卷绕于绕线盘线轴(6)上，通过调整锥柔性钢丝(27)来调节调整锥(26)的高度，用来调整整个流速仪位于水中的下沉量；

测速仪水中测速：

由上原理可知，当流速仪在水流作用下使测速仪保持匀速运动时，测速仪与水流保持相对静止，此时测速仪开始测水流的特征；测速装置(22)为空间螺旋结构且方向与水流相对，在螺旋结构上均匀分布若干测速点，水流沿螺旋结构运动，对螺旋结构面产生压力，测速装置(22)根据压力测得水流在一段空间中的流速，接着通过测速传感器(25)将所测得流速数据传输出去。