CN102687647A - 龙卷风弱化器 - Google Patents

Abstract

本发明名称为龙卷风弱化器，是一种可弱化龙卷风，缩短其存在时间，减少其造成灾害的设备。本发明龙卷风弱化器包括尼龙绳网及多组涡流干扰管，涡流干扰管上设有钩型加强肋、连接膜、加强槽、X型加强膜等。利用多普勒雷达、导弹技术及相关设备把本发明龙卷风弱化器投送到龙卷风内部。龙卷风弱化器在龙卷风内部一定高度展开后可减弱龙卷风的气流旋转，降低龙卷风内外的气压差，缩短龙卷风存在时间，尤其是可缩短龙卷风下半段风柱存在时间，从而减少龙卷风造成的灾害；也可用其它方式把本发明龙卷风弱化器送入龙卷风内部，使它在一定高度展开，同样可弱化龙卷风，减少其灾害。如条件允许，还可用本发明龙卷风弱化器弱化漏斗云，使其不能形成龙卷风。

Description

龙卷风弱化器

技术领域

本发明龙卷风弱化器涉及一种可降低龙卷风灾害的设备，尤其是一种可以减弱龙卷风的气流旋转，降低龙卷风内外的气压差，缩短龙卷风存在时间，特别是缩短龙卷风下半段风柱存在的时间从而减少龙卷风造成灾害的设备；

背景技术

龙卷风是一种伴随着高速旋转的漏斗状云柱的强风涡旋。龙卷风中心附近风速可达100m/s～200m/s，最大300m/s，比台风最大风速大几倍。龙卷风的袭击突然而猛烈，产生的风是地面上最强的。比12级台风还要大五、六倍。风的范围很小，一般直径只有几十米到数百米，只在极少数的情况下直径才达到一公里以上；龙卷风从发生到消失一般只有几分种，最多几个小时。其移动平均速度约15米/秒，最快的可达70米/秒。龙卷风影响范围从数米到几十上百公里，所到之处万物遭劫：龙卷风不仅能拔起大树，吹起汽车，吹毁房屋，龙卷风吹起的各种杂物还能给人和牲畜造成致命的伤害。

本发明人近年的研究显示，龙卷风气流旋转的动力来自于中心的低气压……龙卷风气流旋转的速度是由外向内逐渐增加的，外部气流旋转的速度远低于内部气流。本发明针对龙卷风以上特点设计出可以弱化龙卷风，减少龙卷风造成灾害的设备。

发明内容

本发明龙卷风弱化器要解决的技术问题是如何减弱其旋转气流，减少龙卷风内部低气压，缩短其存在时间从而减少其对地面建筑，车辆，设备等财物的损坏和人员及牲畜的伤害。

本发明龙卷风弱化器解决其技术问题所采用的技术方案是把足够多组的涡流干扰管牢固连接在双层圆形尼龙绳网周边构成一种可收缩压扁围拢成近似圆柱体的结构即龙卷风弱化器。龙卷风弱化器在收拢状态下投送到龙卷风内部一定高度，在龙卷风的气流旋转作用下展开才能起到弱化龙卷风的作用。龙卷风弱化器在制作细节上尽可能保证其可以顺利展开。构成龙卷风弱化器的涡流干扰管的截面接近V型(或其他类似的半边开口的筒形、三角形或多边形)。每组涡流干扰管包括数根涡流干扰管单管，相应截面规格依次减小，并按大小顺序套在一起，可以像伸缩天线一样从内到外逐一拉伸出来。在内外相临两根涡流干扰管间设有连接膜，连接膜一端固定在外层涡流干扰管的内表面长度方向的中部，另一端固定在内层涡流干扰管的外表面端部。由于连接膜的作用，内层的涡流干扰管只能从外层涡流干扰管的一端拉伸出来，同时保留一定的搭接长度。每根涡流干扰管的长度约为3到15米；涡流干扰管的V型截面边长约为0.5米到2米或更大尺寸。涡流干扰管具体长度和截面规格应视加工情况及运输投送情况来确定。在条件允许的情况下，涡流干扰管的截面规格偏大有利于发挥弱化龙卷风的作用。V型截面两边在自然状态下夹角为60度，夹角顶点有一定的圆弧，相应材料应有一定的弹性，使V型截面两边在外力下能被压近，V型截面两边被压后夹角能接近20度或更小。涡流干扰管的开口两边各设有钩型加强肋及X型加强膜，X型加强膜把涡流干扰管开口两边的钩型加强肋连接在一起，提高涡流干扰管的整体稳定性和抗扭能力。在涡流干扰管两个斜面的中部延纵向设有凹向内侧的加强槽，加强槽为内大外小的楔形，加强槽宽度约为50～300毫米，最外层的涡流干扰管加强槽最窄，由外层向内层依次加宽，以便于各层涡流干扰管间相扣合。加强槽的数量及深度根据V型边的总宽度及构成涡流干扰管材料的强度调整。为了防止在特殊情况下涡流干扰管吹散后顺气流直线高速飘飞，涡流干扰管延长度方向须有一定的弯弧，弧形的圆心指向V型截面开口方向，弯弧不易过大，需在弹性范围内，用较小的力即可压直。为了不影响内层涡流干扰管的拉伸，同一组涡流干扰管的弧线应是一致的。多组涡流干扰管最外层在内层不可拉伸一端均匀连接在尼龙绳网周边，并都保持V型开口向上，这就构成了一个龙卷风弱化器。

理论上每组涡流干扰管最外层截面外接圆面积乘以单个龙卷风弱化器所包含的涡流干扰管组数所得总面积，越接近龙卷风风柱中下部截面面积，龙卷风弱化器对龙卷风的弱化速度就越快。当单根涡流干扰管截面的外接圆面积大于龙卷风风柱面积时产生的弱化作用将下降。所以，在满足运输投送条件的前提下应适当提高涡流干扰管的截面尺寸和每个龙卷风弱化器包括的涡流干扰管的组数。这里强调龙卷风柱中下部是因为龙卷风的风柱呈漏斗形，上部远大于中下部，龙卷风弱化器一旦进入上部，对旋转气流所起的作用将微不足道。龙卷风弱化器只能真对龙卷风风柱中下部发挥作用，所以下面提到的龙卷风风柱均指龙卷风风柱中下部。龙卷风弱化器采用的尼龙绳网为圆形双层组合网，双层网的中心间距为零，周边最大间距等于涡流干扰管最外层管的截面高度。涡流干扰管至少三个顶点与尼龙绳网相连拉，易于保持涡流干扰管V型开口向上，减少翻转的机会。尼龙绳网网绳平面分布形式与蜘蛛网类似，为经线和纬线组合形式，纬线的数量视尼龙绳网的规格尺寸和强度需要确定，由于涡流干扰管的开口向上，尼龙绳网上层的经线的数量为涡流干扰管组数的四到六倍，应为偶数，尼龙绳网下层的经线的数量为涡流干扰管组数的二到三倍，可确保涡流干扰管的每个顶点均有尼龙绳网的经线与之相连。为了便于运输、存放和投送，龙卷风弱化器大部分时间须保持收拢状态：其各组涡流干扰管在收缩压扁后V型底角向内围拢成一个近似圆柱体。尼龙绳网也应设置合理的盘卷方式以便于快速展开。尼龙绳网盘卷后最好能形成与涡流干扰管长度一致的细圆柱形。由于涡流干扰管收缩压扁围拢成圆柱体时中心一般会存在一个接近圆柱形的空隙，尼龙绳网盘卷成细圆柱形可以放在空隙处，以便最大程度节省空间。

龙卷风弱化器在收拢成圆柱体的状态下送入龙卷风内部，利用龙卷风气流的旋转展开：各组涡流干扰管分散开，每组涡流干扰管逐渐拉伸开。龙卷风弱化器展开同时也开始了弱化龙卷风的过程。龙卷风弱化器的展开过程是否顺利，决定了对龙卷风的弱化效果。每组涡流干扰管在制作细节上要使它们拉伸顺畅并有适当大小且均匀的摩擦力存在，拉伸顺畅是为了便于龙卷风弱化器在工作时展开，有适当大小且均匀的摩擦力是为了涡流干扰管在的展开过程不要过快，要能持续一定时间，过快形成的冲击力容易拉断连接膜，持续一定时间是为龙卷风气流旋转降低提供一个时间段。

龙卷风弱化器需要与地球上最强的风去抗衡，在成本允许的情况下，涡流干扰管采用的材料应尽可能轻质高强。由于龙卷风弱化器工作期间是处于随风飘飞状态，其所受的风力与固定在地面的物体相比，要小很多，所以对龙卷风弱化器各部分的强度要求并不是高不可及。为了实现弱化作用，适当的强度和刚度可保证涡流干扰管在工作状态下维持住V型截面，底部夹角基本维持在60度左右(当与尼龙绳网边长对比，涡流干扰管分布较密时，可适当减小V型截面底部夹角)，涡流干扰管延长度方向不出现明显的弯折，或扭曲，更不能在龙卷风中断裂开。另外，构成涡流干扰管的材料需要有一定的柔韧性，以防止在展开过程中与龙卷风中飘飞的杂物相碰撞时被撞碎。涡流干扰管采用轻质高强材料也可最大程度降低涡流干扰管的总体重量，以减少下落造成的次伤害。多层中空聚碳酸脂板是制成涡流干扰管较理想的选择之一。如采用多层中空聚碳酸脂板构成的涡流干扰管：截面细部尺寸可参照如下要求：涡流干扰管两个斜面的厚度可设为渐变，V型底角处可薄一些，约为5mm，到两边斜面顶部最厚，约为10mm；钩型加强肋的厚度由10毫米逐渐减薄约为5mm。考虑到模具制作难度，也可把一个涡流干扰管分成两片制作，然后用薄金属板在底边连接成V型截面。涡流干扰管如果采用其他轻质高强材料制作，相关细部规格可根据材料的力学性能调整。尼龙绳网、连接膜、X型加强膜等构件的抗拉强度和柔韧性是重点。尤其是尼龙绳网和连接膜在龙卷风弱化器展开初期，龙卷风弱化器的旋转速度可能接近龙卷风风柱的旋转速度。如果尼龙绳网和连接膜抗拉强度不够，发生断裂，就可能造成涡流干扰管飞散开。尼龙绳网的网绳可采用足够直径的尼龙绳结成；连接膜可以用一定直径的尼龙绳编织成带状并涂以适当薄厚的橡胶制成。最终涡流干扰管、尼龙绳网、连接膜和X型加强膜所须达到的强度可通过力学计算和实验确定。

如果龙卷风弱化器各组成部分足够轻，其完成弱化龙卷风的任务后就可以较低速度安全降落到地面；如果无法保证龙卷风弱化器的下降速度在安全范围内，那么就要给龙卷风弱化器配备降落伞及自动开启装置。降落伞及自动开启装置可设在尼龙绳网的中心，使龙卷风弱化器在完成任务后通过降落伞安全降到地面上。

为了较好地实现弱化作用，龙卷风弱化器的每组涡流干扰管拉伸长度和尼龙绳网半径要基本满足以下要求：每组涡流干扰管拉伸后的长度要接近预计要弱化的龙卷风风柱的半径；尼龙绳网的半径约为预计要弱化的龙卷风风柱半径的三分之一到四分之一；每组涡流干扰管拉伸后的长度加上尼龙绳网的半径之和应大于龙卷风风柱的半径约10％～20％。如果涡流干扰管拉伸后的长度加上尼龙绳网的半径明显小于龙卷风风柱的半径，则龙卷风弱化器很容易就被龙卷风的旋转气流抬到龙卷风顶部扩大部分，失去弱化作用。如果涡流干扰管拉伸后的长度加上尼龙绳网的半径之和大于龙卷风风柱的半径较多，弱化作用效果相对会好一会，但涡流干扰管组会拉伸不充分，造成不必要的浪费，也会增加弱化完成后下降速度，增加危险性。龙卷风弱化器的弱化作用是依靠涡流干扰管来实现的，尼龙绳网对龙卷风的弱化作用微不足道。如果尼龙绳网的规格超过了龙卷风风柱截面尺寸时，龙卷风风柱处在尼龙绳网范围内时就不可能发挥弱化作用。所以龙卷风弱化器的半径大于龙卷风风柱半径过多也难以保证弱化效果。由于龙卷风从形成到发展，风柱的半径并不稳定，以上所说风柱的半径只是个大约数，以上龙卷风弱化器各部分尺寸要求亦为估计值，最佳规格尺寸还要有足够多的实验和观测数据才能取得。另一方面，各次发生的龙卷风风柱的半径差距很大，从几米到几百米，所以构成龙卷风弱化器的涡流干扰管和尼龙绳网应设有多种规格及多种组合形式，以便于弱化不同风柱半径的龙卷风。相应的龙卷风弱化器也应有多种规格型号。例如：

X1型龙卷风弱化器：每组涡流干扰管最外层一根V型截面边长为0.8米，其他截面相应逐渐减小；每根涡流干扰管长为3米，涡流干扰管组拉伸开时，内外两层涡流干扰管间搭接长度为0.9米，每组涡流干扰管包括3根单管；每个龙卷风弱化器包括12组涡流干扰管，尼龙绳网的半径为2.1米。X1型龙卷风弱化器适用于龙卷风风柱的半径约4～7米的情况。

X2型龙卷风弱化器：每组涡流干扰管最外层一根V型截面边长为0.8米，其他截面相应逐渐减小；每根涡流干扰管长为3.6米，涡流干扰管组拉伸开时，内外两层涡流干扰管间搭接长度为0.9米，每组涡流干扰管包括4根单管；每个龙卷风弱化器包括12组涡流干扰管，尼龙绳网的半径为3.6米。X2型龙卷风弱化器适用于龙卷风风柱的半径约7～12米的情况。

X3型龙卷风弱化器：每组涡流干扰管最外层一根V型截面边长为1.2米，其他截面相应逐渐减小；每根涡流干扰管长为5.1米，涡流干扰管组拉伸开时，内外两层涡流干扰管间搭接长度为1.1米，每组涡流干扰管包括5根单管；每个龙卷风弱化器包括16组涡流干扰管，尼龙绳网的半径为6米。X3型龙卷风弱化器适用于龙卷风风柱的半径约12～20米的情况……

龙卷风弱化器规格组合应以便于制作、运输、投送及经济合理等多方面综合考虑。规格组合相对细一些，型号多一些，有利于较有针对性地弱化相应半径的龙卷风。把龙卷风弱化器与导弹技术相结合，必要时加上降落伞及开启装置等可组成多种型号龙卷风弱化导弹。龙卷风弱化器在组装成导弹时，龙卷风弱化器须如前文所述收拢成圆柱体，并注意使龙卷风弱化器展开后涡流干扰管的开口朝向上方。由于多普勒雷达能够探测及追踪到龙卷风。所以可由多普勒雷达加上龙卷风弱化导弹，导弹控制系统及必要的辅助装置组成导弹式龙卷风弱化系统以实现龙卷风弱化器的作用。

利用导弹式龙卷风弱化系统投送龙卷风弱化器的具体过程及需注意的问题如下：当有多普勒雷达监测到龙卷风后，确定其位置、移动速度、移动方向、风柱的半径等参数，导弹控制系统选择合适型号的龙卷风弱化导弹并发射。首先要控制龙卷风弱化导弹的落弹点偏差，越接近龙卷风风柱的中心，龙卷风弱化器越可能正常发挥作用。如果落弹点偏差较大，龙卷风弱化器在被释放出来后，会因旋转离心作用抛出龙卷风的风柱，无法发挥作用。落弹点偏差应控制在龙卷风风柱半径约三分之一以内。释放龙卷风弱化器的高度也很重要，要适当接近地面释放出龙卷风弱化器。如果过高释放，则龙卷风弱化器极易被上升气流带到龙卷风顶部，无法发挥作用，如果过低释放，龙卷风弱化导弹和龙卷风弱化器又易达到地面撞毁。另外，要使龙卷风弱化导弹在进入龙卷风内部后，要设法保持竖直状态，并围绕纵轴有一定速度的自转，自转方向与龙卷风气流旋转方向一致。这一点，导弹的尾翼在一定程度上可实现，也可增加必要的设备构件来实现。当龙卷风弱化器在龙卷风风柱合适的高度，合理的半径范围内，以一定速度的自转被释放出来，在龙卷风旋转气流的作用下转速增加，构成龙卷风弱化器的各组涡流干扰管会在离心作用下向四周分散并拉伸开。由于龙卷风气流的旋转速度是由外向内逐渐增加的，外部气流旋转的角速度远低于内部。当涡流干扰管从龙卷风风柱中向各方向伸出时，外部气流会限制各组涡流干扰管的旋转速度，涡流干扰管进一步限制龙卷风内部气流的旋转，这是一个相互影响的过程。另一方面，由于龙卷风的旋转动力来自于中心的低气压，当涡流干扰管组伸出龙卷风风柱时，随着其旋转速度下降，其内部及背风面可形成风道，在气压作用下，旋转气流外部的空气会从风道进入龙卷风内部，可减少龙卷风内部的低气压，从而减少了龙卷风的旋转动力。龙卷风弱化器是从减少龙卷风原有转动能量和减少龙卷风旋转动力来源两个方面发挥作用。由于龙卷风内部的低气压来自于顶部云团的物理作用，龙卷风弱化器的作用一定程度上截断了龙卷风下部旋转气流的动力来源，所以位于龙卷风弱化器下部的旋转气流首先被减弱，而位于龙卷风弱化器上部的旋转气流一般会持续较长时间才被逐渐减弱。如果龙卷风上部云团积蓄的能量较高，旋转风柱的上半段会携带着龙卷风弱化器移动一段距离，随着移动，龙卷风的上半段风柱会逐渐缩短，龙卷风弱化器也会随着上半段风柱的底部旋转上升。当龙卷风减弱到无法吸住龙卷风弱化器时，龙卷风弱化器就从空中飘落下来降到地面上，或通过降落伞降落到地面上。如果龙卷风上部云团积蓄的能量非常高，随着龙卷风的上半段风柱会逐渐缩短，龙卷风弱化器在风柱底部旋转上升，被上升气流托入入龙卷风顶部失去弱化作用，那么龙卷风有可能再一次伸出风柱，但这种情况出现的机会极少。由于龙卷风的破坏性主要集中在接近地面部分，通过龙卷风弱化器的作用可明显减少龙卷风下半段存在的时间，所以减少了龙卷风造成的灾害。

龙卷风弱化器的展开过程会受到多方面因素的影响，如果展开得不是很完全，仍能对龙卷风起到相当程度的弱化作用。不能苛求龙卷风弱化器在使用中展开得非常完美，不能苛求各组涡流干扰管在分散开后的实际分布如何均匀。如果涡流干扰管没有完全拉伸开，或是有两组涡流干扰管扣到一起，对于弱化的负面影响还是很有限的。

由于龙卷风形成早期表现为漏斗云，也可用龙卷风弱化器去弱化漏斗云，那么就可把龙卷风消灭在形成初期，把灾害降到零。弱化漏斗云的技术难度与弱化龙卷风不同，漏斗云的平面尺寸要大于龙卷风，所以落弹的准确性要求降低，采用的龙卷风弱化器的规格要偏大，要在漏斗云早期发射龙卷风弱化导弹，准备时间要少于弱化龙卷风。最大难度是要能控制好龙卷风弱化器的释放时间，使其在接近漏斗云底部时展开。如果龙卷风弱化器释放早了，只会被上升气流抬到漏斗云顶部，失去弱化作用，释放晚了，容易错过漏斗云的旋转气流，失去旋转气流上升托力和旋转的展开作用，直接落到地面，无法实现弱化作用。如果有足够精确的控制技术，弱化漏斗云的减灾效果会更加明显。

大部分情况下可采用一个龙卷风弱化器弱化一个龙卷风或漏斗云。也可设置候补方案，尤其是弱化半径较大的龙卷风。即当一个龙卷风弱化器进入龙卷风后还没有展开就被甩出风柱或被托到风柱顶端，那么就要再送一个龙卷风弱化器进入龙卷风内部。

由龙卷风弱化器组成的导弹式龙卷风弱化系统是龙卷风弱化器发挥作用的方法之一。用其他方法如果能够把龙卷风弱化器送到龙卷风内部也可实现弱化龙卷风的目的。把龙卷风弱化器可加上外罩及必须的开启控制装置制成空投式龙卷风弱化弹，从高空用飞机投送到龙卷风内部，利用龙卷风的气流旋转使空投式龙卷风弱化弹先有一定速度的围绕自身纵轴的自转，并在适当的高度释放出龙卷风弱化器使其依靠气流旋转展开发挥弱化作用。也可为龙卷风弱化器加上相应的外罩、开启控制装置、投送减速装置等制成守候式龙卷风弱化弹，用飞机投送到龙卷风前进的路上。当龙卷风移动至守候式龙卷风弱化弹所在位置，吸入守候式龙卷风弱化弹，并随着龙卷风中心的气流上升，同时利用龙卷风的气流旋转使守候式龙卷风弱化弹先有一定速度的围绕自身纵轴的自转，在达到一定高度，避开地面的树木、建筑物后释出龙卷风弱化器。龙卷风弱化器如果能顺利展开就可发挥弱化龙卷风的作用。守候式龙卷风弱化弹也可临时固定在特别处理和加固的遥控运输车顶部组成龙卷风弱化车。当发现龙卷风后，龙卷风弱化车通过遥控开行至龙卷风前进的路线上，当龙卷风移动至龙卷风弱化车顶部时，龙卷风弱化车释放出守候式龙卷风弱化弹让其被旋转气流带到空中并形成自转，达到一定高度释放出龙卷风弱化器完成弱化工作。

不论采用哪种方式，把龙卷风弱化器送入龙卷风内部并保证其在一定高度一定自转速度下被释放出来并顺利展开才能发挥弱化作用。由于大部分龙卷风存在的时间较短，很多只有几分钟，十几分钟，且移动速度快，平均15米/秒，最快的可达70米/秒。投送速度是减少龙卷风灾害必须考虑的内容。利用导弹技术结合多普勒雷达，可为弱化龙卷风节省大量时间，甚至在龙卷风形成前的漏斗云阶段就可实现弱化，所以采用导弹式龙卷风弱化系统是发挥龙卷风弱化器作用的首选方案。由于空投式龙卷风弱化弹、守候式龙卷风弱化弹及龙卷风弱化车技术相对简单，成本较低，在导弹式龙卷风弱化系统还没有成熟前，可作为过渡方案或检验龙卷风弱化器效果的方案来使用。

附图说明

图1是本发明龙卷风弱化器展开示意图(包含涡流干扰管截面示意图)；

图2是本发明龙卷风弱化器组成部分的涡流干扰管示意图；

图3是本发明龙卷风弱化器组成部分的两根涡流干扰管间连接示意图；

图4是本发明龙卷风弱化器组成部分的涡流干扰管自然状态的截面图。

图5是本发明龙卷风弱化器组成部分的涡流干扰管压扁状态的截面图。

图中：1.尼龙绳网，2.涡流干扰管，3.钩型加强肋，4.连接膜，5.加强槽，6.X型加强膜。

具体实施方式

本发明龙卷风弱化器要解决的技术问题是如何减弱其旋转气流，减少龙卷风内部低气压，缩短其存在时间从而减少其对地面建筑，车辆，设备等财物的损坏和人员及牲畜的伤害。

本发明龙卷风弱化器解决其技术问题所采用的技术方案是把足够多组的涡流干扰管(2)牢固连接在双层圆形尼龙绳网(1)周边构成一种可收缩压扁围拢成近似圆柱体的结构即龙卷风弱化器。龙卷风弱化器在收拢状态下投送到龙卷风内部一定高度，在龙卷风的气流旋转作用下展开才能起到弱化龙卷风的作用。龙卷风弱化器在制作细节上尽可能保证其可以顺利展开。构成龙卷风弱化器的涡流干扰管(2)的截面接近V型(或其他类似的半边开口的筒形、三角形或多边形)。每组涡流干扰管(2)包括数根涡流干扰管(2)单管，相应截面规格依次减小，并按大小顺序套在一起，可以像伸缩天线一样从内到外逐一拉伸出来。在内外相临两根涡流干扰管(2)间设有连接膜(4)，连接膜(4)一端固定在外层涡流干扰管(2)的内表面长度方向的中部，另一端固定在内层涡流干扰管(2)的外表面端部。由于连接膜(4)的作用，内层的涡流干扰管(2)只能从外层涡流干扰管(2)的一端拉伸出来，同时保留一定的搭接长度。每根涡流干扰管(2)的长度约为3到15米；涡流干扰管(2)的V型截面边长约为0.5米到2米或更大尺寸。涡流干扰管(2)具体长度和截面规格应视加工情况及运输投送情况来确定。在条件允许的情况下，涡流干扰管(2)的截面规格偏大有利于发挥弱化龙卷风的作用。V型截面两边在自然状态下夹角为60度，夹角顶点有一定的圆弧，相应材料应有一定的弹性，使V型截面两边在外力下能被压近，V型截面两边被压后夹角能接近20度或更小。涡流干扰管(2)的开口两边各设有钩型加强肋(3)及X型加强膜(6)，X型加强膜(6)把涡流干扰管(2)开口两边的钩型加强肋(3)连接在一起，提高涡流干扰管(2)的整体稳定性和抗扭能力。在涡流干扰管(2)两个斜面的中部延纵向设有凹向内侧的加强槽(5)，加强槽(5)为内大外小的楔形，加强槽(5)宽度约为50～300毫米，最外层的涡流干扰管(2)加强槽(5)最窄，由外层向内层依次加宽，以便于各层涡流干扰管(2)间相扣合。加强槽(5)的数量及深度根据V型边的总宽度及构成涡流干扰管(2)材料的强度调整。为了防止在特殊情况下涡流干扰管(2)吹散后顺气流直线高速飘飞，涡流干扰管(2)延长度方向须有一定的弯弧，弧形的圆心指向V型截面开口方向，弯弧不易过大，需在弹性范围内，用较小的力即可压直。为了不影响内层涡流干扰管(2)的拉伸，同一组涡流干扰管(2)的弧线应是一致的。多组涡流干扰管(2)最外层在内层不可拉伸一端均匀连接在尼龙绳网(1)周边，并都保持V型开口向上，这就构成了一个龙卷风弱化器。

理论上每组涡流干扰管(2)最外层截面外接圆面积乘以单个龙卷风弱化器所包含的涡流干扰管(2)组数所得总面积，越接近龙卷风风柱中下部截面面积，龙卷风弱化器对龙卷风的弱化速度就越快。当单根涡流干扰管(2)截面的外接圆面积大于龙卷风风柱面积时产生的弱化作用将下降。所以，在满足运输投送条件的前提下应适当提高涡流干扰管(2)的截面尺寸和每个龙卷风弱化器包括的涡流干扰管(2)的组数。这里强调龙卷风柱中下部是因为龙卷风的风柱呈漏斗形，上部远大于中下部，龙卷风弱化器一旦进入上部，对旋转气流所起的作用将微不足道。龙卷风弱化器只能真对龙卷风风柱中下部发挥作用，所以下面提到的龙卷风风柱均指龙卷风风柱中下部。龙卷风弱化器采用的尼龙绳网(1)为圆形双层组合网，双层网的中心间距为零，周边最大间距等于涡流干扰管(2)最外层管的截面高度。涡流干扰管(2)至少三个顶点与尼龙绳网(1)相连拉，易于保持涡流干扰管(2)V型开口向上，减少翻转的机会。尼龙绳网(1)网绳平面分布形式与蜘蛛网类似，为经线和纬线组合形式，纬线的数量视尼龙绳网(1)的规格尺寸和强度需要确定，由于涡流干扰管(2)的开口向上，尼龙绳网(1)上层的经线的数量为涡流干扰管(2)组数的四到六倍，应为偶数，尼龙绳网(1)下层的经线的数量为涡流干扰管(2)组数的二到三倍，可确保涡流干扰管(2)的每个顶点均有尼龙绳网(1)的经线与之相连。为了便于运输、存放和投送，龙卷风弱化器大部分时间须保持收拢状态：其各组涡流干扰管(2)在收缩压扁后V型底角向内围拢成一个近似圆柱体。尼龙绳网(1)也应设置合理的盘卷方式以便于快速展开。尼龙绳网(1)盘卷后最好能形成与涡流干扰管(2)长度一致的细圆柱形。由于涡流干扰管(2)收缩压扁围拢成圆柱体时中心一般会存在一个接近圆柱形的空隙，尼龙绳网(1)盘卷成细圆柱形可以放在空隙处，以便最大程度节省空间。

龙卷风弱化器在收拢成圆柱体的状态下送入龙卷风内部，利用龙卷风气流的旋转展开：各组涡流干扰管(2)分散开，每组涡流干扰管(2)逐渐拉伸开。龙卷风弱化器展开同时也开始了弱化龙卷风的过程。龙卷风弱化器的展开过程是否顺利，决定了对龙卷风的弱化效果。每组涡流干扰管(2)在制作细节上要使它们拉伸顺畅并有适当大小且均匀的摩擦力存在，拉伸顺畅是为了便于龙卷风弱化器在工作时展开，有适当大小且均匀的摩擦力是为了涡流干扰管(2)在的展开过程不要过快，要能持续一定时间，过快形成的冲击力容易拉断连接膜(4)，持续一定时间是为龙卷风气流旋转降低提供一个时间段。

龙卷风弱化器需要与地球上最强的风去抗衡，在成本允许的情况下，涡流干扰管(2)采用的材料应尽可能轻质高强。由于龙卷风弱化器工作期间是处于随风飘飞状态，其所受的风力与固定在地面的物体相比，要小很多，所以对龙卷风弱化器各部分的强度要求并不是高不可及。为了实现弱化作用，适当的强度和刚度可保证涡流干扰管(2)在工作状态下维持住V型截面，底部夹角基本维持在60度左右(当与尼龙绳网(1)边长对比，涡流干扰管(2)分布较密时，可适当减小V型截面底部夹角)，涡流干扰管(2)延长度方向不出现明显的弯折，或扭曲，更不能在龙卷风中断裂开。另外，构成涡流干扰管(2)的材料需要有一定的柔韧性，以防止在展开过程中与龙卷风中飘飞的杂物相碰撞时被撞碎。涡流干扰管(2)采用轻质高强材料也可最大程度降低涡流干扰管(2)的总体重量，以减少下落造成的次伤害。多层中空聚碳酸脂板是制成涡流干扰管(2)较理想的选择之一。如采用多层中空聚碳酸脂板构成的涡流干扰管(2)：截面细部尺寸可参照如下要求：涡流干扰管(2)两个斜面的厚度可设为渐变，V型底角处可薄一些，约为5mm，到两边斜面顶部最厚，约为10mm；钩型加强肋(3)的厚度由10毫米逐渐减薄约为5mm。考虑到模具制作难度，也可把一个涡流干扰管(2)分成两片制作，然后用薄金属板在底边连接成V型截面。涡流干扰管(2)如果采用其他轻质高强材料制作，相关细部规格可根据材料的力学性能调整。尼龙绳网(1)、连接膜(4)、X型加强膜(6)等构件的抗拉强度和柔韧性是重点。尤其是尼龙绳网(1)和连接膜(4)在龙卷风弱化器展开初期，龙卷风弱化器的旋转速度可能接近龙卷风风柱的旋转速度。如果尼龙绳网(1)和连接膜(4)抗拉强度不够，发生断裂，就可能造成涡流干扰管(2)飞散开。尼龙绳网(1)的网绳可采用足够直径的尼龙绳结成；连接膜(4)可以用一定直径的尼龙绳编织成带状并涂以适当薄厚的橡胶制成。最终涡流干扰管(2)、尼龙绳网(1)、连接膜(4)和X型加强膜(6)所须达到的强度可通过力学计算和实验确定。

如果龙卷风弱化器各组成部分足够轻，其完成弱化龙卷风的任务后就可以较低速度安全降落到地面；如果无法保证龙卷风弱化器的下降速度在安全范围内，那么就要给龙卷风弱化器配备降落伞及自动开启装置。降落伞及自动开启装置可设在尼龙绳网(1)的中心，使龙卷风弱化器在完成任务后通过降落伞安全降到地面上。

为了较好地实现弱化作用，龙卷风弱化器的每组涡流干扰管(2)拉伸长度和尼龙绳网(1)半径要基本满足以下要求：每组涡流干扰管(2)拉伸后的长度要接近预计要弱化的龙卷风风柱的半径；尼龙绳网(1)的半径约为预计要弱化的龙卷风风柱半径的三分之一到四分之一；每组涡流干扰管(2)拉伸后的长度加上尼龙绳网(1)的半径之和应大于龙卷风风柱的半径约10％～20％。如果涡流干扰管(2)拉伸后的长度加上尼龙绳网(1)的半径明显小于龙卷风风柱的半径，则龙卷风弱化器很容易就被龙卷风的旋转气流抬到龙卷风顶部扩大部分，失去弱化作用。如果涡流干扰管(2)拉伸后的长度加上尼龙绳网(1)的半径之和大于龙卷风风柱的半径较多，弱化作用效果相对会好一会，但涡流干扰管(2)组会拉伸不充分，造成不必要的浪费，也会增加弱化完成后下降速度，增加危险性。龙卷风弱化器的弱化作用是依靠涡流干扰管(2)来实现的，尼龙绳网(1)对龙卷风的弱化作用微不足道。如果尼龙绳网(1)的规格超过了龙卷风风柱截面尺寸时，龙卷风风柱处在尼龙绳网(1)范围内时就不可能发挥弱化作用。所以龙卷风弱化器的半径大于龙卷风风柱半径过多也难以保证弱化效果。由于龙卷风从形成到发展，风柱的半径并不稳定，以上所说风柱的半径只是个大约数，以上龙卷风弱化器各部分尺寸要求亦为估计值，最佳规格尺寸还要有足够多的实验和观测数据才能取得。另一方面，各次发生的龙卷风风柱的半径差距很大，从几米到几百米，所以构成龙卷风弱化器的涡流干扰管(2)和尼龙绳网(1)应设有多种规格及多种组合形式，以便于弱化不同风柱半径的龙卷风。相应的龙卷风弱化器也应有多种规格型号。例如：

X1型龙卷风弱化器：每组涡流干扰管(2)最外层一根V型截面边长为0.8米，其他截面相应逐渐减小；每根涡流干扰管(2)长为3米，涡流干扰管(2)组拉伸开时，内外两层涡流干扰管(2)间搭接长度为0.9米，每组涡流干扰管(2)包括3根单管；每个龙卷风弱化器包括12组涡流干扰管(2)，尼龙绳网(1)的半径为2.1米。X1型龙卷风弱化器适用于龙卷风风柱的半径约4～7米的情况。

X2型龙卷风弱化器：每组涡流干扰管(2)最外层一根V型截面边长为0.8米，其他截面相应逐渐减小；每根涡流干扰管(2)长为3.6米，涡流干扰管(2)组拉伸开时，内外两层涡流干扰管(2)间搭接长度为0.9米，每组涡流干扰管(2)包括4根单管；每个龙卷风弱化器包括12组涡流干扰管(2)，尼龙绳网(1)的半径为3.6米。X2型龙卷风弱化器适用于龙卷风风柱的半径约7～12米的情况。

X3型龙卷风弱化器：每组涡流干扰管(2)最外层一根V型截面边长为1.2米，其他截面相应逐渐减小；每根涡流干扰管(2)长为5.1米，涡流干扰管(2)组拉伸开时，内外两层涡流干扰管(2)间搭接长度为1.1米，每组涡流干扰管(2)包括5根单管；每个龙卷风弱化器包括16组涡流干扰管(2)，尼龙绳网(1)的半径为6米。X3型龙卷风弱化器适用于龙卷风风柱的半径约12～20米的情况……

龙卷风弱化器规格组合应以便于制作、运输、投送及经济合理等多方面综合考虑。规格组合相对细一些，型号多一些，有利于较有针对性地弱化相应半径的龙卷风。把龙卷风弱化器与导弹技术相结合，必要时加上降落伞及开启装置等可组成多种型号龙卷风弱化导弹。龙卷风弱化器在组装成导弹时，龙卷风弱化器须如前文所述收拢成圆柱体，并注意使龙卷风弱化器展开后涡流干扰管(2)的开口朝向上方。由于多普勒雷达能够探测及追踪到龙卷风。所以可由多普勒雷达加上龙卷风弱化导弹，导弹控制系统及必要的辅助装置组成导弹式龙卷风弱化系统以实现龙卷风弱化器的作用。

利用导弹式龙卷风弱化系统投送龙卷风弱化器的具体过程及需注意的问题如下：当有多普勒雷达监测到龙卷风后，确定其位置、移动速度、移动方向、风柱的半径等参数，导弹控制系统选择合适型号的龙卷风弱化导弹并发射。首先要控制龙卷风弱化导弹的落弹点偏差，越接近龙卷风风柱的中心，龙卷风弱化器越可能正常发挥作用。如果落弹点偏差较大，龙卷风弱化器在被释放出来后，会因旋转离心作用抛出龙卷风的风柱，无法发挥作用。落弹点偏差应控制在龙卷风风柱半径约三分之一以内。释放龙卷风弱化器的高度也很重要，要适当接近地面释放出龙卷风弱化器。如果过高释放，则龙卷风弱化器极易被上升气流带到龙卷风顶部，无法发挥作用，如果过低释放，龙卷风弱化导弹和龙卷风弱化器又易达到地面撞毁。另外，要使龙卷风弱化导弹在进入龙卷风内部后，要设法保持竖直状态，并围绕纵轴有一定速度的自转，自转方向与龙卷风气流旋转方向一致。这一点，导弹的尾翼在一定程度上可实现，也可增加必要的设备构件来实现。当龙卷风弱化器在龙卷风风柱合适的高度，合理的半径范围内，以一定速度的自转被释放出来，在龙卷风旋转气流的作用下转速增加，构成龙卷风弱化器的各组涡流干扰管(2)会在离心作用下向四周分散并拉伸开。由于龙卷风气流的旋转速度是由外向内逐渐增加的，外部气流旋转的角速度远低于内部。当涡流干扰管(2)从龙卷风风柱中向各方向伸出时，外部气流会限制各组涡流干扰管(2)的旋转速度，涡流干扰管(2)进一步限制龙卷风内部气流的旋转，这是一个相互影响的过程。另一方面，由于龙卷风的旋转动力来自于中心的低气压，当涡流干扰管(2)组伸出龙卷风风柱时，随着其旋转速度下降，其内部及背风面可形成风道，在气压作用下，旋转气流外部的空气会从风道进入龙卷风内部，可减少龙卷风内部的低气压，从而减少了龙卷风的旋转动力。龙卷风弱化器是从减少龙卷风原有转动能量和减少龙卷风旋转动力来源两个方面发挥作用。由于龙卷风内部的低气压来自于顶部云团的物理作用，龙卷风弱化器的作用一定程度上截断了龙卷风下部旋转气流的动力来源，所以位于龙卷风弱化器下部的旋转气流首先被减弱，而位于龙卷风弱化器上部的旋转气流一般会持续较长时间才被逐渐减弱。如果龙卷风上部云团积蓄的能量较高，旋转风柱的上半段会携带着龙卷风弱化器移动一段距离，随着移动，龙卷风的上半段风柱会逐渐缩短，龙卷风弱化器也会随着上半段风柱的底部旋转上升。当龙卷风减弱到无法吸住龙卷风弱化器时，龙卷风弱化器就从空中飘落下来降到地面上，或通过降落伞降落到地面上。如果龙卷风上部云团积蓄的能量非常高，随着龙卷风的上半段风柱会逐渐缩短，龙卷风弱化器在风柱底部旋转上升，被上升气流托入入龙卷风顶部失去弱化作用，那么龙卷风有可能再一次伸出风柱，但这种情况出现的机会极少。由于龙卷风的破坏性主要集中在接近地面部分，通过龙卷风弱化器的作用可明显减少龙卷风下半段存在的时间，所以减少了龙卷风造成的灾害。

龙卷风弱化器的展开过程会受到多方面因素的影响，如果展开得不是很完全，仍能对龙卷风起到相当程度的弱化作用。不能苛求龙卷风弱化器在使用中展开得非常完美，不能苛求各组涡流干扰管(2)在分散开后的实际分布如何均匀。如果涡流干扰管(2)没有完全拉伸开，或是有两组涡流干扰管(2)扣到一起，对于弱化的负面影响还是很有限的。

由于龙卷风形成早期表现为漏斗云，也可用龙卷风弱化器去弱化漏斗云，那么就可把龙卷风消灭在形成初期，把灾害降到零。弱化漏斗云的技术难度与弱化龙卷风不同，漏斗云的平面尺寸要大于龙卷风，所以落弹的准确性要求降低，采用的龙卷风弱化器的规格要偏大，要在漏斗云早期发射龙卷风弱化导弹，准备时间要少于弱化龙卷风。最大难度是要能控制好龙卷风弱化器的释放时间，使其在接近漏斗云底部时展开。如果龙卷风弱化器释放早了，只会被上升气流抬到漏斗云顶部，失去弱化作用，释放晚了，容易错过漏斗云的旋转气流，失去旋转气流上升托力和旋转的展开作用，直接落到地面，无法实现弱化作用。如果有足够精确的控制技术，弱化漏斗云的减灾效果会更加明显。

大部分情况下可采用一个龙卷风弱化器弱化一个龙卷风或漏斗云。也可设置候补方案，尤其是弱化半径较大的龙卷风。即当一个龙卷风弱化器进入龙卷风后还没有展开就被甩出风柱或被托到风柱顶端，那么就要再送一个龙卷风弱化器进入龙卷风内部。

由龙卷风弱化器组成的导弹式龙卷风弱化系统是龙卷风弱化器发挥作用的方法之一。用其他方法如果能够把龙卷风弱化器送到龙卷风内部也可实现弱化龙卷风的目的。把龙卷风弱化器可加上外罩及必须的开启控制装置制成空投式龙卷风弱化弹，从高空用飞机投送到龙卷风内部，利用龙卷风的气流旋转使空投式龙卷风弱化弹先有一定速度的围绕自身纵轴的自转，并在适当的高度释放出龙卷风弱化器使其依靠气流旋转展开发挥弱化作用。也可为龙卷风弱化器加上相应的外罩、开启控制装置、投送减速装置等制成守候式龙卷风弱化弹，用飞机投送到龙卷风前进的路上。当龙卷风移动至守候式龙卷风弱化弹所在位置，吸入守候式龙卷风弱化弹，并随着龙卷风中心的气流上升，同时利用龙卷风的气流旋转使守候式龙卷风弱化弹先有一定速度的围绕自身纵轴的自转，在达到一定高度，避开地面的树木、建筑物后释出龙卷风弱化器。龙卷风弱化器如果能顺利展开就可发挥弱化龙卷风的作用。守候式龙卷风弱化弹也可临时固定在特别处理和加固的遥控运输车顶部组成龙卷风弱化车。当发现龙卷风后，龙卷风弱化车通过遥控开行至龙卷风前进的路线上，当龙卷风移动至龙卷风弱化车顶部时，龙卷风弱化车释放出守候式龙卷风弱化弹让其被旋转气流带到空中并形成自转，达到一定高度释放出龙卷风弱化器完成弱化工作。

不论采用哪种方式，把龙卷风弱化器送入龙卷风内部并保证其在一定高度一定自转速度下被释放出来并顺利展开才能发挥弱化作用。由于大部分龙卷风存在的时间较短，很多只有几分钟，十几分钟，且移动速度快，平均15米/秒，最快的可达70米/秒。投送速度是减少龙卷风灾害必须考虑的内容。利用导弹技术结合多普勒雷达，可为弱化龙卷风节省大量时间，甚至在龙卷风形成前的漏斗云阶段就可实现弱化，所以采用导弹式龙卷风弱化系统是发挥龙卷风弱化器作用的首选方案。由于空投式龙卷风弱化弹、守候式龙卷风弱化弹及龙卷风弱化车技术相对简单，成本较低，在导弹式龙卷风弱化系统还没有成熟前，可作为过渡方案或检验龙卷风弱化器效果的方案来使用。

Claims (8)

1.本发明龙卷风弱化器包括尼龙绳网和涡流干扰管，涡流干扰管为多组，每组包括多根涡流干扰管，涡流干扰管上设有钩型加强肋、连接膜、加强槽、X型加强膜等。

2.根据权利要求1所述的龙卷风弱化器，其特征是包括涡流干扰管：涡流干扰管截面接近V型，或其他类似的半边开口的筒形、三角形或多边形等；涡流干扰管的开口两边各设有钩型加强肋及X型加强膜，X型加强膜把涡流干扰管开口两边的钩型加强肋连接在一起，提高涡流干扰管的整体稳定性和抗扭能力。在涡流干扰管两个斜面的中部延纵向设有凹向内侧的加强槽，加强槽为内大外小的楔形。钩型加强肋和加强槽可便于截面规格不同的两根涡流干扰管套在一起从一端抽出。涡流干扰管可采用多层中空聚碳酸脂板或其他轻质高强材料制成。

3.根据权利要求1、2所述的龙卷风弱化器，其特征是包括涡流干扰管为多个组，每组包括多根截面规格依次减小，并套在一起的涡流干扰管，在内外相临两根涡流干扰管间设有连接膜，连接膜一端连接在外层涡流干扰管的内表面中部，一端连接在内层涡流干扰管的外表面端部，使套在一起的涡流干扰管可以像伸缩天线一样从一端逐一拉伸，同时保留一定的搭接长度。

4.根据权利要求1、2、3所述的龙卷风弱化器，其特征是包括多组涡流干扰管。每组涡流干扰管的最外层管外接圆面积乘以组数所得总面积应尽可能接近所要弱化的龙卷风风柱中下部截面的面积。

5.根据权利要求1、2、3、4所述的龙卷风弱化器，其特征是包括由多组可拉伸的涡流干扰管，每组涡流干扰管拉伸后的长度应接近要弱化的龙卷风风柱中下部的半径。

6.根据权利要求1所述的龙卷风弱化器，其特征是包括尼龙绳网，尼龙绳网为圆形双层结构，尼龙绳网的半径约为要弱化的龙卷风风柱中下部半径的三分之一到四分之一。

7.根据权利要求1、2、3、4、5所述的龙卷风弱化器，其特征是包括多组涡流干扰管和一个尼龙绳网，各组涡流干扰管均匀固定在尼龙绳网周边。每组涡流干扰管拉伸后的长度加上尼龙绳网的半径之和应大于要弱化的龙卷风风柱中下部半径的10％～20％。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7所述的龙卷风弱化器，其特征是包括的涡流干扰管和尼龙绳网应设有多种规格及多种组合形式，以便于弱化不同风柱半径的龙卷风，相应的龙卷风弱化器有多种规格型号。

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