CN112930463B - 用于制造降雪的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于在滑雪场、主题公园以及与无人机、机动车辆、自动驾驶车辆以及飞行器部件一起使用的测试和训练设施中制造降雪的方法和装置。降雪装置和降雪系统可以制造大量降雪，并且雪花尺寸可变，输出能力可以覆盖大面积区域，并且可以在温度高于或低于冰点的地方使用。

Description

用于制造降雪的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于在滑雪场、主题公园以及与无人机、机动车辆、自动驾驶车辆以及飞行器部件一起使用的测试和训练设施中制造降雪的方法和装置。

本发明涉及一种用于制造具有可以在任何温度下制造并且可以自动运行以覆盖大面积区域的各种密度的降雪量的降雪的方法和装置。

在整个说明书中，“雪”一词应包括由冻结的水组成并且具有与自然雪不同的特性的人造雪(artificial snow)或人造雪(manmade snow)。

背景技术

已经有许多用于制造降雪供滑雪坡或娱乐场所使用的装置，并且发明人自己较早提出的方案(proposal)的一些例子可以在第7,848,373；6,951,308，6,938,830；6,454,182；5,297,731；4,793,142；4,742,958；以及8,403,242号美国专利中找到，反映了发明人在此技术领域30年来的研究。

尽管这些方案取得了商业上的成功，但实际问题已经限制了使用当前技术水平的系统来满足以经济有效的方式用降雪覆盖大面积区域的要求。

第2014/0283539A1号美国专利申请公开案和其他类似专利教导了用于制造和维护用于冬季娱乐和体育赛事的冻结路面以及用于评估寒冷天气条件下的车辆性能的冰道的方法，但是为此目的而使用这种雪以及其他类似用途都不能制造降雪以及使雪的质量和密度发生变化，而这些变化是模拟在自然发生的降雪体验过程中驾车通过或存在的条件所必需的。

用于制造降雪的当前技术水平是基于化学泡沫(foam chemical)的降雪机和小型冰片造雪机，基于化学泡沫(foam chemical)的降雪机产生像泡沫一样的物质来代替雪，小型冰片造雪机悬挂在头顶，并降落少量的冰片，这些冰片在小面积区域内制造，对于每台机器而言，通常只有1或2平方英尺。这两种机器都不适合满足测试设施降雪的要求，在这种测试设施中，雪必须通过一台覆盖1000平方英尺或更大面积的机器从高至100英尺的高度降落，同时保持真实的雪花特性，一直到落地位置。

发明内容

本发明的目的是提供一种降雪装置和降雪系统，其可以制造雪花尺寸可变的大量降雪且输出能力可以覆盖大面积区域，且可以在温度高于或低于冰点的地方使用，至少可以改善现有技术方法的问题。

本发明的优选目的是提供一种装置，所述装置可以直接连接到供水系统(watersupply)，然后打开以制造降雪，降雪可以在飞行员、机动车辆、无人机以及飞行器设备的测试设施上使用，以改善受训者和设备在现实生活条件下(无论是小降雪还是暴风雪条件)的表现。

作为一项新的车辆测试、飞行员培训或飞行器部件开发计划的一部分，在冬季的几个月里，工程师和技术人员寻找提供相关天气条件的预测地点，在这些天气条件下进行预定的测试，以评估车辆和部件的性能，或培训飞行员如何在这些条件下进行操作，这是一种常见的做法，对未来的安全至关重要。基于对冰雪条件的预测找到合适的位置充其量只能是猜测，通常这些测试的完成几乎完全取决于环境的条件，并且这些测试的完成可能会延迟或中止，具体取决于自然条件。本发明的目的是提供一种降雪装置，此装置操作简单并且保证提供完成测试所必需的降雪条件。

另一个优选的目的是提供一种用于制造降雪的装置，其可以在滑雪场在所有温度下使用，以增强游客的冬季体验，并且可以在市区(诸如，即使温度高于冰点人们也可以享受真正的降雪体验的主题公园和公开活动)使用。

通过以下具体实施方式，其他优选目的将变得显而易见。

在一方面，本申请中所描述的装置和系统是多功能制雪系统，其能够有效地制造高质量的降雪，可以覆盖大面积区域且是大批量，并且可以在冻结环境的上方和下方使用，以提供各种体积和雪花尺寸的降雪，包括以下一个或多个步骤：

利用旋转刮刀将冰片从连接到供水系统的冷藏鼓上刮除，以制造尺寸为厚度在0.5-1mm之间，最长12mm，宽10mm的冰片，从而在制造小冰片的单个装置中造雪；

将这些小冰片降落、真空抽吸和/或输送到风扇叶轮装置中，并通过快速转动的叶片撞击小冰片从而使小冰片缩小到与天然雪花相似的微型尺寸来造雪；

用风扇叶轮将雪花流经由出口向空中吹动，使其处于冷空气流中，所述冷空气流是由新鲜空气在流经冰片制造机时被冷却至冰点温度以下而产生的；

调节叶轮的旋转速度，以控制雪花的尺寸；

反转叶轮的旋转方向，以控制制成的雪花的尺寸和形状；

当雪花流被造雪机叶轮高速抛出时，定位与雪花流相互作用并碰撞的偏转器，以控制制成的雪花的尺寸和形状；

迅速前后移动偏转板，以控制雪花流的覆盖范围；

调节装置的支脚，以使机器在任何地形上都处于水平位置；

按一定的模式(pattern)定位降雪装置，以使降雪量覆盖大面积区域；

将多个冰片制造机连接在一起，与一个或多个雪花叶轮机组一起使用。

优选地，冰片制造机的旋转刮刀是可调节的，并且可以在每分钟1-40RPM，更优选地在约20RPM的范围内旋转，以制造厚度为0.5mm的冰片；

优选地，冰片制造机的冷藏鼓是水平的，并且形成冰的鼓轮的表面通过制冷被冷却到0华氏度(-20摄氏度)或低于0华氏度(-20摄氏度)。

优选地，在冰片制造机中制成的冰片将由于重力落入叶轮中，并且由叶轮的旋转叶片产生的进入的空气流将通过流经冰片制造机的每个冷藏鼓而被冷却。

优选地，风扇叶轮的叶片或每个叶片撞击形成的冰片，形成的冰片的(优选地是切向的)速度分量在150-600Km/h(93-374MPH)；更优选地，180-260Km/h(112-161MPH)；最优选地，200-220Km/h(124-137MPH)的范围内。

优选地，空气穿过冰片制造机的冷藏鼓，并在低温下被引入风扇叶轮壳体，以将制成的雪花的任何融化减少到最低限度，并且与雪花流一起通过至少一个出口排出。

优选地，造雪室的入口和出口在风扇叶轮的标准旋转方向上至少相隔90度；更优选地，270度，使得受到撞击的雪花在从出口排出之前要经过不超过一转的旋转。

优选地，风扇叶轮的旋转方向可以反转，以允许雪花在从风扇叶轮出口排出之前至少经过两次完整旋转，以在风扇叶轮壳体中保持更长的时间，以产生较小的雪花。

优选地，当雪花流从风扇叶轮出口排出时，其在高撞击力下与偏转板发生碰撞，以进一步缩小制成的雪花流的尺寸。

优选地，偏转板由收起机构控制并且弯曲成允许制成的雪花流分布在更大的区域上的形状。

优选地，当不需要偏转板时，偏转板可以返回到中间位置，以允许从风扇叶轮出口排出的直条(straightplume)雪花不与偏转板发生撞击。

优选地，偏转板可以绕圆形出口管旋转，以形成完整的360度降雪覆盖。

用一台直径达200英尺，高度达150英尺的机器可以制造覆盖大面积区域的雪花流；优选地，当使用收回偏转板时，雪花流被吹到机器位置上方80英尺的空气中，以覆盖25英尺(8米)宽，66英尺(20米)长的区域；当与旋转设备结合使用时，可以增加到覆盖直径为130英尺(40米)的区域，旋转设备可使偏转板绕出口管转动完整的360度。

优选地，降雪装置由可编程逻辑控制器控制，所述可编程逻辑控制器可以被编程为独立地改变偏转板的状态、风扇叶轮速度以及冰片制造机的生产率，从而能够满足从小降雪到模拟暴风雪条件的大降雪的所有降雪要求。

优选地，降雪装置可以安装在轮子上，以便于移动。

在第二方面，本发明提供一种降雪装置，包括：

绝缘的螺旋输送机，带有开放的出口，所述出口直接连接到风扇叶轮的入口，并且定位在制造小冰片的冰片制造机中的一者或多者的下方；

如前所述的降雪装置；

控制所述螺旋输送机的装置。

优选地，螺旋输送机由可编程逻辑控制器控制，可编程逻辑控制器可经编程以将制成的冰片从冰片制造机的鼓轮下方的直接冰片降落区域移到螺旋输送机的内壁内的临时存储位置。

螺旋输送机的长度可以是10英尺(3米)至66英尺(50米)，优选地，40英尺(12米)，并且可以安装在轮子上，以便于移动。

优选地，螺旋输送机可以具有多个输入端口，以连接到一个或多个冰片制造机。

优选地，螺旋输送机的出口直接连接到风扇叶轮组件的入口。

优选地，螺旋输送机是无轴的，并且在出口点处具有不受限制的开口；

优选地，螺旋输送机可以安装在轮子上，以便于移动。

优选地，螺旋输送机可以用可调节的支脚来调平，以正确地定位在冰片制造机的下方或侧面。

在第三方面，本发明提供一种降雪装置，包括：

一系列水喷嘴，定位成在制成的雪花流的方向上喷水并混合；

如前所述的造雪装置；

优选地，水喷嘴是在常规造雪机上使用的标准造雪喷嘴，可以产生小滴高压水，当小滴高压水喷出并在低于冰点的温度下与雪花流混合时，可以附着、冻结以及倍增(multiply)：

优选地，水喷嘴歧管定位在前述降雪装置的偏转板上；

优选地，从水喷嘴歧管喷出的水可以在零度以上的冰点温度下喷出并与雪花流混合，以制造模拟冻雨、雪泥(slush)或冰雹的条件。

在一方面，公开了一种使用用于制造降雪的装置的方法，包括以下步骤：

i.将冰片制造机的冷藏鼓的内表面的表面温度降低到0华氏度(-20摄氏度)或更低，所述冷藏鼓连接到供水系统和制冷装置，以在内表面上制造冰片；

ii.通过利用至少一个旋转刮刀将内表面上的冰片刮除，使在内表面上制造的冰片分离；

iii.通过改变至少一个旋转刮刀的旋转速度来控制至少一个旋转刮刀，以制造各种厚度的冰片；

iv.使冰片降落到风扇叶轮中，所述风扇叶轮包括至少一个叶轮壳体和至少一个叶轮出口，用风扇叶轮的转动叶片撞击冰片，从而使冰片尺寸缩小，以形成雪晶；

v.在风扇叶轮通过至少一个叶轮出口将雪晶流吹出之前，利用已经流经冷藏鼓的冷空气流降低叶轮壳体中的气温；

vi.调节风扇叶轮的旋转速度，以确定制成的雪晶流的尺寸并对其进行控制；以及

vii.反转风扇叶轮的旋转方向，以便确定制成的雪晶流的尺寸、形状，以及对其进行控制。

在可与上述方面中的任一者组合的另一方面，在叶轮出口处定位偏转板，以在雪晶流从风扇叶轮被高速抛出时使雪晶流偏转，从而控制制成的雪晶流的尺寸和形状。

在可与上述方面中的任一者组合的另一方面，偏转板以往复运动移动，当雪晶流从风扇叶轮被高速抛出时，使雪晶流偏转，从而控制雪晶流的覆盖面积。

在可与上述方面中的任一者组合的另一方面，所述装置包括用于保持水平位置的可调节的支脚。

在一方面，一种用于使用制造降雪的装置的方法，包括以下步骤：

i.将多个冰片制造机组合在一起，每个冰片制造机包括连接到供水系统的至少一个冷藏鼓和在内表面上制造冰片的制冷装置；

ii.将至少一个冷藏鼓的内表面的表面温度降低至0华氏度(-20摄氏度)或更低，并且在内表面上制造冰片；

iii.通过利用至少一个旋转刮刀将冰片从冷藏鼓的内表面刮除，将冰片与每个鼓轮的内表面分开，

iv.控制至少一个旋转刮刀，改变其旋转速度，以制造各种厚度的冰片；

v.使冰片降落到螺旋输送机中，以存储冰片；

vi.通过螺旋输送机的操作将冰片移动到螺旋输送机内的存储点；

vii.以直线构型将螺旋输送机的出口连接到风扇叶轮的入口，所述风扇叶轮包括至少一个叶轮壳体和至少一个叶轮出口；

viii.操作螺旋输送机和风扇叶轮，通过将冰片从螺旋输送机和/或存储点推入风扇叶轮，并用风扇叶轮的转动叶片来撞击冰片，使得冰片尺寸缩小以形成雪晶，从而制造各种尺寸的雪晶。

在可与上述方面中的任一者组合的另一方面，在风扇叶轮通过至少一个叶轮出口将雪晶流吹出之前，利用已流经至少一个冷藏鼓的冷空气流来降低叶轮壳体内的气温。

在可与上述方面中的任一者组合的另一方面，通过调节风扇叶轮的旋转速度来确定制成的雪晶流的尺寸并对其进行控制。

在可与上述方面中的任一者组合的另一方面，反转风扇叶轮的旋转方向，以便确定制成的雪晶流的尺寸、形状，以及对其进行控制。

在可与上述方面中的任一者组合的另一方面，调节螺旋输送机的速度，以通过控制进入风扇叶轮的冰片的量来控制制成的雪晶的体积。

在可与上述方面中的任一者组合的另一方面，在叶轮出口处定位偏转板，以在雪晶流从风扇叶轮被高速抛出时使雪晶流偏转，从而控制制成的雪晶流的尺寸和形状。

在可与上述方面中的任一者组合的另一方面，偏转板以往复运动移动，当雪晶流从风扇叶轮被高速抛出时，使雪晶流偏转，从而控制制成的雪晶流的覆盖面积。

在可与上述方面中的任一者组合的另一方面，偏转板可以绕圆形出口管旋转，以形成完整的360度降雪覆盖。

在可与上述方面中的任一者组合的另一方面，所述装置包括用于保持水平位置的可调节的支脚。

在可与上述方面中的任一者组合的另一方面，所述装置由可编程逻辑控制器(PLC)控制，可编程逻辑控制器(PLC)可经编程，以复制不同的降雪要求，包括小降雪到暴风雪条件。

在可与上述方面中的任一者组合的另一方面，螺旋输送机包括多个输入连接器，这些输入连接器在螺旋输送机上方和/或旁边，以连接至另外的冰片制造机。

在可与上述方面中的任一者组合的另一方面，一系列水喷嘴被定位成将水喷射并混合到制成的雪晶流中，以形成冻雨、雪泥或冰雹。

在可与上述方面中的任一者组合的另一方面，所述装置由可编程逻辑控制器(PLC)控制，可编程逻辑控制器(PLC)可经编程，以复制不同的降雪和降雨要求，包括细雨、雨水、冰雹、雪泥、降雪和/或暴风雪条件。

附图说明

为了使本发明能够被完全理解，并使本领域的技术人员能够将本发明付诸实践，现在将参照附图对几个优选的实施例进行描述，这些附图在以下具体实施方式中进行了描述：

图1示出了移动式单降雪装置，其示出了冰片制造机、风扇叶轮以及供水系统；

图2是实际使用降雪装置的示意图；

图3是示出定位在一起并在测试场中使用以用降雪覆盖大面积区域的多个降雪装置单个机组的示意图；

图4示出了定位在螺旋输送机上方以供应单个风扇叶轮的多个冰片制造机；

图5是图4的俯视图，示出了定位在螺旋输送机上方以供应单个风扇叶轮的多个冰片制造机，并且示出了螺旋输送机与风扇叶轮的连接；

图6示出了螺旋输送机与风扇叶轮的连接；

图7示出了螺旋输送机的出口，并且详细描述了当螺旋输送机转动并为风扇叶轮的入口供料时，如何引导冰片撞击在叶轮叶片上；

图8示出了标准风扇叶轮机构和可收回的偏转器机构；

图9示出了使风扇叶轮的旋转方向反转的影响及其对在叶轮风扇壳体中放置额外的时间时的冰片和由冰片制造的雪花流的影响；

图10示出了当在叶轮风扇壳体中时，反转机构对冰片的影响；

图11示出了多个冰片制造机，它们定位在螺旋输送机上方，以将单个风扇叶轮供料冰供应给一个风扇叶轮系统；

图12是示出定位在螺旋输送机上方的多个冰片制造机的示意图，螺旋输送机将冰片供应给单个风扇叶轮，冰片转化以制造雪花流；并且

图13示出了降雪装置，所述降雪装置与水歧管连接，以制造冻雨、雪泥、冰雹并用于在冰点以下造雪。

具体实施方式

图1示出了降雪装置1和构成降雪装置的部件。制造雪花所需的水连接到入口管2，并供应给由浮球阀4控制的水箱3。制冷冷凝机组5将鼓式蒸发器冷冻机6的圆形鼓轮的壁保持在大约0华氏度(-20摄氏度)的温度下。

来自水箱3的水被泵送到冰片制造机的顶部，进入开放通道，且水溢出并均匀地流到鼓式蒸发器冷冻机6的内壁上，当水沿壁向下流动时被冻结，转化为冰。变速齿轮电动机7使刮刀组件8旋转，并且所形成的冰从壁上被刮除，并转化成小冰片15，这些小冰片由于重力沿向下的方向降落到收集料斗10中，收集料斗10向风扇叶轮9供料。

风扇叶轮9组件连接至电动机12，电动机12可具有皮带轮和皮带11，皮带轮和皮带11以各种速度旋转风扇叶轮机组。所有电气设备都连接到装有变速驱动器的控制面板13，以控制旋转电动机7的旋转。当风扇叶轮电动机12旋转时，风扇叶轮9产生气流并与冰片15发生撞击，以制造雪花流，从而产生降雪16。

可调节的偏转板17由控制面板13控制，并连接到风扇叶轮组件9。降雪装置1的所有部件优选地容置在不锈钢外壳和框架18中，并且机组的每个拐角装有轮子19和校平导向件20。

图2示出了降雪装置21的使用，当降雪装置21用于将雪花流吹向天空22并降落到地面23上而同时覆盖大面积区域时，降雪装置21用于在车辆测试轨道424中在降雪条件下测试机动车辆525，且还示出了降雪装置21用于测试传感器和诸如无人机26之类的空运车辆部件，还示出了降雪装置21如何用于制造大量雪花流以覆盖人群27上方的区域。

图3示出了由定位在地面或平台32上的多个降雪装置31创建的飞行路径、车行道或人行道33，以创建功能完备的降雪区域，整个区域将经历从上而下的降雪。

图4示出了多个冰片制造机41，其组合以形成具有螺旋输送器45和风扇叶轮的单个降雪装置，螺旋输送器45和风扇叶轮与冰片制造机互连，以形成独立的降雪装置1，降雪装置1在大面积区域上制造大量雪花流。现在参考附图以及系统将如何操作，冰片制造机41在冷藏鼓上制造小冰片，并控制刮刀组件的切割刀片，将冰从鼓轮的表面刮除。冰片制造机41装有速度可控的刮刀组件电动机，以制造由于重力落入合适尺寸的螺旋输送机45中的小冰片53，螺旋输送机45具有入口开口，入口开口被定位成当小冰片53由于重力降落时捕获小冰片53。可编程逻辑控制器定位在控制面板49中，并控制螺旋输送机电动机47，并且将在冰片制造机41下方的区域44充满后自动启动螺旋输送机，然后将积聚的小冰片53移动至风扇叶轮42方向的位置，以释放冰片制造机41下方的螺旋输送机45中的入口开口空间。

以此方式，当需要批量制造小冰片53来存储小冰片53，然后将其供料给风扇叶轮叶片43以制造雪花流时，螺旋输送机45用作小冰片53的存储区域，使雪花流在设定的时间和设定的持续时间内被吹向空中。可编程逻辑控制器控制螺旋输送机内小冰片53的存储和传送，直到存储满为止。当雪花流52准备被吹向空中时，可编程逻辑控制器控制风扇叶轮电动机48的旋转方向和速度、偏转板电动机51的运行，并控制螺旋输送机电动机47的旋转速度，以在设定的时间内控制雪花流的高度和面积覆盖，直到雪花被耗尽，然后重复此过程。螺旋输送机45直接连接到风扇叶轮42的入口，并且冰片被直接推入风扇叶轮叶片43的叶片中。

使用这种操作方法，由于一个风扇叶轮和螺旋输送机的组合可以操纵数量不限的冰片制造机，因此对制成的降雪量没有限制。使用冰片制造机的各种组合，可以使用单个螺旋输送机和叶轮风扇装置每小时制造220磅(100千克)至52,800磅(24,000千克)的雪花流。

图5示出了从冰片制造机41上方观察的图4的视图，并且示出了螺旋输送机45和风扇叶轮42的直接连接。

图6示出了在风扇叶轮57的入口处的快速连接的圆形管连接器59和诸如用于固定至定位在螺旋输送机62上的管连接器60的螺栓58之类的紧固件。螺旋输送机62在出口处具有圆形管连接器60，圆形管连接器60装配在风扇叶轮连接器59的内部。将两个连接器推在一起，并通过将紧固螺栓58拧入螺纹孔61中进行固定，这样就允许小冰片64通过螺旋叶片63直接输送到风扇叶轮57的入口中。

图7示出了螺旋输送机2的出口和畅通路径(clear path)65，畅通路径65允许小冰片直接流到螺旋输送机的出口。螺纹孔61定位在管连接器60中，以将螺旋输送机62固定至风扇叶轮57。

图8示出了由不锈钢或其他高抗冲金属制成的风扇叶轮装置73，其中小冰片通过入口开口75被引入。风扇叶轮轴74可旋转地轴颈安装在装置73中，并以高转速驱动，其中速度由可编程逻辑控制器控制，以产生所需的抛雪距离。风扇叶轮轴74由适当的机械驱动装置(例如，电动机和传动装置)操作。风扇叶轮轴74使旋转的管状风扇叶轮装置73的高抗冲叶轮叶片77旋转，以使小冰片微型化，并通过出口管71高速吹出制成的雪花流。

可收回的偏转板78定位在出口管71的端部，并且由通过铰链83连接至上偏转板85的永久基板79组成。偏转板85在铰链83上向后或向前旋转或收回，且由连接到偏心圆形零件81的电动机80控制。杆79在位置84处永久地连接到收回偏转板85，并且优选地，连接到偏心圆形板81的外孔，以产生等于圆形板直径的向前和向后收回，电动机每转一圈便提供一个完整的向前和向后收回。可编程逻辑控制器控制电动机80的速度，并且通常设置为每秒0.5-2转。螺旋输送机88经由出口连接件93直接连接到风扇叶轮入口连接件75，以形成一条直线路径。螺旋输送机轴90使螺旋叶片88转动，并且小冰片可以被直接推入风扇叶轮75的开口中。

图9示出了当沿逆时针方向94旋转时，小冰片在风扇叶轮壳体95内的有限时间，在雪花流通过风扇叶轮出口96排出之前与叶片产生了一次碰撞。

图10示出了当沿顺时针方向97旋转时风扇叶轮壳体98内的小冰片的延长的时间和附加旋转，以及通过这种旋转方向反转而与风扇叶轮叶片产生额外的接触，直到制成的雪花流被离心力和通过风扇叶轮出口99的风扇气压抛出为止。在需要超细雪花流的寒冷或零度以下条件下，这种反转操作非常重要。风扇叶轮电动机的旋转方向由可编程逻辑控制器控制，并且用于制造超细雪花流的此操作已编程到系统软件中。

图11示出了单螺旋输送机风扇叶轮组合装置103上的附加出口，以允许连接冰片制造机101的附加模块。冰片制造机在法兰连接件104处连接至主螺旋输送机，法兰连接件104在主螺旋输送机/风扇叶轮装置的侧面提供入口，以将小冰片按一定角度推入主螺旋输送机的路径和方向，然后将小冰片从所有冰片制造机101推入风扇叶轮103。可以在主螺旋输送机/叶轮风扇组件103的顶部添加额外的入口开口，作为通过固定开口105手动将冰片添加到螺旋输送机102中的方式。在系统故障的情况下，开口105可提供有用的特征，或用于添加其他可能会在此时添加的测试介质，诸如，雾气或灰尘。

图12示出了连接到螺旋输送机108的冰片制造机106和109的两个包装模块，螺旋输送机108向降雪叶轮107供料。

图13示出了降雪装置110和构成降雪装置110的部件。来自水箱111的水通过管道112被供料给冷藏的鼓式冷冻机壁114。当水溢出并且优选地，均匀地沿鼓式冷冻机的内壁114流动时，水被冻结并转化为冰。齿轮电动机113使刮刀组件115旋转，并且所形成的冰从壁上被刮除，形成小冰片，这些小冰片由于重力而沿向下方向落入收集料斗116中。叶轮风扇组件117连接到电动机118，以各种速度驱动风扇叶轮机组17，所有电气设备均连接至具有可编程逻辑控制器的控制面板，以控制电动机118的旋转方向和速度。当风扇叶轮117旋转时，会产生雪花流，雪花流从风扇叶轮出口121排入可调节的偏转板119的路径，从空中降落为降雪120。

当雪花流从降雪装置117被吹出时，它们与降雪偏转板119发生碰撞，降雪偏转板119具有升高的中心线，并且雪状颗粒被进一步微型化，并以非常高的速度向上抛出。为了在低于冰点的温度下进行常规造雪，且能够为测试设施制造附加量的降雪或制造雨水、冻雨、冰雹或雪泥，将喷水装置连接到降雪出口管道上。水喷嘴125定位在加热的歧管124上，并沿与雪花流射出的方向相同的方向喷射，并通过连接配件123连接到水软管或水管122。降雪偏转板119、喷嘴125和水歧管124优选地被加热，以防止在操作过程中冻结。

在描述本发明的特定实施例之前，应注意以下说明性注释。

本发明的降雪装置(即方法和装置)仅将水用于造雪，并且可以在任何温度下使用。

通过与我们的专利风扇叶轮系统合作多年，已获得了用于在大面积区域高空制造连续降雪并控制雪晶尺寸从而使它们能够保持冻结状态的技术，并将这些技术用于实践，以满足对造雪解决方案不断增长的需求。

无人机等空运运载工具的增长以及对飞行员和运载工具本身的测试要求，对大型降雪机的需求比以往任何时候都要大。

随着在线购物的到来以及将无人机用于在线购买商品的递送，未来将需要一种系统在所有天气条件下测试这些无人机并对飞行员进行培训。

放置在这些无人机和其他形式的飞行器上的专用设备(诸如，摄像头和传感器)在野外使用之前需要进行测试，并且驾驶无人机的飞行员还需要具备在各种天气条件下(特别是那些经常出现在寒冷的冬季地区的天气条件，诸如，暴风雪、针雪以及冻雨)进行操纵的技能。虽然有可用于无人机和飞行器传感器测试的测试设施，但据我们所知，目前还没有测试设施可以在各种形式的降雪情况下进行测试。

在另一个领域，已经提出了可以建造用于在严酷的天气条件下测试所有形式的机动车辆和驾驶员的结冰道路的专利申请，但据我们所知，还没有开发出对于车辆工程师而言测试新车是否通过安全性至关重要的能够制造暴风雪、冻雨、冰雹或降雪或阵雪的系统。

允许大面积区域的受控和可变的降雪量的完全饱和的专门建造的降雪机在市场上买不到。制造的降雪可以是暴风雪、阵雪，计划以每小时一定深度的降雪量降落的任何降雪、湿雪、冻雨、雪泥，甚至冰雹。显然，如果存在这样的商用设备，则应在工作中遇到的所有极端条件下对所有机动车辆和商用车辆(诸如，公共汽车和卡车)的所有驾驶员进行测试和培训。

不仅要对汽车进行测试，还要对无人机及其飞行员进行培训，这对于在恶劣天气条件下递送的商品的安全也至关重要。

主题公园和大型游乐中心以各种方式招待顾客，且在某些地方还设有大型喷泉，人们可以观看并欣赏到这些巨大的水柱飞向天空，这会很有趣。按一下开关就可以开启降雪体验，顾客不仅可以观看而且还可以体验自然发生的降雪现象，这通常只有在高山条件下才能体验到，同样很有趣。

据我们所知，没有大型降雪机可以用水制造自然降雪来覆盖大面积区域。有些产品会通过将水与表面活性剂混合以产生泡沫雪来制造降雪。泡沫雪不具有与真雪相同的特性，并且将其用于测试或培训驾驶员是不合适的，因为此产品不会以类似于冻结的水雪的方式发生反应。另一个缺点是泡沫流入下水道、河流以及溪流而对环境产生影响。

已经制造出小型降雪机，使冰片降落在很小的区域内，这些机器通常位于房间的天花板或屋顶上，并且冰片降落约8英尺(2米)，覆盖面积很小。尽管这些机器具有新颖性，但使用它们不适合并且不可能满足执行无人机和其他车辆测试的要求，因为这需要至少80英尺高，300英尺长，100英尺宽的降雪区域。这些尺寸已由业内的飞行器工程师确定。只有通过设计和开发出满足此目标范围的机器才能满足240万立方英尺的连续降雪覆盖范围。总共一组24台机器，在测试区域的两侧各放置12台机器的发明，可以满足这一要求。

本发明是被设计成满足这些需求的第一个商业系统。成功实现这一目标的基础是40年来在此领域的经验，以前使用专利叶轮系统的经验，所述叶轮系统目前已在各种造雪方式中用于商业用途，特别是在将雪推进到更高的高度同时使雪花保持冻结形式直到降落到地面方面的研究和进步。

当机器组合在一起时，例如，彼此间隔25英尺，横向相距100英尺，则可以创建无限长的降雪覆盖范围，使其覆盖足球场的宽度，也可以创建无限长的未来的降雪测试设施。

为了理解本发明和取得的积极效果，必须理解从装置排出的雪花的尺寸与现有环境温度条件之间的关系，以确保雪在降落到地面之前不会融化。雪花必须行进的距离可以高达100英尺，这意味着它必须从我们的降雪装置的输出口总共行进160英尺，直到以冻结状态到达地面为止。在此过程中，雪花会遇到会使其融化的因素，诸如，高湿度、高于冰点的气温、风，以及日照。所有这些因素在这段短时间内起作用，以使雪花流融化。因此，虽然很小的雪花可以在低于冰点的温度下被吹动而不融化，但如果在高于冰点的条件下制造并吹动同一颗雪花，它会很快化成水。对装置和软件进行编程，以制造所需尺寸的雪花，以便在较温暖的条件下使用，这是通过控制操作冰片制造机、螺旋输送机、风扇叶轮以及偏转板的4个或更多电动机的速度和旋转方向来实现的。通过控制降雪装置的这些部分，可以制造较厚且较大的雪花流，此雪花流可以耐受较热的条件，并保持冻结状态，直到降落到地面上为止。

我们已经在高达90华氏度的温度下对降雪装置进行了测试，将雪吹到空中100英尺，并取得了使雪花流在落到地面之前保持冻结状态的积极效果。这是通过在流束中制造较大的雪花而实现的，雪花仅会部分融化，仍留有足够的主体，因此，60％到80％的雪花以冻结流降落。为了在所有温度下达到此目的，我们创建了一个数据库，以了解在某些密度、高度以及天气条件下雪被吹动时我们应该经历的融化速率。根据此数据，我们可以制造满足需求所需的正确尺寸的雪晶。

造雪装置由可编程逻辑控制器操作，可编程逻辑控制器对操作进行控制，这样就可以制造出各种平均厚度和尺寸的雪花，以确保大多数雪花以冻结状态降落到地面上。

本发明的雪系统是基于使用第8,403,242号美国专利(Bucceri)中公开的专利叶轮系统来造雪；在此专利中，雪通过以下方式由冰来制造：通过使用带有特殊切割刀片的高速转子将冰粉碎成蓬松的雪产物，这种雪产物具有持久性并且可以通过内置的鼓风机使其轻松地落在滑雪场上，鼓风机也可与切割刀片一起使用来造雪；和第9,909,796号美国专利(Bucceri)，在此专利中，风扇叶轮制造并真空吸除已制成并被吹入空气中的雪状颗粒；高压水雾被添加到向空中抛掷的雪流中；且雪是成核源，它将使已引入的水滴冻结；制造可用于滑雪场或其他娱乐应用的大量降雪。

根据本发明，以4000RPM的转速旋转的垂直抛雪堆可以达到100英尺(30米)，并且一个小的机组可以在整个360度旋转位置上覆盖1500平方英尺(150平方米)的面积。(在较高的风扇叶轮速度下，高度和覆盖范围会更大)。当在滑雪场或滑雪中心应用中需要永久性造雪机组进行雪域覆盖时，这是一个很大的优势，其中，每60英尺(20米)就可以放置一台单独的机器在滑雪坡的一侧。

本领域技术人员将理解，并未在所有附图中示出辅助设备，这样的辅助设备可以包括制冷设备；储水和/或抽水设备；发电设备等。这样的设备不构成本发明的一部分。

为了避免疑问，本发明的装置和设备涵盖了本文所公开的部件的所有可能的组合，包括所述部件的各种范围。还应注意，术语“包括”并不排除其他要素的存在。但是，还应理解，对包括某些部件的装置的描述也公开了一种由这些部件组成的产品。类似地，还应理解，对包括某些步骤的过程的描述也公开了由这些步骤组成的过程。

根据专利法规，已经提出了最佳模式和优选实施例；本发明的范围不限于此，而是由所附权利要求书的范围来限定。

Claims (19)

1.一种使用用于制造降雪的装置的方法，包括以下步骤：

i．将冰片制造机的冷藏鼓的内表面的表面温度降低到-20摄氏度或更低，所述冷藏鼓连接到供水系统和制冷装置，以在内表面上制造冰片；

ii．通过利用至少一个旋转刮刀将所述内表面上的冰片刮除，使在所述内表面上制造的冰片分离；

iii．通过改变至少一个旋转刮刀的旋转速度来控制所述至少一个旋转刮刀，以制造各种厚度的冰片；

iv．使所述冰片降落到风扇叶轮中，所述风扇叶轮包括至少一个叶轮壳体和至少一个叶轮出口，用所述风扇叶轮的转动叶片撞击所述冰片，从而使所述冰片尺寸缩小，以形成雪晶；

v．在所述风扇叶轮通过所述至少一个叶轮出口将所述雪晶流吹出之前，利用通过冷却至低于冰点的温度而形成的已经流经所述冷藏鼓的冷空气流降低所述叶轮壳体中的气温；

vi．调节所述风扇叶轮的旋转速度，以确定制成的雪晶流的尺寸并对其进行控制；以及

vii．反转所述风扇叶轮的旋转方向，以便确定制成的雪晶流的尺寸、形状，以及对其进行控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

在所述叶轮出口处定位偏转板，以在所述雪晶流从所述风扇叶轮被高速抛出时使所述雪晶流偏转，从而控制制成的雪晶流的尺寸和形状。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

所述偏转板以往复运动移动，当所述雪晶流从所述风扇叶轮被高速抛出时，使所述雪晶流偏转，从而控制所述雪晶流的覆盖面积。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述装置包括用于保持水平位置的可调节的支脚。

5.一种用于使用制造降雪的装置的方法，包括以下步骤：

i．将多个冰片制造机组合在一起，每个冰片制造机包括连接到供水系统的至少一个冷藏鼓和在内表面上制造冰片的制冷装置；

ii．将所述至少一个冷藏鼓的内表面的表面温度降低至-20摄氏度或更低，并且在所述内表面上制造冰片；

iii．通过利用至少一个旋转刮刀将冰片从所述冷藏鼓的内表面刮除，将所述冰片与每个鼓轮的内表面分开，

iv．控制所述至少一个旋转刮刀，改变其旋转速度，以制造各种厚度的冰片；

v．使所述冰片降落到螺旋输送机中，以存储所述冰片；

vi．通过所述螺旋输送机的操作将所述冰片移动到所述螺旋输送机内的存储点；

vii．以直线构型将所述螺旋输送机的出口连接到风扇叶轮的入口，所述风扇叶轮包括至少一个叶轮壳体和至少一个叶轮出口；

viii．操作所述螺旋输送机和所述风扇叶轮，通过将所述冰片从所述螺旋输送机和/或存储点推入所述风扇叶轮，并用所述风扇叶轮的转动叶片来撞击所述冰片，使得所述冰片尺寸缩小以形成雪晶，从而制造各种尺寸的雪晶；以及

ix．反转所述风扇叶轮的旋转方向，以便确定制成的雪晶流的尺寸、形状，以及对其进行控制。

6.根据权利要求5所述的方法，其中：

在所述风扇叶轮通过所述至少一个叶轮出口将雪晶流吹出之前，利用通过新鲜空气冷却至低于冰点的温度而形成的已流经所述至少一个冷藏鼓的冷空气流来降低所述叶轮壳体中的气温。

7.根据权利要求5所述的方法，其中：

通过调节所述风扇叶轮的旋转速度来确定制成的雪晶流的尺寸并对其进行控制。

8.根据权利要求5所述的方法，其中：

调节所述螺旋输送机的速度，以通过控制进入所述风扇叶轮的冰片的量来控制制成的雪晶的体积。

9.根据权利要求5所述的方法，其中：

在所述叶轮出口处定位偏转板，以在所述雪晶流从所述风扇叶轮被高速抛出时使所述雪晶流偏转，从而控制制成的雪晶流的尺寸和形状。

10.根据权利要求9所述的方法，其中：

所述偏转板以往复运动移动，当所述雪晶流从所述风扇叶轮被高速抛出时，使所述雪晶流偏转，从而控制制成的雪晶流的覆盖面积。

11.根据权利要求9所述的方法，其中：

偏转板可以绕圆形出口管旋转，以形成完整的360度降雪覆盖。

12.根据权利要求5所述的方法，其中：

所述装置包括用于保持水平位置的可调节的支脚。

13.根据权利要求5所述的方法，其中：

所述装置由可编程逻辑控制器控制，所述可编程逻辑控制器可经编程，以复制不同的降雪要求，包括小降雪到暴风雪条件。

14.根据权利要求5所述的方法，其中：

所述螺旋输送机包括多个输入连接器，所述多个输入连接器在所述螺旋输送机上方和/或旁边，以连接至另外的冰片制造机。

15.根据权利要求5所述的方法，其中：

一系列水喷嘴被定位成将水喷射并混合到制成的雪晶流中，以形成冻雨、雪泥或冰雹。

16.根据权利要求15所述的方法，其中：

所述装置由可编程逻辑控制器控制，所述可编程逻辑控制器可经编程，以复制不同的降雪和降雨要求，包括细雨、雨水、冰雹、雪泥、降雪和/或暴风雪条件。

17.一种对多个根据权利要求1所述的装置使用权利要求1所述的方法降雪覆盖大面积区域的方法。

18.一种降雪制造装置，执行根据权利要求1所述的方法。

19.一种降雪制造装置，执行根据权利要求5所述的方法。

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