颗粒介质中的推进制造技术

一种推进物体穿过包含颗粒材料的颗粒介质的方法，其中所述物体设置有一个或多个可旋转部分，所述方法包含：提供浸没在所述颗粒介质中的所述物体；以及使所述一个或多个可旋转部分中的至少一个绕旋转轴旋转，从而使邻近所述一个或多个可旋转部分的颗粒材料移动并推进所述物体穿过所述颗粒介质。

Propulsion in granular media

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】颗粒介质中的推进
本专利技术涉及推进物体穿过颗粒介质的方法，用于推进物体穿过颗粒介质的推进装置和用于穿过颗粒介质进行运送的运载工具。
技术介绍
已经设计了几种能够穿过例如沙子或谷物的颗粒介质进行运送的装置。这部分是由于在观察对于建造和测试这种装置所必需的颗粒介质表面下所发生的情况方面的实际困难，以及克服致密颗粒填料所需的较大应力及对颗粒在复杂系统中如何流动的了解的普遍缺乏。然而，用于穿过颗粒介质进行运送的装置可以发现许多实际应用，包括：定位和取回地下或海底物体；检测地下化学品泄漏；移开被困在沙子中的运载工具(例如汽车)；科学探测地下环境，特别是行星探测中的地下环境；以及监测和混合储存在筒仓中的谷物颗粒和粉末。少数现存装置通常借助于施加法向力(例如，通过叶片的拍动)时谷物的平移位移或借助于在水平拖曳物体穿过颗粒介质时产生的升力实现穿过颗粒介质的推进。这种装置需要施加相当大的力来实现推进，这导致施加在装置主体上的应力较大，并有力地将操作限制在浅表或仅半浸没状态，因为使谷物平移所需的力通常随着在颗粒介质中的深度而增加。这些装置通常效率很低，并且这类装置的基本竖直运动也难以实现。因此，需要用于穿过颗粒介质进行运送的装置，其使得装置主体应力更低，更有效，可在更大的深度下操作和/或可实现基本上竖直的装置运动。
技术实现思路
本专利技术的一个方面提供一种推进物体穿过包含颗粒材料的颗粒介质的方法。所述物体通常具有一个或多个可旋转部分。所述方法通常包括提供浸没在颗粒介质中(即，浸没在颗粒材料中)的物体以及使一个或多个可旋转部分中的至少一个(例如，每个)绕(即，相应的)旋转轴旋转。一个或多个可旋转部分中的至少一个(例如，每个)绕所述(即，相应的)旋转轴的旋转通常引起邻近所述一个或多个可旋转部分的颗粒材料的移动，并且(即，因此)推进物体穿过颗粒介质。本专利技术的另一方面提供用于推进物体穿过包含颗粒材料的颗粒介质的推进装置(例如推进单元)。所述推进装置(例如推进单元)通常可耦合或耦合到物体。所述推进装置(例如推进单元)通常包含一个或多个可旋转部分。一个或多个可旋转部分通常可以绕(即相应的)旋转轴旋转。所述一个或多个可旋转部分通常被配置(例如，成形和布置)成使得当推进装置(例如，推进单元)耦合到物体并且物体和推进装置(例如推进单元)浸没在颗粒介质中(即浸没在颗粒材料中)时，一个或多个可旋转部分中的至少一个(例如，通常每个)绕所述(即，相应的)旋转轴的旋转通常引起邻近一个或多个可旋转部分的颗粒材料移动并且(即因此)推进物体穿过颗粒介质。应当理解，颗粒材料通常包含多种颗粒(即粒子)。颗粒(即粒子)通常是固体。颗粒(即粒子)通常具有0.1μm至10cm的直径(例如，平均值(例如体积加权平均值或质量加权平均值)或中值(例如，体积加权中值或质量加权中值))(例如，构成细粉的颗粒可以具有低至0.1μm的直径(例如，平均值(例如，体积加权平均或质量加权平均)或中值(例如，体积加权中值或质量加权中值))，构成粗粉的颗粒通常具有约0.05mm的直径(例如，平均值(例如，体积加权平均值或质量加权平均值)或中值(例如，体积加权中值或质量加权中值))，谷物颗粒可以具有最多约5mm的直径(例如，平均值(例如，体积加权平均值或质量加权平均值)或中值(例如，体积加权中值或质量加权中值))，并且卵石可以具有1cm至10cm的直径(例如，平均值(例如，体积加权平均值或质量加权平均值)或中值(例如，体积加权中值或质量加权中值)))。颗粒通常堆积在一起形成颗粒介质，即颗粒介质通常是所述颗粒(即粒子)的聚集体。颗粒介质可以包含(例如由以下组成)：例如沙子，土壤，石头或岩石(例如卵石)，豆类(例如咖啡豆或可可豆)，谷物(例如玉米或小麦)或粉末(例如可可粉)。颗粒介质可以是干燥的。可以在颗粒之间提供气相(例如空气)。或者，颗粒介质可以是湿润的(即液体可以填充颗粒介质中邻近颗粒(即粒子)之间的一些或全部间隙)。本专利技术人已经发现，一个或多个可旋转部分的旋转以及邻近可旋转部分的颗粒材料的相应移动使得力施加在物体上，从而驱动物体移动穿过颗粒介质。该方法和推进装置(例如推进单元)提供了用于驱动物体移动穿过颗粒介质的特别简单和有效的装置。不希望受理论的束缚，本专利技术人提出可旋转部分的旋转扰动位于物体和/或可旋转部分(即推进装置(例如推进单元))周围的颗粒，导致颗粒介质的(即局部)液化。在本文中，应理解术语“液化”不是指颗粒熔融形成液体或颗粒溶解在溶剂中。相反，“液化”指的是与可旋转部分不旋转时存在的密集堆积的静态或准静态相相比，在颗粒介质中类液体(即流化)相的形成。在干燥颗粒介质(即在颗粒之间提供气相(例如空气)或不提供相(例如真空))的情况下，类液体相中的颗粒根据颗粒不能形成长力链并且主要通过颗粒之间的动态碰撞传递应力的‘惯性状态’(如颗粒物理学中众所周知的)或在惯性状态与准静态状态之间的‘中间状态’(其在颗粒物理学中也众所周知，并且通常在高剪切速率下产生)或所述中间状态和惯性状态的组合来表现。在湿颗粒介质(即颗粒之间提供隙间液体(例如水))的情况下，在类液体相中，应力不是主要通过颗粒力链传递，而是通过隙间液体传递。物体和/或可旋转部分周围的颗粒介质的液化有利于物体移动穿过颗粒介质，因为在移动时必须克服的力变小。所述方法可以是在竖直方向上(即，至少部分地在竖直方向上)推进物体穿过颗粒介质的方法。所述推进装置(例如，推进单元)可以是用于在竖直方向上(即，至少部分地在竖直方向上)推进物体穿过颗粒介质的推进装置(例如，推进单元)。例如，所述方法可以是向上推进物体穿过颗粒介质(即，抵抗重力)的方法。另外或或者，所述方法可以是向下推进物体穿过颗粒介质(即，利用重力)的方法。所述推进装置(例如，推进单元)可以是用于向上推进物体穿过颗粒介质(即，抵抗重力)的推进装置(例如，推进单元)。所述推进装置(例如，推进单元)可以是用于向下推进物体穿过颗粒介质(即，利用重力)的推进装置(例如，推进单元)。物体在所述可旋转部分或每个可旋转部分旋转时的竖直运动是违反常理的，因为这种竖直运动通常不会在物体浸没在例如常规液体(即牛顿液体)或固体中的情况下出现。在例如非牛顿液体的非传统液体中通常也不会观察到类似的特性。不希望受理论的束缚，本专利技术人提出，物体在竖直方向(无论是向上还是向下)的移动至少部分地由重力(其作为竖直压紧力而作用于颗粒介质)驱动。例如，可以是，当可旋转部分的旋转扰动位于物体和/或可旋转部分(即，推进装置(例如，推进单元))周围的颗粒时，这些颗粒中的一些在重力结合由可旋转部分的旋转产生的材料流动的影响下向下移动。颗粒从物体上方到物体下方的净(即竖直)移动导致物体对应的向上移动。更具体地，从物体上方移动到物体下方的颗粒倾向于拥挤在物体下方，将动量传递到物体，并对物体施加向上力。然而，在一些情况下(取决于物体和可旋转部分的重量和/或密度)，物体可能下沉穿过类液体颗粒介质。因此，物体在颗粒介质的类液体相内的竖直运动在某些方面类似于物体在常规液体中的浮力：通常，当物体与类液体颗粒介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种推进物体穿过包含颗粒材料的颗粒介质的方法，所述物体设置有一个或多个能旋转部分，所述方法包含：提供浸没在所述颗粒介质中的所述物体；以及使所述一个或多个能旋转部分中的至少一个绕旋转轴旋转，从而使邻近所述一个或多个能旋转部分的颗粒材料移动并推进所述物体穿过所述颗粒介质。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171031 GB 1717993.81.一种推进物体穿过包含颗粒材料的颗粒介质的方法，所述物体设置有一个或多个能旋转部分，所述方法包含：提供浸没在所述颗粒介质中的所述物体；以及使所述一个或多个能旋转部分中的至少一个绕旋转轴旋转，从而使邻近所述一个或多个能旋转部分的颗粒材料移动并推进所述物体穿过所述颗粒介质。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法是一种抵抗重力推进物体向上穿过所述颗粒介质的方法，所述方法包含使所述一个或多个能旋转部分中的所述至少一个绕所述旋转轴旋转，从而使颗粒材料从所述一个或多个能旋转部分的上方向下移动，使得力施加在所述物体上，从而驱动所述物体向上运动穿过所述颗粒介质。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其包含使所述一个或多个能旋转部分中的至少一个绕相对于水平面以小于45°的锐角倾斜的旋转轴旋转。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一个或多个能旋转部分的横截面是圆形的。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中每个能旋转部分的外部形状是凸形的。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一个或多个能旋转部分是细长的。


7.根据权利要求6所述的方法，其中每个能旋转部分的横截面形状和/或面积沿着所述能旋转部分的长度是恒定的。


8.根据权利要求7所述的方法，其中所述一个或多个能旋转部分是圆柱形的。


9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其包含使所述一个或多个能旋转部分中的至少一个绕与所述能旋转部分的纵向轴重合的旋转轴旋转。


10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包含使所述一个或多个能旋转部分中的至少一个绕延伸穿过所述能旋转部分的质心的旋转轴旋转。


11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一个或多个能旋转部分各自具有的直径是形成所述颗粒介质的颗粒的平均直径的至少两倍。


12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包含使所述一个或多个能旋转部分中的至少一个以恒定角速度旋转。


13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述物体是用于穿过所述颗粒介质进行运送的运载工具。


14.根据权利要求13所述的方法，其中所述运载工具包含一个或多个传感器。


15.根据权利要求14所述的方法，其包含通过响应于来自所述一个或多个传感器的一个或多个输出调节所述一个或多个能旋转部分的所述旋转来改变所述运载工具穿过所述颗粒介质的运动方向和/或速度。


16.一种用于推进物体穿过包含颗粒材料的颗粒介质的推进装置，所述推进装置能耦合到或耦合到所述物体上，并且包含一个或多个能绕旋转轴旋转的能旋转部分，所述一个或多个能旋转部分被配置使得当所述推进装置耦合到所述物体并且所述物体和推进装置浸没在所述颗粒介质中时，所述一个或多个能旋转部分中的至少一个绕所述旋转轴的旋转使邻近所述一个或多个能旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·孔蒂，
申请(专利权)人：克罗弗有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB