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從“有槳”到“無槳”:銳意創(chuàng)新 贏在堅(jiān)持





  “如果這一理念能得到切實(shí)的推廣與應(yīng)用,就相當(dāng)于從螺旋槳飛機(jī)到噴氣式飛機(jī)的跨越,將會產(chǎn)生巨大的推動作用。”在第五屆OI中國水下機(jī)器人大賽比賽現(xiàn)場,裁判長宋大雷對“無槳推進(jìn)水下機(jī)器人”給予了高度贊譽(yù)。
  而事實(shí)上,直到比賽的前一天,董斌鑫和逯城雷還在調(diào)試著參賽作品,為第二天的比賽做最后的準(zhǔn)備。他們將臨時在4S店買來的繼電器裝上,打開機(jī)器人開關(guān),電機(jī)傳來正常運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音,董斌鑫長長地松了一口氣,逯城雷緊鎖的眉頭也舒展開來———終于成功了。
  在經(jīng)歷了一系列波折后,董斌鑫和逯城雷團(tuán)隊(duì)站在了第五屆OI中國水下機(jī)器人大賽的比賽現(xiàn)場。這項(xiàng)比賽是以全球頂級海洋科技展覽會———青島國際海洋技術(shù)與工程設(shè)備展覽會OIChina為平臺,面向?qū)I(yè)高校的國際性大賽。與往年相比,今年的比賽重點(diǎn)突出創(chuàng)新,而“無槳推進(jìn)水下機(jī)器人”正契合了“創(chuàng)新”這一主題。最終,憑借“無槳推進(jìn)水下機(jī)器人”出色的創(chuàng)意、設(shè)計(jì)與現(xiàn)場表現(xiàn),由我校機(jī)械工程學(xué)院的董斌鑫、逯城雷、王凱甬以及商學(xué)院的趙詩倩組成的團(tuán)隊(duì)以全國第三名的總成績從19所院校的45支隊(duì)伍中脫穎而出,榮獲大賽二等獎。
  從“有槳”到“無槳”,“無槳推進(jìn)”在“水下推進(jìn)”領(lǐng)域是一次新的嘗試。一般而言,傳統(tǒng)螺旋槳存在噪音較大、推進(jìn)效率不理想、容易被水中的水草和雜物纏繞、對水中的人或動物造成傷害等諸多弊端,而目前業(yè)界研究的磁流體推進(jìn)器雖然是無軸,但體積龐大,推進(jìn)效率低,且只能在鹽度較高的海水中工作,無法大面積推廣。為此,王凱甬萌生了“無槳推進(jìn)”的創(chuàng)意。
  “我們下載了30多篇國內(nèi)外關(guān)于無槳或其他非螺旋槳推進(jìn)、流體力學(xué)、自流體運(yùn)動等方面的論文,發(fā)現(xiàn)很多論文中都提到了‘科恩達(dá)效應(yīng)’?!庇谑?,團(tuán)隊(duì)開始嘗試將“科恩達(dá)效應(yīng)”與“水下推進(jìn)器”相結(jié)合。
  “科恩達(dá)效應(yīng)”即當(dāng)所有流體包括液體和氣體,流經(jīng)物體表面的時候,如果物體表面的曲率不是很大,流體就會貼著物體表面運(yùn)動。只要曲率設(shè)計(jì)得恰如其分,那么流體通過物體表面時小流體帶動大流體,其效率就特別高,應(yīng)用此原理設(shè)計(jì)出的無槳水下推進(jìn)器的效率就會高于傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)器。
  但當(dāng)他們將“科恩達(dá)效應(yīng)”與“水下推進(jìn)器”二者結(jié)合起來,去網(wǎng)上查找相關(guān)文獻(xiàn)時,發(fā)現(xiàn)可以利用的文獻(xiàn)資料非常少?!坝捎趯?shí)驗(yàn)室設(shè)備有限,我們甚至無法測出大概的推動力,更不用說精確的數(shù)據(jù),基本上全憑經(jīng)驗(yàn)和感覺,一點(diǎn)點(diǎn)地摸索?!蓖鮿P甬說。
  正當(dāng)整個團(tuán)隊(duì)對該研究方向的可行性產(chǎn)生懷疑時,團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)老師、我校機(jī)械工程學(xué)院黨委副書記張宏選的一席話給他們打了一劑強(qiáng)心針:“目前國內(nèi)好像還沒有人將‘科恩達(dá)效應(yīng)’運(yùn)用于水下機(jī)器人的推動,無槳推進(jìn)器在這個領(lǐng)域無疑是一個很大的創(chuàng)新。”受到老師的鼓舞,整個團(tuán)隊(duì)堅(jiān)定了研究方向,開始馬不停蹄地準(zhǔn)備。此時距參賽只有不到兩個月的時間。
  第一代的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)出來后,他們利用實(shí)驗(yàn)室的3D打印機(jī)打出了主要部件。然而,由于實(shí)驗(yàn)室的3D打印機(jī)精度達(dá)不到實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),加上成員的知識有限,團(tuán)隊(duì)無法實(shí)現(xiàn)對一些流體的精確分析,這些都導(dǎo)致加工出來的部件誤差較大,實(shí)驗(yàn)效果不理想。
  經(jīng)反復(fù)改進(jìn),第二代“無槳推進(jìn)水下機(jī)器人”初顯雛形。正當(dāng)他們滿懷期待地將第二代機(jī)器人放入水池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時,接下來的一幕卻讓董斌鑫、逯城雷、王凱甬三人集體陷入了沉默———機(jī)器人在水中紋絲未動?!盀槭裁床粫??是因?yàn)椤贫鬟_(dá)效應(yīng)’完全不適用,還是因?yàn)殡姍C(jī)功率不夠大?”當(dāng)晚,三人被眼前進(jìn)退兩難的局面困擾,難以入眠?!叭绻?yàn)椤贫鬟_(dá)效應(yīng)’不適用,那根本沒必要再繼續(xù)下去了,但我們不想放棄?!卞殖抢酌媛赌?。雖然“前途未卜”,但他們還是決定修改模型,再次嘗試。
  經(jīng)過四天的努力,他們找出了癥結(jié)所在———用于抽水的渦輪裝置功率太小、推進(jìn)器體積太大。在這次調(diào)整之后,“無槳推進(jìn)器”終于達(dá)到了理想的推動效果。
  賽后,董斌鑫、逯城雷和王凱甬的生活依舊緊張忙碌,董斌鑫說:“比賽獲獎只是對我們研究方向的一個肯定,后續(xù)我們還會進(jìn)行更深入的研究?!蹦壳?,他們已就“無槳推進(jìn)水下機(jī)器人”申請了一個發(fā)明專利和兩個實(shí)用新型專利。