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清华大学机械创意设计大赛决赛作品之“水下推进器”

水下推进器

创意人:基科56

Ψ创意背景

这件作品的目的是不用螺旋桨而用一种新的推进器推动水下舰艇前进,它模仿软体动物游泳的方式。这种推进器设计作为一种尝试。

传统的船只使用螺旋桨,能不能改变这种推进方式呢?

我们知道,乌贼的速度可以达到15m/s以上,最快达150km/h,超过了游得最快的鱼——剑鱼。如果模仿乌贼,给水下舰艇加上“喷射发动机”,说不定会让它们游得更快。不用火箭发动机而采用完全机械的方法应该是行得通的。

《章鱼家族趣谈》:“当套膜腔缝隙张开的时候,海水自由流入。为了不使水从缝中流走,枪乌贼利用特殊的‘纽扣’把套膜严实地堵住”,“使‘燃烧室’所有的出口都紧紧地闭合,只留一个出口——漏斗。这时,套膜腔肌肉收缩,一股强大的水流即从漏斗喷射出去,这种反射作用的结果使枪乌贼顺着相反方向窜行。”

此外,八腕类凭腕间膜的扩张和收缩,鼓动水流,形成推进本身的动力。

Ψ我的创意

上面这些话提示我们,仅靠鼓动水流是可以推动船只的。于是,我进行了以下设计。

三种方案:

磁场收缩发动机:在发动机腔里安装一根轴,它产生强磁场,将整个发动机扩大、缩小。

火箭发动机:将火箭推进器应用于船上。

机械收缩发动机。

然而我的知识不够,想不出怎样设计能实现第一种方案,于是我采用了第三种方案,设计了一种更简单的装置。该装置过程示意如下图:

装置的详细设计请看下图:

我设计了这个环状喷口,它可以张大缩小,通过转动示意图中的发动机带动连杆运动使环状喷口的骨架扩大缩小。整个推进器可安装多个环状喷口,各连杆在连杆组里,通过四个发动机或一个发动机的四个汽缸带动。运动时先让喷口一样大,然后离发动机最远的喷口扩大,接着下一个扩大,四个喷口依次扩大后离发动机最远的喷口缩小,接着下一个缩小,依次类推。在第一个喷口缩小后,后面的喷口缩小便相当于乌贼的外套膜肌肉挤压海水,推力便产生了。而将整个发动机换个方向便实现了转向。

Ψ创新带来的优点

这种发动机不同于螺旋桨,它如果能研制成功将改变我们关于船只推动方式的观念。该发动机的设计思想来源于仿生学。生物体的结构是适应环境的结果,因此利用生物来设计机器具有极大的优越性。例如:飞机的机翼前要加上配重,这是在人们经过事业发现的能抵消有害震颤的方法,然而生物学家发现蜻蜓的翅前端有角质的翅痣后发现,它和飞机机翼加配重的设计不谋而合。要将机械设计在新世纪继续发展,与仿生学的结合将是不可避免的。这才是我的这件作品所想表达的思想。

Ψ我的收获

这件作品也许从机械的角度不够合理,因为这个问题需要很多我还不具备的知识,但是我体会到了要做成一件事需要一个长远的目标与长期的计划,需要一个人知道他缺乏什么,怎样改进。并且我在设计这件作品时思考过,这便不能说我参加这次比赛没有任何收获了。我希望其他选手也和我一样,因为参加了这次比赛而过得充实,有自己的收获,我还希望将来的选手能设计出更有价值,更成熟的作品。

这便是一切了。

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2 Replies to “清华大学机械创意设计大赛决赛作品之“水下推进器””

  1. 呵呵!当然不是的。
    呵呵!上面有创意人所在的班级啊,但没有写具体的名字。因为是参赛作品,所以属于公开的,但所有权属于原作者本人。

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