劉琛翔

洞庭天下水，岳陽天下樓。從古至今，八百里洞庭都是無數(shù)中外游客向往的旅游勝地。環(huán)洞庭湖觀光游已成為我們湖南一張亮麗的名片。我們學(xué)校就在洞庭湖邊，平時我喜歡到湖邊游玩。一天，看到游輪在湖面上來來去去，我不由得想起了“東方之星”游輪發(fā)生的災(zāi)難事故……

是啊，在航道上航行，任何游輪都無法保證其不遭受意外，杜絕游輪傾覆事故的發(fā)生。我突發(fā)奇想，能不能設(shè)計出一種裝置，在緊急情況下可以有效增加游輪的浮力和穩(wěn)定性，防止游輪傾覆呢？

一、方案設(shè)計與選擇

（一）方案構(gòu)思

我經(jīng)過反復(fù)琢磨，在不影響船體強度和水密性的前提下，根據(jù)仿生學(xué)原理，提出了給游船加翅翼的方案。平時不展開時如鳥靜立的形態(tài)，隱翅在船舷兩側(cè)（或夾板內(nèi)），緊急情況下如同鳥的翅膀展開，側(cè)翼漂浮在水面上，通過增加船的寬度，從而保持游輪整體平衡。為此我設(shè)計了三種方案：第一種方案是側(cè)翼型，翅翼連同固定式安全氣囊從船的兩側(cè)展開；第二種方案是平展型，翅翼連同固定式安全氣囊水平由內(nèi)向外展開；第三種方案是剛性空腔翼水平展開。

【方案一】 側(cè)翼展開型

這是一種翅翼從水里展開的方案。這種方案在船體的兩側(cè)各設(shè)置一平衡翼，并在船舶載重線的舷外兩側(cè)板上，各開設(shè)一個向內(nèi)凹的放置“隱形翅膀”的箱體。正常情況下固定式安全氣囊有序地疊放在側(cè)翼內(nèi)，側(cè)翼與箱體密閉成為舷側(cè)板的一部分。當預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出警報時，可以迅速啟動應(yīng)急安全裝置，伸展開側(cè)翼（網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)），打開安全氣囊，通過增大船體與水面的接觸面積，從而減小風(fēng)浪對船體的沖擊，確保船體的安全穩(wěn)定。

【方案二】 水平移動型

這是一種翅翼平行向外移動展開的方案。此方案在甲板底層加設(shè)一層左右對稱的平衡翼，平衡翼呈兩層結(jié)構(gòu)，上層為空心不銹鋼結(jié)構(gòu)，下層為固定式氣囊。當游輪在水上突遇風(fēng)浪等險情時，預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出警報，控制裝置迅速自動投入工作，平衡翼向外伸出，氣囊打開，使船舶快速平衡，防止傾覆。

【方案三】 可控剛性空腔翼型

這種方案與方案二的設(shè)計有些相同的地方，在甲板底層加設(shè)有左右對稱的四個可控剛性空腔翼，這種可伸縮可控剛性空腔翼一端設(shè)有與微電機相連接的樞軸，而微電機與控制裝置相連接。與方案二不同的是，可控剛性空腔翼將方案二的翅翼和固定式氣囊合二為一，變?yōu)橐粚涌招牟讳P鋼結(jié)構(gòu)。當游輪在水上突遇風(fēng)浪等險情時，預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出警報，該裝置迅速自動投入工作，剛性空腔翼向傾斜的一側(cè)伸出（另一側(cè)不動），使船舶快速平衡，防傾覆。

（二）方案比較與實驗

我通過反反復(fù)復(fù)分析和紙質(zhì)模型實驗發(fā)現(xiàn)：

方案一和方案二在游輪載重線的舷外兩側(cè)板上（或甲板內(nèi)）加設(shè)翅翼，翅翼內(nèi)側(cè)安裝與之相結(jié)合的固定式安全氣囊，進入緊急狀態(tài)時，固定式氣囊通過充氣機迅速充氣，兩側(cè)翅翼隨之張開，整個船體變成“方舟”；當緊急狀態(tài)解除后，再用抽氣機將氣囊內(nèi)空氣抽出并把氣囊收回，翅翼與船體（箱體）密閉關(guān)緊。這兩種方案的動力傳動機構(gòu)相對簡單，但科技查新結(jié)果顯示為已有，故這兩個方案淘汰。

方案三“可控剛性空腔翼防傾覆裝置”的設(shè)計原理和特征在于：密封空腔與氣囊在利用水的浮力、增大船體與水面的接觸面、增強船體的平衡性能等方面的科學(xué)原理與應(yīng)用效果雖然相同，但在工程學(xué)上具有以下突出的優(yōu)勢：

1. 剛性空腔直接從船體吃水線兩側(cè)平行伸出，避開了氣囊展開過程中水對它的巨大阻力，減少了充氣過程的耗時耗能，有利于快速反應(yīng)，爭得寶貴的自救時間。

2. 剛性空腔具有維護方便的特點，避免了氣囊折疊伸縮過程中易損漏氣的隱性危險因素，不會貽誤自救。

3. 剛性空腔翼僅需油壓機提供伸縮動力，無須空壓機、抽氣機協(xié)助救援，既省時間，又能減少出現(xiàn)故障的概率，且簡化了裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)置，省去了煩瑣的控制和操作。

4. 剛性空腔翼采用人工控制和自動控制雙控制系統(tǒng)，可降低控制失靈的概率。

根據(jù)以上特點，我把方案三作為設(shè)計的優(yōu)選方案。

（三）游輪模型及可控剛性空腔翼裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

本游輪模型及可控剛性空腔翼裝置的基本結(jié)構(gòu)如上所示。其創(chuàng)新設(shè)計部分主要是執(zhí)行、動力、控制三大系統(tǒng)，其中船體兩側(cè)設(shè)有執(zhí)行系統(tǒng)中的翅翼承力舷、用來隱匿收藏翅翼的翅翼艙、可控剛性空腔翼，在船艙內(nèi)安裝有動力系統(tǒng)中的油壓機和控制系統(tǒng)等主要部件。

自動控制系統(tǒng)由信息采集器、信息處理器、控制器、信息反饋器等構(gòu)成，整體工作流程如下圖所示。

由于目前本人只是一個小學(xué)生，尚無能力完成自動控制系統(tǒng)電路設(shè)計，暫時只能作為創(chuàng)意提出，為以后進一步研究提供參考。

二、模型的制作

（一）材料選擇

空腔翼是整個設(shè)計的核心部分，空腔翼材料在方便智能收放的同時，還必須比較薄，同時還得有足夠的硬度。我先后用塑料板、木板等材料制作空腔翼，但都達不到要求。后來，我發(fā)現(xiàn)不銹鋼材料的重量和硬度基本都可以滿足要求，于是就采用不銹鋼作為剛性空腔翼的主體材料。

（二）模型制作

在材料準備齊全的基礎(chǔ)上，我請五金加工廠的孫師傅和袁師傅，按我的設(shè)計圖紙和要求，完成了具有“可控剛性空腔翼防傾覆裝置”游輪模型的加工制作。

（三）模型應(yīng)用實驗檢測

模型制作完成后，我在老師的幫助下，來到洞庭湖邊進行測試和檢驗。我用鼓風(fēng)機制造風(fēng)浪，當鼓風(fēng)機調(diào)速到高擋時，輪船開始傾斜，這時我輕輕按下遙控開關(guān)，僅幾秒鐘的時間，剛性空腔翼受驅(qū)動，同步展開向外移動伸出，使游輪迅速上浮，恢復(fù)平衡。當將鼓風(fēng)機調(diào)速至最高擋時，游輪依然沒有明顯傾斜。

雖說手工制作的模型很粗糙，外觀也不精美，但基本達到了預(yù)期的實驗效果，沒有翻船，這說明我的設(shè)計是具有可行性的。

老師評價說，你設(shè)計的可控剛性空腔翼防傾覆裝置，能為游輪在遭受大風(fēng)浪和快速轉(zhuǎn)彎時的安全行駛提供相應(yīng)保障，但模型所用材料和外觀設(shè)計、加工精度等還有待進一步完善。

（四）改進思路

在游輪的預(yù)警機制上，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)聯(lián)網(wǎng)，岸上的指揮中心可以及時、準確地知道游輪的航行情況，便于救援、指揮。

三、研制體會

在這個裝置的設(shè)計和研制過程中，我學(xué)會了上網(wǎng)搜尋資料的一些基本方法。我不光在網(wǎng)上找了許許多多的游船圖片，學(xué)習(xí)了輪船的一些基本知識，還有許多在研制過程中遇到的困惑，都基本在網(wǎng)上找到了答案。過去我上網(wǎng)玩游戲玩得太多，現(xiàn)在每次上網(wǎng)都能學(xué)習(xí)一些新知識，有意思多啦！

還有，我在反反復(fù)復(fù)的制作過程中，真正感受到了完成一件創(chuàng)新作品真的要付出很多。我記得在考慮選用什么材料做船體時就遇到了很多阻力，那時候我和爸爸去了建材市場好多回，考慮過洗碗的槽、路燈的外殼，最后不得不設(shè)計圖紙，請加工師傅幫忙制作游船。游輪用什么材料制作，上面安裝哪些物件，選擇什么方案，基本上每一項都大費周折。我在設(shè)計與具體制作中碰到了很多困難，不得不反反復(fù)復(fù)地修改、調(diào)整方案。在制作過程中，我前一次的失敗，都為后面設(shè)計更科學(xué)的新方案提供了經(jīng)驗。我要是因為某次失敗而放棄，那就永遠體會不到成功的快樂了。所以，我覺得搞發(fā)明創(chuàng)新對人的毅力是一種考驗，只有經(jīng)歷過挫折，人的才干、能力才能在創(chuàng)新實踐中逐步提高。

所以，我將再接再厲，認真學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識，積極參與各項有益的實踐活動，不斷提升自己的才干和綜合能力，讓自己成為一個有益于社會的人！

四、鳴謝

在這個裝置的研制過程中，我得到了學(xué)校校長、科學(xué)老師、學(xué)校聘請的校外科技輔導(dǎo)員、五金加工廠師傅、造船廠師傅、海事局專家等長輩們的精心指導(dǎo)和全力幫助，并得到了老爸老媽和同學(xué)們的大力支持，在此對他們深表感謝！

（指導(dǎo)教師 李宏亮 編 輯 巧克力）