“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(huì)產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用?!痹诘谖鍖肙I中國(guó)水下機(jī)器人大賽比賽現(xiàn)場(chǎng),裁判長(zhǎng)宋大雷對(duì)“無(wú)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(shí)在4S店買來(lái)的繼電器裝上,打開機(jī)器人開關(guān),電機(jī)傳來(lái)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音,董斌鑫長(zhǎng)長(zhǎng)地松了一口氣,逯城雷緊鎖的眉頭也舒展開來(lái)———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(guó)水下機(jī)器人大賽的比賽現(xiàn)場(chǎng)。這項(xiàng)比賽是以全球頂級(jí)海洋科技展覽會(huì)———青島國(guó)際海洋技術(shù)與工程設(shè)備展覽會(huì)OIChina為平臺(tái),面向?qū)I(yè)高校的國(guó)際性大賽。與往年相比,今年的比賽重點(diǎn)突出創(chuàng)新,而“無(wú)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(wú)槳推進(jìn)水下機(jī)器人”出色的創(chuàng)意、設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)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(shī)倩組成的團(tuán)隊(duì)以全國(guó)第三名的總成績(jī)從19所院校的45支隊(duì)伍中脫穎而出,榮獲大賽二等獎(jiǎng)。
從“有槳”到“無(wú)槳”,“無(wú)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(duì)水中的人或動(dòng)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(wú)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(wú)法大面積推廣。為此,王凱甬萌生了“無(wú)槳推進(jìn)”的創(chuàng)意。
“我們下載了30多篇國(guó)內(nèi)外關(guān)于無(wú)槳或其他非螺旋槳推進(jìn)、流體力學(xué)、自流體運(yùn)動(dòng)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(shí)候,如果物體表面的曲率不是很大,流體就會(huì)貼著物體表面運(yùn)動(dòng)。只要曲率設(shè)計(jì)得恰如其分,那么流體通過(guò)物體表面時(shí)小流體帶動(dòng)大流體,其效率就特別高,應(yīng)用此原理設(shè)計(jì)出的無(wú)槳水下推進(jìn)器的效率就會(huì)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(lái),去網(wǎng)上查找相關(guān)文獻(xiàn)時(shí),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(wú)法測(cè)出大概的推動(dòng)力,更不用說(shuō)精確的數(shù)據(jù),基本上全憑經(jīng)驗(yàn)和感覺(jué),一點(diǎn)點(diǎn)地摸索?!蓖鮿P甬說(shuō)。
正當(dāng)整個(gè)團(tuán)隊(duì)對(duì)該研究方向的可行性產(chǎn)生懷疑時(shí),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(guó)內(nèi)好像還沒(méi)有人將‘科恩達(dá)效應(yīng)’運(yùn)用于水下機(jī)器人的推動(dòng),無(wú)槳推進(jìn)器在這個(gè)領(lǐng)域無(wú)疑是一個(gè)很大的創(chuàng)新?!笔艿嚼蠋煹墓奈?,整個(gè)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)定了研究方向,開始馬不停蹄地準(zhǔn)備。此時(shí)距參賽只有不到兩個(gè)月的時(shí)間。
第一代的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)出來(lái)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(shí)有限,團(tuán)隊(duì)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)一些流體的精確分析,這些都導(dǎo)致加工出來(lái)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(wú)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(shí),接下來(lái)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(dòng)?!盀槭裁床粫?huì)動(dòng)?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(méi)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(guò)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(wú)槳推進(jìn)器”終于達(dá)到了理想的推動(dòng)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(shuō):“比賽獲獎(jiǎng)只是對(duì)我們研究方向的一個(gè)肯定,后續(xù)我們還會(huì)進(jìn)行更深入的研究?!蹦壳?,他們已就“無(wú)槳推進(jìn)水下機(jī)器人”申請(qǐng)了一個(gè)發(fā)明專利和兩個(gè)實(shí)用新型專利。