劉戰(zhàn)合 田秋麗 王菁

摘要：為分析高?？萍蓟顒?dòng)的創(chuàng)新意識(shí)的內(nèi)涵，以水上無人機(jī)研究為例，探討高校科技活動(dòng)的特點(diǎn)和創(chuàng)新意識(shí)的內(nèi)涵，并提出創(chuàng)新意識(shí)綜合性和實(shí)踐性的內(nèi)涵。結(jié)合科技活動(dòng)實(shí)例，從學(xué)科綜合角度分析創(chuàng)新意識(shí)綜合性、實(shí)踐性開展的有效性和必要性。實(shí)踐表明，高?？萍蓟顒?dòng)對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)有積極的意義，對學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)與長久的發(fā)展也有重要的影響。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新意識(shí);科技活動(dòng);無人機(jī);科研

在當(dāng)前國際國內(nèi)新形勢下，尤其是“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境的影響下，創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)的思想潮流已基本形成。對高校學(xué)生來說，科研是再學(xué)習(xí)、再提升的能動(dòng)力，也是實(shí)現(xiàn)自己人生價(jià)值的重要方式。筆者以某型水上無人機(jī)研究為切人點(diǎn)，研究和討論學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的內(nèi)涵。

一、科技活動(dòng)的特點(diǎn)

高?？萍蓟顒?dòng)包含從事科研的所有相關(guān)事項(xiàng)，如科研項(xiàng)目、創(chuàng)新活動(dòng)、科技競賽、科技發(fā)明、科研方法等。在本科生培養(yǎng)階段，高校主要以課程學(xué)習(xí)為主，以科技活動(dòng)為輔，重在形成學(xué)生系統(tǒng)化的知識(shí)儲(chǔ)備，使學(xué)生具備初步的科學(xué)技能、學(xué)習(xí)能力、科研能力等。在碩士研究生培養(yǎng)階段，高校主要是進(jìn)一步完善基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)并提高知識(shí)層次和梯度，在學(xué)生形成必需的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)能力后，基于導(dǎo)師制，以科研為導(dǎo)向，重在培養(yǎng)碩士研究生從事科研的能力，并使其形成科研素養(yǎng)和科研習(xí)慣。在博士研究生培養(yǎng)階段，重點(diǎn)在于博士研究生的科研實(shí)踐和技能鍛煉，大多數(shù)情況下以科技活動(dòng)為載體，以學(xué)術(shù)方向或科研項(xiàng)目為主體，鍛煉博士研究生從事科研的學(xué)術(shù)思想和科學(xué)思維，更多表現(xiàn)為創(chuàng)新性。

本科階段的科技活動(dòng)主要特征為方向單一、方法簡單、內(nèi)容基礎(chǔ)等，主體思想是在學(xué)生力所能及的前提下以主流科技競賽為目標(biāo)，以學(xué)校創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室、科技孵化實(shí)驗(yàn)室等為依托，形成有效的科研方向。對大多數(shù)本科院校來說，本科階段的科技活動(dòng)及其創(chuàng)新意識(shí)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是參與成員流動(dòng)性較大;二是學(xué)生參與科研的時(shí)間較為零散;三是大多數(shù)本科生參與的科研活動(dòng)主要依托科技競賽，以學(xué)術(shù)研究、科技發(fā)明為主的較少;四是支持力度較弱，較難形成強(qiáng)有力的科研平臺(tái)和經(jīng)費(fèi)支撐。

二、創(chuàng)新意識(shí)的綜合性

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院具有典型的本科類院校特點(diǎn)，主要任務(wù)是課程教學(xué)，對學(xué)生科研敏銳性及科研素養(yǎng)的培養(yǎng)缺失較大?？蒲袆?chuàng)新具有典型的綜合性，即科學(xué)研究并非單一的學(xué)科或少數(shù)幾個(gè)學(xué)科的簡單相加，而是多個(gè)學(xué)科的相互融入、相互配合。

以水上無人機(jī)研究為例，可視為艦船和無人機(jī)研究的綜合體，以無人機(jī)設(shè)計(jì)研究為主，以艦船設(shè)計(jì)研究為輔，根據(jù)需求可分為軍用和民用，每種應(yīng)用方向的設(shè)計(jì)思想和工藝路線有所區(qū)別。軍用水上無人機(jī)更強(qiáng)調(diào)航程、作戰(zhàn)性能、飛行性能、起降條件等。民用水上無人機(jī)則主要用于水面搜救、海岸河岸巡邏、滅火、物流運(yùn)輸?shù)?，更?qiáng)調(diào)應(yīng)用性，對起降條件、機(jī)動(dòng)性能等要求稍弱。

由于軍用和民用需求的不同，水上無人機(jī)的設(shè)計(jì)思路也不相同，但無論軍用或民用，從設(shè)計(jì)方法和邏輯上講存在統(tǒng)一性。就設(shè)計(jì)方法來看，水上無人機(jī)設(shè)計(jì)主要考慮以下學(xué)科的綜合性。

（一）水面起降性能

水上飛機(jī)起飛降落時(shí)，是一個(gè)綜合的力學(xué)和控制問題。力學(xué)表現(xiàn)為水氣二者的耦合，即水動(dòng)力（水動(dòng)力學(xué)）和氣動(dòng)力（空氣動(dòng)力學(xué)）耦合。水動(dòng)力設(shè)計(jì)研究包含如何設(shè)計(jì)水上無人機(jī)的人水機(jī)身或浮桶的外形、結(jié)構(gòu)等，以減小水面起飛降落阻力，并承受足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。水面運(yùn)動(dòng)特征必然伴隨水面以上的空氣動(dòng)力學(xué)性能的影響，由于部分機(jī)身和機(jī)翼處于空氣介質(zhì)中，力學(xué)行為方式將產(chǎn)生較大的變化，由原來單一的全部處于空氣介質(zhì)中的情況演變?yōu)椴糠痔幱诳諝饨橘|(zhì)中的情況。同時(shí)，水上無人機(jī)水面滑行過程是動(dòng)態(tài)的，可分為三部分：一是完全處于空氣介質(zhì)中，表現(xiàn)為空氣動(dòng)力學(xué)特性;二是同時(shí)具有空氣和水介質(zhì)，表現(xiàn)為氣動(dòng)一水動(dòng)耦合特性;三是完全處于水介質(zhì)中，表現(xiàn)為水動(dòng)力學(xué)特性。

（二）飛行性能

鑒于實(shí)現(xiàn)水上起降需求，水上無人機(jī)與常規(guī)布局無人機(jī)的最大區(qū)別是如何考慮水面起降過程的飛機(jī)總體設(shè)計(jì)，同時(shí)降低水面滑行時(shí)水介質(zhì)阻力和空氣介質(zhì)阻力，并滿足起降升力性能。從飛行性能角度考慮，巡航和機(jī)動(dòng)狀態(tài)下，要求無人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)高升力、低阻力，滿足結(jié)構(gòu)性能，具有一定的裝載能力。巡航時(shí)飛行性能可參考常規(guī)飛行器氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)方法，考慮到水面起降性能，需要根據(jù)設(shè)計(jì)方案對機(jī)身或機(jī)翼浮桶進(jìn)行水面適應(yīng)性設(shè)計(jì)。機(jī)身下端采用多級(jí)斷階減阻技術(shù)或浮桶減阻技術(shù)提高水面起降性能，同時(shí)需考慮巡航狀態(tài)的升力阻力行為，兩方面需求往往相互制約，要結(jié)合飛行器氣動(dòng)外形、機(jī)翼機(jī)身結(jié)構(gòu)等的綜合設(shè)計(jì)提高飛行性能。

（三）滑行、飛行的綜合控制技術(shù)

從水面起降性能和飛行性能來看，其控制模式將綜合水面滑行和飛行性能控制。飛行性能控制采用副翼、方向舵、升降舵等常規(guī)手段進(jìn)行控制?？紤]到飛行器外形的變化，要對舵面和副翼進(jìn)行優(yōu)化以提高控制性能。對水面滑行控制方式，可考慮在飛行控制的方式基礎(chǔ)上對方向舵進(jìn)行延伸優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)水面方向控制性，并結(jié)合機(jī)身的多級(jí)斷階技術(shù)、機(jī)翼兩段附加航向穩(wěn)定性控制器等方式，提高水面滑行穩(wěn)定性。

除以上綜合特點(diǎn)外，裝載設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)鏈路設(shè)計(jì)、功能應(yīng)用實(shí)現(xiàn)等均體現(xiàn)了學(xué)科綜合性。綜上所述，從學(xué)科角度來說，可以將水上無人機(jī)設(shè)計(jì)簡單地分為：飛行器總體設(shè)計(jì)、空氣動(dòng)力學(xué)、水動(dòng)力學(xué)、飛行控制、飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)鏈、材料設(shè)計(jì)、飛行器制造工藝等學(xué)科的綜合，甚至包含飛行試驗(yàn)、材料修復(fù)等學(xué)科的綜合。因此，創(chuàng)新意識(shí)主要表現(xiàn)為各種學(xué)科的綜合性，需要在一定的學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)綜合前提下，對現(xiàn)有學(xué)科、應(yīng)用方向進(jìn)行綜合分析，從而有效實(shí)現(xiàn)其科研或科技活動(dòng)的創(chuàng)新性。

三、創(chuàng)新意識(shí)的實(shí)踐性

科技活動(dòng)的重要特點(diǎn)之一就是實(shí)踐性，作為各學(xué)科綜合性的表現(xiàn)，需根據(jù)各科研活動(dòng)實(shí)際情況，將創(chuàng)新點(diǎn)或創(chuàng)新概念通過實(shí)際產(chǎn)品、樣品或試驗(yàn)方式來驗(yàn)證其正確性、可行性，這稱為創(chuàng)新意識(shí)的實(shí)踐性。以水上無人機(jī)研究為例，可通過團(tuán)隊(duì)組建、方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化、學(xué)科綜合突破等過程，最終實(shí)現(xiàn)水上無人機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。圖1為水上無人機(jī)陸上和水上試飛狀態(tài)。

通過前期詳細(xì)調(diào)研，項(xiàng)目以水上搜救和水質(zhì)探測為主要任務(wù)，創(chuàng)新性采用了后推動(dòng)力、連翼式機(jī)翼方式，首次將連翼式結(jié)構(gòu)應(yīng)用于水上飛機(jī)，在鄭州上街機(jī)場和大型湖面進(jìn)行了試飛，驗(yàn)證了該型水上無人機(jī)優(yōu)秀的水面起降能力及良好的飛行性能和操縱性能。后續(xù)結(jié)合該型無人機(jī)，針對物流應(yīng)用，創(chuàng)新性開發(fā)了改進(jìn)型水上運(yùn)輸無人機(jī)。鄭州上街機(jī)場試飛情況如圖20

科技活動(dòng)的創(chuàng)新性實(shí)施，形成并鍛煉了研究團(tuán)隊(duì)成員之間的科研意識(shí)和團(tuán)隊(duì)科技協(xié)同合作能力，這也是對學(xué)科綜合性的一次完整性錘煉和提升，對后續(xù)科技活動(dòng)和學(xué)生學(xué)習(xí)具有積極的意義。

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