一種新型發(fā)射式網(wǎng)狀救生圈彈體設(shè)計

陳昱龍 崔鈺奇 劉宏剛 劉壯

摘? 要：我國是水資源大國，并且江河湖泊的擁有量較多。由于溺水事件在我們時常發(fā)生，文章從救人的角度介紹了一種新型的網(wǎng)狀救生圈裝置，著重闡述了該裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點和工作原理。通過新型對網(wǎng)狀充氣救生圈的具體設(shè)計，使該水上充氣式救生圈具有仿生和增加救援機(jī)會等特點，從而達(dá)到及時求助溺水者的目的。

關(guān)鍵詞：仿生;充氣救生圈;水上救援;救生圈設(shè)計

中圖分類號：X924.4? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）09-0041-02

Abstract： China is a large country of water resources， and the number of rivers and lakes is more. Because drowning often occurs in us， this paper introduces a new type of mesh lifebuoy device from the point of view of saving people， and emphatically expounds the internal structure characteristics and working principle of the device. Through the specific design of the new type of mesh inflatable lifebuoy， the water inflatable lifebuoy has the characteristics of bionics and increasing rescue opportunities， so as to achieve the purpose of timely help to drowning.

Keywords： bionics; inflatable lifebuoy; water rescue; lifebuoy design

目前在國際或國內(nèi)船只上設(shè)置的救生圈通常設(shè)置在船艙內(nèi)的專用儲油罐中，或在船舶一側(cè)的專用儲油罐中，或在船舶發(fā)生不幸著陸時遇險時在船舶一側(cè)設(shè)置，往往都是發(fā)生在很短時間內(nèi)，落水者通常來不及使用救生圈，在海浪或者水流的沖擊下，落水者很快沖離里船只很遠(yuǎn)人力只能將救生圈投擲10-20m左右，由于船只離落水者距離遠(yuǎn)，往往投不到落水者身邊而發(fā)生悲劇鑒于這一情況， 本文設(shè)計了一種水上救援裝置。采用入水式壓縮氣瓶瞬間充氣使網(wǎng)狀救生圈迅速膨脹。簡化以往發(fā)射方式所需要的物件，提高救援效率。對于以往發(fā)射器發(fā)射通用圓形救生圈，施救人對于被救人是點對點方式，救援面積?。s2m2）。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前美國韓國研發(fā)了救生拋投器，一種依靠氣瓶作動力發(fā)射傳統(tǒng)壓縮游泳圈的救援裝置，但是其氣瓶裝填步驟過于繁瑣，保養(yǎng)物件較多，且傳統(tǒng)的圓形救生圈存在救援范圍小，被救人員得有一定游泳距離（約3m）才能拿到游泳圈的問題。且價格昂貴重量大，不適合大面積大范圍使用。并且在軍用與民用中因為操作時間長，緊急情況反應(yīng)時間慢。導(dǎo)致人們依然選擇傳統(tǒng)方式營救。

并且在2010年前后由來自澳大利亞工業(yè)設(shè)計系的24歲的大學(xué)生薩姆·阿德洛尤設(shè)計，“火箭筒救生圈”射程150m，“火箭彈”遇水即膨脹，可以在第一時間給溺水者提供幫助。阿德洛尤把這個發(fā)明稱為Longreach。它重約3.5kg，從外觀上看像火箭筒，其“火箭彈”是由疏水性泡沫制作的，“火箭彈”遇水15秒內(nèi)就會迅速膨脹40倍成為救生圈。救生圈還配備有夜間照明用的LED燈和呼救哨子。

但是其卻未有類似其他發(fā)射器的牽引繩。無法在落水者得到救生圈后迅速回收，并且其設(shè)計為一次性。每個發(fā)射器只有兩個壓縮救生圈，無法進(jìn)行二次裝填。發(fā)射出去的救生圈為傳統(tǒng)圓型救生圈，救援面積小，救援單一，一次性產(chǎn)品不環(huán)保等缺點。

2 水上網(wǎng)狀救生圈彈體的整體設(shè)計

2.1 水上救援裝置的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

2.2 自動救生圈充氣模塊的設(shè)計和運行方式

自動救生圈充氣模塊如圖2所示，自動救生圈外殼被射出去后，位于1位置的藥片延時器在水通過2通道遇水之后，高壓氣體會通過3通道進(jìn)入到4中。當(dāng)4中的氣壓到達(dá)一定氣壓時候時，氣體會通過4上的空洞進(jìn)入5中并且為5中的網(wǎng)狀救生圈進(jìn)行充氣。當(dāng)5中的救生圈充氣到一定體積時候，將推動6即彈體外殼向外運動。當(dāng)7的彈簧的彈性勢能小于6帶來的動能時，7的轉(zhuǎn)換卡扣將會產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，最終卡扣脫離，則6彈體外殼將會完全脫離彈體，氣體帶動網(wǎng)狀救生圈釋放5出來。

網(wǎng)狀救生圈的主體部位設(shè)計方案：

對于救生圈的主體我們采用以一個主體枝干為中心，如圖3所示。其副枝干如圖4所示。

自動救生圈外殼被射出去，遇水開始充氣后，位于1位置的充氣主干開始充氣之后，高壓氣體會通過2的三通通道進(jìn)入到3中。之后進(jìn)入6中的三通副管道隨之氣體分別進(jìn)入4和5的管道當(dāng)中。

三個副枝干充氣通道，有利于每一個通道的充氣壓力，受力，充氣速度相同。有效解決了實體在水中遇到突發(fā)狀況，單個充氣瓶無法充氣導(dǎo)致的整個救生圈無法成功充氣打開的缺點，以及海中尖銳物品刺穿救生圈只會使得其中一個模塊有損失，不會影響救援。

3 分析與計算

理論浮力計算：

根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行理論浮力計算，整個彈體質(zhì)量約為5kg，其中二氧化碳壓縮鋼瓶的參數(shù)為規(guī)格：長22cm，直徑5cm。瓶口螺紋規(guī)格12.5×1.5?？傊?88g左右，內(nèi)含二氧化碳?xì)?15g。空瓶重580g左右。網(wǎng)狀救生圈的主副枝干半徑為0.05m，單個長度為1m，一共有12根大小相近的主副枝干，設(shè)溺水者體重為50kg的重量。

先計算溺水者和彈體合重力：

可得鋼瓶可產(chǎn)生的二氧化碳體積為109.45L>94.2L，且救生圈的浮力為706.5N>550N。我們得出的結(jié)論是：產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生的浮力可以支撐一個50kg以上的70kg以下的成年人在短暫的救援時間內(nèi)保持漂浮于水面上，保證自充氣救生圈的救援過程順利進(jìn)行。

4 結(jié)束語

水上救援裝置進(jìn)行水上緊急救援時，實驗結(jié)果表明：該裝置穩(wěn)定好效果好，從救援效率入手，以高速、高效作為研究重點，由以往的點對點救援方式改變?yōu)辄c對面的救援方式。提高落水者被救幾率，提高救援效率。突破傳統(tǒng)救生圈外形局限，對于單個網(wǎng)狀游泳圈可以成倍數(shù)救援落水人員。研究主體的突破以往發(fā)射型救援裝置重在救援裝置的發(fā)射，此次研究重點放在了結(jié)構(gòu)的簡化以及救生圈的設(shè)計，使其更具有應(yīng)用性，提高了救援效率?？捎糜谲娪镁仍兔裼镁仍?，體現(xiàn)了國家對軍民兩用，軍民融合的前衛(wèi)思想。未來海上救援勢必向高效化、高速化發(fā)展，發(fā)射式救援裝置是大勢所趨，而網(wǎng)狀救生圈更是救援器具的一大進(jìn)步，具有新式救生圈理念，具有跨時代意義。

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