一种新型发射式网状救生圈弹体设计

陈昱龙 崔钰奇 刘宏刚 刘壮

摘  要：我国是水资源大国，并且江河湖泊的拥有量较多。由于溺水事件在我们时常发生，文章从救人的角度介绍了一种新型的网状救生圈装置，着重阐述了该装置的内部结构特点和工作原理。通过新型对网状充气救生圈的具体设计，使该水上充气式救生圈具有仿生和增加救援机会等特点，从而达到及时求助溺水者的目的。

关键词：仿生;充气救生圈;水上救援;救生圈设计

中图分类号：X924.4        文献标志码：A         文章编号：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

目前在国际或国内船只上设置的救生圈通常设置在船舱内的专用储油罐中，或在船舶一侧的专用储油罐中，或在船舶发生不幸着陆时遇险时在船舶一侧设置，往往都是发生在很短时间内，落水者通常来不及使用救生圈，在海浪或者水流的冲击下，落水者很快冲离里船只很远人力只能将救生圈投掷10-20m左右，由于船只离落水者距离远，往往投不到落水者身边而发生悲剧鉴于这一情况， 本文设计了一种水上救援装置。采用入水式压缩气瓶瞬间充气使网状救生圈迅速膨胀。简化以往发射方式所需要的物件，提高救援效率。对于以往发射器发射通用圆形救生圈，施救人对于被救人是点对点方式，救援面积小（约2m2）。

1 国内外研究现状

目前美国韩国研发了救生抛投器，一种依靠气瓶作动力发射传统压缩游泳圈的救援装置，但是其气瓶装填步骤过于繁琐，保养物件较多，且传统的圆形救生圈存在救援范围小，被救人员得有一定游泳距离（约3m）才能拿到游泳圈的问题。且价格昂贵重量大，不适合大面积大范圍使用。并且在军用与民用中因为操作时间长，紧急情况反应时间慢。导致人们依然选择传统方式营救。

并且在2010年前后由来自澳大利亚工业设计系的24岁的大学生萨姆·阿德洛尤设计，“火箭筒救生圈”射程150m，“火箭弹”遇水即膨胀，可以在第一时间给溺水者提供帮助。阿德洛尤把这个发明称为Longreach。它重约3.5kg，从外观上看像火箭筒，其“火箭弹”是由疏水性泡沫制作的，“火箭弹”遇水15秒内就会迅速膨胀40倍成为救生圈。救生圈还配备有夜间照明用的LED灯和呼救哨子。

但是其却未有类似其他发射器的牵引绳。无法在落水者得到救生圈后迅速回收，并且其设计为一次性。每个发射器只有两个压缩救生圈，无法进行二次装填。发射出去的救生圈为传统圆型救生圈，救援面积小，救援单一，一次性产品不环保等缺点。

2 水上网状救生圈弹体的整体设计

2.1 水上救援装置的基本结构和工作原理

2.2 自动救生圈充气模块的设计和运行方式

自动救生圈充气模块如图2所示，自动救生圈外壳被射出去后，位于1位置的药片延时器在水通过2通道遇水之后，高压气体会通过3通道进入到4中。当4中的气压到达一定气压时候时，气体会通过4上的空洞进入5中并且为5中的网状救生圈进行充气。当5中的救生圈充气到一定体积时候，将推动6即弹体外壳向外运动。当7的弹簧的弹性势能小于6带来的动能时，7的转换卡扣将会产生翻转，最终卡扣脱离，则6弹体外壳将会完全脱离弹体，气体带动网状救生圈释放5出来。

网状救生圈的主体部位设计方案：

对于救生圈的主体我们采用以一个主体枝干为中心，如图3所示。其副枝干如图4所示。

自动救生圈外壳被射出去，遇水开始充气后，位于1位置的充气主干开始充气之后，高压气体会通过2的三通通道进入到3中。之后进入6中的三通副管道随之气体分别进入4和5的管道当中。

三个副枝干充气通道，有利于每一个通道的充气压力，受力，充气速度相同。有效解决了实体在水中遇到突发状况，单个充气瓶无法充气导致的整个救生圈无法成功充气打开的缺点，以及海中尖锐物品刺穿救生圈只会使得其中一个模块有损失，不会影响救援。

3 分析与计算

理论浮力计算：

根据设计要求进行理论浮力计算，整个弹体质量约为5kg，其中二氧化碳压缩钢瓶的参数为规格：长22cm，直径5cm。瓶口螺纹规格12.5×1.5。总重788g左右，内含二氧化碳气215g。空瓶重580g左右。网状救生圈的主副枝干半径为0.05m，单个长度为1m，一共有12根大小相近的主副枝干，设溺水者体重为50kg的重量。

先计算溺水者和弹体合重力：

可得钢瓶可产生的二氧化碳体积为109.45L>94.2L，且救生圈的浮力为706.5N>550N。我们得出的结论是：产生的二氧化碳气体产生的浮力可以支撑一个50kg以上的70kg以下的成年人在短暂的救援时间内保持漂浮于水面上，保证自充气救生圈的救援过程顺利进行。

4 结束语

水上救援装置进行水上紧急救援时，实验结果表明：该装置稳定好效果好，从救援效率入手，以高速、高效作为研究重点，由以往的点对点救援方式改变为点对面的救援方式。提高落水者被救几率，提高救援效率。突破传统救生圈外形局限，对于单个网状游泳圈可以成倍数救援落水人员。研究主体的突破以往发射型救援装置重在救援装置的发射，此次研究重点放在了结构的简化以及救生圈的设计，使其更具有应用性，提高了救援效率。可用于军用救援和民用救援，体现了国家对军民两用，军民融合的前卫思想。未来海上救援势必向高效化、高速化发展，发射式救援装置是大势所趋，而网状救生圈更是救援器具的一大进步，具有新式救生圈理念，具有跨时代意义。

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