劉戰(zhàn)合 田秋麗 王菁

摘要：為分析高?？萍蓟顒拥膭?chuàng)新意識的內(nèi)涵，以水上無人機研究為例，探討高?？萍蓟顒拥奶攸c和創(chuàng)新意識的內(nèi)涵，并提出創(chuàng)新意識綜合性和實踐性的內(nèi)涵。結(jié)合科技活動實例，從學(xué)科綜合角度分析創(chuàng)新意識綜合性、實踐性開展的有效性和必要性。實踐表明，高校科技活動對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識有積極的意義，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;科技活動;無人機;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)、再提升的能動力，也是實現(xiàn)自己人生價值的重要方式。筆者以某型水上無人機研究為切人點，研究和討論學(xué)生創(chuàng)新意識的內(nèi)涵。

一、科技活動的特點

高校科技活動包含從事科研的所有相關(guān)事項，如科研項目、創(chuàng)新活動、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，以科技活動為輔，重在形成學(xué)生系統(tǒng)化的知識儲備，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，高校主要是進一步完善基礎(chǔ)科學(xué)知識并提高知識層次和梯度，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，重點在于博士研究生的科研實踐和技能鍛煉，大多數(shù)情況下以科技活動為載體，以學(xué)術(shù)方向或科研項目為主體，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)新實驗室、基礎(chǔ)教學(xué)實驗室、科技孵化實驗室等為依托，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及其創(chuàng)新意識具有以下幾個特點：一是參與成員流動性較大;二是學(xué)生參與科研的時間較為零散;三是大多數(shù)本科生參與的科研活動主要依托科技競賽，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，較難形成強有力的科研平臺和經(jīng)費支撐。

二、創(chuàng)新意識的綜合性

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院具有典型的本科類院校特點，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。科研創(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)幾個學(xué)科的簡單相加，而是多個學(xué)科的相互融入、相互配合。

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

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

（一）水面起降性能

水上飛機起飛降落時，是一個綜合的力學(xué)和控制問題。力學(xué)表現(xiàn)為水氣二者的耦合，即水動力（水動力學(xué)）和氣動力（空氣動力學(xué)）耦合。水動力設(shè)計研究包含如何設(shè)計水上無人機的人水機身或浮桶的外形、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)強度。水面運動特征必然伴隨水面以上的空氣動力學(xué)性能的影響，由于部分機身和機翼處于空氣介質(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，水上無人機水面滑行過程是動態(tài)的，可分為三部分：一是完全處于空氣介質(zhì)中，表現(xiàn)為空氣動力學(xué)特性;二是同時具有空氣和水介質(zhì)，表現(xiàn)為氣動一水動耦合特性;三是完全處于水介質(zhì)中，表現(xiàn)為水動力學(xué)特性。

（二）飛行性能

鑒于實現(xiàn)水上起降需求，水上無人機與常規(guī)布局無人機的最大區(qū)別是如何考慮水面起降過程的飛機總體設(shè)計，同時降低水面滑行時水介質(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，巡航和機動狀態(tài)下，要求無人機能夠?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。巡航時飛行性能可參考常規(guī)飛行器氣動外形設(shè)計方法，考慮到水面起降性能，需要根據(jù)設(shè)計方案對機身或機翼浮桶進行水面適應(yīng)性設(shè)計。機身下端采用多級斷階減阻技術(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)合飛行器氣動外形、機翼機身結(jié)構(gòu)等的綜合設(shè)計提高飛行性能。

（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)手段進行控制。考慮到飛行器外形的變化，要對舵面和副翼進行優(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)上對方向舵進行延伸優(yōu)化，實現(xiàn)水面方向控制性，并結(jié)合機身的多級斷階技術(shù)、機翼兩段附加航向穩(wěn)定性控制器等方式，提高水面滑行穩(wěn)定性。

除以上綜合特點外，裝載設(shè)計、數(shù)據(jù)鏈路設(shè)計、功能應(yīng)用實現(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，可以將水上無人機設(shè)計簡單地分為：飛行器總體設(shè)計、空氣動力學(xué)、水動力學(xué)、飛行控制、飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)鏈、材料設(shè)計、飛行器制造工藝等學(xué)科的綜合，甚至包含飛行試驗、材料修復(fù)等學(xué)科的綜合。因此，創(chuàng)新意識主要表現(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、專業(yè)知識綜合前提下，對現(xiàn)有學(xué)科、應(yīng)用方向進行綜合分析，從而有效實現(xiàn)其科研或科技活動的創(chuàng)新性。

三、創(chuàng)新意識的實踐性

科技活動的重要特點之一就是實踐性，作為各學(xué)科綜合性的表現(xiàn)，需根據(jù)各科研活動實際情況，將創(chuàng)新點或創(chuàng)新概念通過實際產(chǎn)品、樣品或試驗方式來驗證其正確性、可行性，這稱為創(chuàng)新意識的實踐性。以水上無人機研究為例，可通過團隊組建、方案設(shè)計及優(yōu)化、學(xué)科綜合突破等過程，最終實現(xiàn)水上無人機的創(chuàng)新設(shè)計。圖1為水上無人機陸上和水上試飛狀態(tài)。

通過前期詳細調(diào)研，項目以水上搜救和水質(zhì)探測為主要任務(wù)，創(chuàng)新性采用了后推動力、連翼式機翼方式，首次將連翼式結(jié)構(gòu)應(yīng)用于水上飛機，在鄭州上街機場和大型湖面進行了試飛，驗證了該型水上無人機優(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，針對物流應(yīng)用，創(chuàng)新性開發(fā)了改進型水上運輸無人機。鄭州上街機場試飛情況如圖20

科技活動的創(chuàng)新性實施，形成并鍛煉了研究團隊成員之間的科研意識和團隊科技協(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)科技活動和學(xué)生學(xué)習(xí)具有積極的意義。

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