总第23卷260期2021年4月
大众科技
Popular Science & Technology
Vol.23 No.4April 2021
Key words: power surfboard; design; development
引言
传统的冲浪运动是一种以海浪为驱动力的水上极限运
动，它广泛流行于世界各地冲浪过程充满着冒险、刺激和
惊险，冲浪者要在波涛上驰骋，要驾驭海浪，这需要卓越的 胆识、非凡的勇气、充沛的体能和灵活应变的智慧。正是因
为冲浪运动的惊险刺激和有效锻炼身体的特点，使得越来越 多的人加入其中，国内冲浪运动发展得风生水起囱。但是，传
统的冲浪板必须借助风浪才能够在水面上使用，当无风浪、 风浪较小或在内地河流湖泊时，冲浪板就失去了其作用。而
我国虽然有广阔的海岸线，但是由于地理原因风浪都不大， 导致处于内陆的广大受众无法开展需要海浪驱动的冲浪运
动，因此为实现在无风浪或风浪较小时也能够尽情地冲浪， 需要研究开发一种自带动力的冲浪板。
目前国外己经研发出自带动力的水上冲浪设备，但是国 内目前还没有成熟的水上动力冲浪板，希望通过本文的研究 对国内水上动力冲浪板的技术研发提供思路，促进动力冲浪
板在国内的产业发展。
1水上冲浪板存在的技术问题
1.1发动机体积和大，散热不好
以往的水上动力运动器材，大都釆用现有的踏板摩托车
发动机，带减速机构和复杂的启动、变速、消音等结构，重
水上动力冲浪板的设计开发
吕溉之
（广西科技情报研究所，广西南宁530022 ）
【摘 要】传统的冲浪板必须借助风浪才能够在水面上使用，当无风浪较小或在内地河流湖泊时，冲浪板就失去了其作用。 为实现在无风浪或风浪较小时也能够尽情的冲浪，需要研究开发一种自带动力的冲浪板。文章主要介绍了设计开发动力冲浪板 的目的，并对目前水上动力器械存在的问题进行总结，分析需要解决的关键技术，提出可行性方案，以期对水上动力冲浪板的 设计开发提供有益参考。
【关键词】动力冲浪板；设计；开发【中图分类号】TS952 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151（2021）04-0059-02
Design and Development of Water PowerSurfboard
Abstract: The traditional surfboard can only be used on the water surface with the help of w ind and waves. When the wind and waves are small or in inland rivers and lakes, the surfboard will lose its function. In order to be able to surf without wind or waves, it is necessary to develop a self-powered surfboard. This paper mainly introduces the purpose of th
e design and development of power surfboard, summarizes the problems existing in the current water power equipment, analyzes the key technologies to be solved, and puts forward the feasible scheme, so as to provide a useful reference for the design and development of water power surfboard.
量达到20 kg 左右，转速低，功率低，结构复杂，并且体积大, 使动力运动器材的发动机舱尺寸加大，船体重量大为增加，
其最轻的产品重量都达到75 kg 。且发动机和消音器在使用中发动机曲轴
会有大量的热量聚集，由于水上动力运动器材发动机舱通风 不良，散热不好，以往的发动机及消音器的冷却系统异常复
杂，严重制约动力冲浪板或摩托艇向轻质量小体积方向发展。
1.2冲浪板板身材料和畸不好，板体重量大
水上动力冲浪板的外观设计和材料成型技术是产品质量
决定性因素之一。外观设计不佳，可能导致产品阻力大、控 制性下降等问题。而材料强度不够、一体成型技术不过关，
将导致板身力学强度不过关，轻者板身开裂影响使用，重者
板身断裂，危及使用者生命安全〔現
1.3采用负压排水系统，容易进水
现有的便携动力冲浪板或超轻型摩托艇在启动、低速、
及减速刹车等过程中发动机舱完全没入水中，不可避免的会 有水进入发动机舱，特别是以往的负压排水系统，水会从排 水管路大量进入发动机舱，严重影响发动机的正常运行，也 会加重船体，导致提速变慢，水在舱内流动会导致船身不稳, 操控困难。
1.4冲浪板电控控制系统布局零乱，容易进水
现有的动力冲浪板是一种釆用踏板摩托车发动机作为动
【收稿日期】2021-02-06
【作者简介】吕溉之（1987-），男，广西全州人，广西科技情报研究所工程师，从事信息研究分析工作。
-
59 -
力的动力冲浪板。该类型的动力冲浪板控制系统使用踏板摩托车发动机控制系统，系统中的启动和熄火开关(包含安全熄火开关)置于控制手柄上，启动继电器、摩托车电子点火器、摩托车高压包、整流调压器、蓄电池等摩托车发动机的控制系统部件分散布置在发动机舱内，布局零乱，且各个部件的防水问题突出；现有技术的控制系统防水性能低，可靠性差，安全性低，使用的舒适度也低。
2水上动力冲浪板设计开发
2.1动力装置紧凑设计
设计一种结构紧凑、缩小体积、降低整体质量、提高转速和输出功率的集消音器与冷却系统一体的双缸二冲程水冷发动机。
本设计在保证动力及稳定性的基础上，通过结构优化技术实现航空动力发动机微型化，将水冷发动机、水冷消音器和冷却系统、推进系统、启动系统紧凑地设计成一体。提供了一种结构紧凑、缩小体积、降低整体质量、提高转速和输出功率的集消音器与冷却系统一体的双缸二冲程水冷发动机。
2.2冲浪板板身轻量化设计
本产品拟采用UG建模仿真设计冲浪板的外观及内腔，由碳纤维增强塑料(CFRP)制成的浮力板体，该浮力板体的内腔通过隔板将该内腔分隔为相互独立的填充腔和发动机舱，在填充腔中填充有与其匹配的聚氨酯发泡填充体。计算机仿真设计及碳纤维增强塑料(CFRP)制成，降低了板体重量，便于携带。
2.3排水系统防水设计
设计一种动力冲浪板用发动机舱膜片泵排水系统，其中包括排水管，该排水管的进水口位于发动机舱内尾部的底板上，排水管的出水口穿出位于浮力板体顶面板上的发动机舱排水口；在排水管上依次设置有发动机舱排水过滤器和发动机舱排水膜片泵，该发动机舱排水膜片泵具有三个接口，其中两个进出水接口与排水管连通，另外一个动力源接口通过连接气管与二冲程发动机曲轴箱出口接通。
由于上述结构，由发动机曲轴箱提供动力，在曲轴箱底部设有接头，膜片泵的压力腔与接头相连，使压力腔内的压力跟随曲轴箱压力变化而变化，压力腔内的压力变化带动膜片位移，从而使膜片泵的工作腔容积发生变化，将积水抽出发动机舱，排出舱外。该结构不另外需要能源，降低了能耗，避免了水倒灌、保证发动机舱无积水和提高了使用性。
2.4排水系统防水设计
设计一种适用于组合式动力冲浪板的低成本、结构简单可靠、安全舒适的动力冲浪板电控控制系统。
该电控控制系统由冲浪板浮力板体、控制手柄、集成有单片机的控制器、电缆、拉绳及二冲程水冷发动机组成。其中，控制手柄包括控制开关、油门扳机、油门扳机位置传感器；拉绳一端与冲浪板浮力板体的前端相连接，一端与控制手柄相连接，集成有单片机的控制器通过电缆与位于控制手柄顶部的控制开关电连接并导通，控制开关与油门扳机相对应的设置于控制手柄的两侧，同时油门扳机处还设置有油门扳机位置传感器，油门扳机位置传感器和油门扳机也通过电缆与控制器相导通；当动力冲浪板为组合式动力冲浪板时，组合式动力冲浪板包括后板体及前板体，控制器在后板体和前板体的组合处还设置有用于连接前后板体电缆的电缆防水接头，控制器及二冲程水冷发动机均设置于后板体上，控制手柄及拉绳设置于前板体上。二冲程水冷发动机包括曲轴位置传感器、启动电机、火花塞及油门执行机构，二冲程水冷发动机的曲轴位置传感器、启动电机、火花塞及油门执行机构，通过若干根带有电缆防水接头的电缆形成电缆组，与集成有单片机的控制器相连接并导通。集成单片机的控制器包括密闭的控制器壳体及位于该控制器壳体内的集成电路板，其中集成电路板上集成有单片机、发动机启动和点火控制电路、动力电池组、点火高压包、油门控制电路、电池组充放电保护电路、电子控制单元及水泵控制电路；在控制器壳体内还设置有密闭的控制器边盖，控制器边盖通过螺钉固定在控制器壳体上，控制器边盖上设置有供导线穿出的密封连接头；在与控制器边盖相邻的控制器壳体的一侧壁上设置有碗型硅胶膜片，碗型硅胶膜片通过压板和螺钉固定在控制器壳体的侧壁上的通孔处。控制开关与控制器之间有电连接，控制开关的输出信号发送给控制器作为控制器的输入信号；油门扳机位置传感器与控制器之间有电连接，油门扳机位置传感器的输出信号发送给控制器作为控制器的输入信号。
由于上述结构，将以往分散的发动机控制元件用单片机进行整合成集成电路板，安装于密封的控制器壳体内，提高电子元件的安全性和使用寿命，同时由于单片机的使用，实现智能控制板体的密码解锁、数字点火、安全熄火等功能，同时使制造成本降低；手离开控制手柄就熄火的功能，免除了安全绳连接到身体上，提高了使用舒适性。同时，控制手柄与控制器之间的连接釆用电缆连接，传送的是电信号，在连接电缆中间加入防水连接头，可以在不使用的时候方便的将电缆分成两段，适用于组合式动力冲浪板。
3结束语
水上动力冲浪板集成了冲浪运动惊险刺激和有效锻炼身体的特点，适合在无风五浪的任何安全水域运动，解决了传统的冲浪板必须借助风浪的推力才能够使用的问题。它的出现将会使更多人参与水上冲浪运动，估计不久的将来将会兴起水上动力冲浪热潮，在中国带动出现一个新的产业，对我国经济发展、对提高全民身体素质都将有巨大贡献。
【参考文献】
［1］戴敬东，曹卓利.海南冲浪运动发展相关信息研究［几海南热带海洋学院学报，2019(1):25-31.
［2］吕溉之，卢军，韦舂.LED光源优势及其在汽车灯具的应用前景分析［J］.企业科技与发展，2015(18):14-16.［3］黄喜生，陈金祥.波形總压机的开发研究［JJ.矿山机械，2010(1):71-73.
-60-
发布评论