謝鏡宇

我國(guó)很多家庭的煙囪蓋是固定的，有帳篷形的，有屋頂蓋形的，等等，當(dāng)有斜風(fēng)斜雨時(shí)一般不能把雨水很好地?fù)踝?，或只能擋住某一個(gè)方向上的斜雨，致使雨水順著煙囪往下流，滲透到墻上甚至流到火爐里。

于是，我就想到用一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的“隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)遮擋斜雨的頭盔形煙囪蓋”來解決這個(gè)問題。

一、研究制作過程

1.定下課題，思考解決方案。

（1）將煙囪蓋做得寬一些，而且更靠近煙囪口。安裝一個(gè)雨雪感應(yīng)器，和一個(gè)特定控制驅(qū)動(dòng)裝置。

（2）以冒出的煙作為輸入信號(hào)或動(dòng)力，控制或驅(qū)動(dòng)煙囪蓋轉(zhuǎn)動(dòng)。

（3）以風(fēng)作為輸入信號(hào)或動(dòng)力，應(yīng)用“風(fēng)向標(biāo)”和“低氣壓”效應(yīng)，控制或驅(qū)動(dòng)煙囪蓋轉(zhuǎn)動(dòng)。

（4）將煙囪蓋進(jìn)行切割分離，使其可以活動(dòng)，防御雨雪。

最后定下最佳方案——隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)遮擋斜雨的頭盔形煙囪蓋。

2.開始制作。一直想按設(shè)計(jì)圖制作一個(gè)流線型煙囪蓋，但是經(jīng)多次努力，都沒有注模成型的條件。最后，只好決定用摩托車頭盔進(jìn)行改進(jìn)，做出一個(gè)演示模型。

3.開始用摩托車頭盔制作模型，同時(shí)思考這一設(shè)計(jì)的其他用途，于是還制作了一個(gè)公園中的座椅風(fēng)雨棚。

4.樣品制成。這種能依據(jù)風(fēng)向自動(dòng)調(diào)節(jié)方向的煙囪蓋可以遮擋任意方向的斜風(fēng)斜雨。隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)遮擋斜雨的頭盔形煙囪蓋（模型）包括木制底座，底座上安裝煙囪模型。煙囪蓋設(shè)有流線型棚蓋，棚蓋中心線上開有一個(gè)小孔，孔中嵌入滾珠軸承。軸承套在支撐柱上，調(diào)整好重心，使煙囪蓋可以很靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)。煙囪蓋背風(fēng)端設(shè)有“風(fēng)向舌”，它的作用是利用風(fēng)力來調(diào)節(jié)煙囪蓋的朝向，使擋風(fēng)面總是迎風(fēng)，開口面總是背風(fēng)。

二、科學(xué)原理

“隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)遮擋斜雨的頭盔形煙囪蓋”做成一個(gè)可以活動(dòng)的不對(duì)稱的“頭盔”——流線型煙囪蓋，有一個(gè)受風(fēng)影響的“尾巴”——風(fēng)向舌，起到風(fēng)向標(biāo)的作用，使開口總是背向風(fēng)雪，“頭盔”的軸承安裝在雨棚的內(nèi)部。整個(gè)裝置將風(fēng)“變害為利”，風(fēng)越強(qiáng)，頭盔就越穩(wěn)定地保持在最需要的方向上。

由于頭盔形煙囪蓋是流線型設(shè)計(jì)，立在風(fēng)中的頭盔形煙囪蓋受到的空氣作用力由迎面壓力、摩擦力、渦流推力三個(gè)部分組成。正面所受到的空氣壓力就是迎面壓力，它的方向與風(fēng)向相同?？諝饬鬟^頭盔形煙囪蓋時(shí)，由于空氣的內(nèi)摩擦黏滯性，煙囪蓋表面吸附著一部分空氣，同時(shí)在空氣層間產(chǎn)生一種力，速度快的一層使其鄰接的較慢的一層加速。這樣空氣便對(duì)煙囪蓋有一個(gè)與風(fēng)向相同的摩擦力。

由于通過煙囪蓋前部近球體表面的流線較后部密，因此后部的壓力大于前部。這樣從前部到后部氣流逐漸減速，甚至氣流的速度反向，而前部的流速方向仍未變。這種方向相反的逆流互撞結(jié)果，產(chǎn)生一種渦流。這些渦流激起邊界層的全部氣流與煙囪蓋相分離。在煙囪蓋的后部表面形成稀疏的空間，并充滿渦流，后部表面各點(diǎn)壓力減小，因而沿?zé)焽枭w上表面各點(diǎn)壓力的合力方向必定會(huì)向后有力的作用，就是與風(fēng)向相同的渦流推力。

三、進(jìn)一步改進(jìn)的設(shè)想

可以在煙囪蓋下面制作一個(gè)傘架狀的固定架，使煙囪蓋更穩(wěn)固。根據(jù)這種煙囪蓋設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)的風(fēng)雨棚，可以安裝在公園里，為公園里的座椅遮風(fēng)擋雨；也可以安裝在嬰兒車上，下雨天可以更貼心地保護(hù)嬰兒車?yán)锏膶殞殹?/p>

（編輯 孫世奇）