可吸收手舟骨螺钉的研制和生物力学研究

目的:研制一种应用于手舟骨骨折髓内固定的可吸收螺钉,通过实验了解该螺钉在标本内的抗弯曲、抗拉伸强度及固定骨折的实际效果,为临床应用提供依据。方法:设计制作出可吸收手舟骨螺钉。疲劳试验:成人新鲜手腕标本20例,制作成舟骨腰部骨折模型,分为可吸收螺钉固定组、克氏针固定组各10例,复位、固定。用MTS模拟手腕屈伸活动2000次,运动范围为掌屈5°～背伸25°。MTS实验前后标本行CT扫描,用数字化三维医学影像交互式处理系统(MIMICS)和游标卡尺两种方法测量舟骨骨折间隙位移量。生物力学测试:将标本舟骨取出,可吸收螺钉组、克氏针组各10例行抗拉伸试验。再取10%福尔马林溶液浸泡的舟骨标本10例,建立骨折模型后用ASS固定,行抗弯曲试验。结果:试验模型建立:游标卡尺测量法,ASS组与克氏针组测量舟骨骨折间隙位移量均为0 mm;MIMICS测量法,ASS组与克氏针组测量位移量(0.16±0.02)mm、(0.22±0.02)mm;ASS组与克氏针组两种测量方法比较无统计学意义(P>0.05)。疲劳试验:游标卡尺测量法,屈伸500、1000、2000次两组测量的位移量为0 mm、(0.23±0.03)mm,0 mm、(0.49±0.1)mm,0 mm、(1.38±0.1)mm;MIMICS测量法,ASS组与克氏针组测量位移量(0.21±0.03)mm、(1.52±0.07)mm;ASS组与克氏针组两种测量方法比较有统计学意义(P<0.01)。拉伸试验:ASS组与克氏针组抗拉伸强度为(0.95±0.02)Mpa、(0.63±0.02)Mpa;ASS组与克氏针组比较有统计学意义(P<0.01)。ASS组抗弯曲试验,弯曲强度(2.71±0.20)Mpa。结论:手舟骨可吸收螺钉对手舟骨腰部骨折的固定效果较克氏针理想,是一种可行的手舟骨骨折固定材料。

变螺距推进器设计与研究

本文提出了一种采用螺距变化方式实现侧向力输出的水下航行器推进器方案.该推进器内部有主推电机、螺距控制电机及齿轮组,螺距控制轴与推进主轴同轴安装,通过对电机转速进行控制可以周期性地改变桨叶的螺距角,从而实现侧向力输出.采用计算流体动力学(CFD)方法对该推进器的水动力特性进行了研究,结果表明:采用正弦曲线的规律控制螺距角变化可以产生稳定的侧向力,侧向力曲线在桨盘极坐标下为圆形;平均侧向力方向与螺距控制初始相位方向一致;在螺距角变化幅值为9°的情况下,产生的平均侧向力大小约为40 N.此外还仿真研究了侧向力、推力与螺距角变化幅值、转速的关系,结果表明:当螺距角变化采用正弦曲线时,推进器产生的平均侧向力与螺距角变化幅值及转速的平方成正比;而平均推力受螺距角变化幅值影响不大,与转速的平方成正比.将仿真结果应用于自主水下航行器(AUV)的动力学模型,验证装有此推进器的AUV的操纵情况.计算结果表明,当水下升潜和水平回转运动时,采用基于螺距控制的推进器可以实现良好的操纵效果.相较于传统的螺旋桨+舵的操纵方式,该方案结构简单、减少了电机数量、提升了AUV艉部空间利用率.与已有矢量推进方案相比,变螺距推进器具有结构简单、可靠性高、侧向力可控性好的优点.台架测试结果表明该变螺距原理能够实现桨叶螺距的周期调整,可用于实现AUV平台的矢量推进.