[原创][研究]《风》中飞行器的动力问题

水月如风

<DIV class=quote><B>以下是引用<I>Dolors</I>在2006-6-4 1:40:36的发言：</B><br>
<P>综上：引擎应该同时提供了两种接口，传递普通动力的、和射流出口。<br>1、水被内置动力源分解为氢氧混合气体，在“气缸”内燃烧，以内燃机的原理来产生普通动力；与现代内燃机不同的是，不使用任何的外部空气，这是个全封闭的内燃机，水在其间循环，完全只是个能量的传递者。<br>2、水被内置动力源分解后以另一条循环进入射流环节。混合着吸入的空气，以爆炸燃烧的方式，加以引擎施加的某些作用，以高压射流气体喷出，产生制动力。</P>
<P>机翼中的空洞，便可以成为气室。以通道和引擎的射流出口连接，喷射的时候，整个气室的气体都会产生爆燃，然后在机翼后缘喷射，以导流板来控制方向；炮艇在空中反向喷射制动的那个镜头大家都深有体会吧，Mehve也是一样的。</P><br></DIV>
<P><br>
<P>1和2完全同意。<br>
<P>其它的，有一点小小的不同意见供参考：<br>
<P>1,首先对于任何一款使用液体燃料的引擎而言，一个能承受大压强的燃烧室，是必不可少的。只不过汽油机/柴油机/活塞式航空发动机是把它仅仅作为燃烧室使用，把产生的动能再转化到其它机械上去，而喷射引擎则把它兼做燃烧室和加速器，直接出力。这就是喷射引擎的优点。 所以，任何引擎，无法避免承受大压强的燃烧室（我倾向于以后有新的材料可以减轻这个燃烧室的重量）<br>
<P>2,飞机的操控系统：在动画片中，很明显，只是靠人的身体，调整飞机的重心，以实现飞机的俯仰和转弯。在目前已经实用化的超轻型飞机和飞翼的使用中，这也是一个很常用的办法，可以有效地降低飞行器的造价。没有必要再安装复杂的机械/射流控制系统了，会使飞行器笨重而脆弱。而对于飞行员的训练则要求更高，这也是为什么整个风之谷只有很少人会飞这个飞行器的原因。<br>
<P>3,高压的喷射引擎，不适宜把压力分散，反而应该尽量集中,否则对每条管线都要高压要求的话，飞机又要增重了，飞机呈如下布置：<br>
<P>                                            进气口<br>
<P>机----------翼     氧气储存器  燃烧室    氢气储存器      机----------翼             <br>
<P>                                              喷口     <br>
<P>水的储存器可以利用所有空间，因为水的储存对压强没有太高要求。<br>
<P>飞机的自重应控制在50kg以内（复合材料，发动机为最简化的进气口+燃烧室+喷口，没有任何多余的机械/开关，氧气和氢气储存器严格限制在只供一次起飞使用，故压力要求放宽至5个大气压，如果一次起飞失败，必须等待蒙皮充电器重新把水转化成足够的氢气和氧气），飞行员+携带装备重量也限制在50kg以内。<br></P>
<P>所以我的设想：<br>
<P>飞机结构+蒙皮电池+必要的电力管线（仅用于蒙皮电池的导电+点火使用）：5～10kg<br>
<P>燃烧室+耐高温喷口：10kg<br>
<P>氧气，氢气储存器+转化器：共25kg（满载）<br>
<P>水储存器：5kg（满载，软储存器，填充各个部分之间的缝隙，包括了饮用水的需要）</P>
<P>修理工具：1kg</P>
<P>飞行员：40kg<br>
<P>携带物品：10kg（与动画片中不同的是：建议一种5kg的轻型降落伞+50L储物空间结合的背包，由飞行员携带，万一飞行器发生无法滑翔的毁灭性破坏，就人机分离，直接伞降）<br>
<P><br>
<P>其实，最危险的一段，就是飞机从起飞到安全高度（伞降的最低高度）的一段时间，所以，建议飞行训练，在水面上进行，训练时，飞行器外置一个5kg降落伞，与人连动（细线就可以了），一旦人离开飞机1m以上，就自动打开（新手十之八九会保自己性命，忘了飞机的重要），人自背5kg简化降落伞。<br>
<P>设定飞行器起飞的迎面风速为15km/h（这在沙漠地区很普遍），而目前实用的超轻型飞机起飞速度要求为35km（此飞机总重为180kg），飞机的发动机只需要提供20km/h的初速........<br>
<P>简单，实用，就好。</P>

[此贴子已经被作者于2006-6-5 10:08:28编辑过]

Dolors

<P>你想在不久的将来将这种设计付诸实践？</P>
<P>我看这虽不是宫老设计的那种，但是还是蛮不错的。一旦解决好太阳能效率的问题就可以了，最好还是在下面飞，这样上表面可以接受更多阳光嘛……<BR>“飞机的自重应控制在50kg以内”，这个要求太低了，《风》里面Mehve只有12kg啊！<BR>像引擎这种核心，是未来1000年左右的科技力量制造的，恐怕还不到2kg……</P>

水月如风

<P>呵呵，50kg只是一个上限，因为超过50kg，对一个体重40kg左右的人来说，就无法移动它了。</P>
<P>当然，能够减轻自然是最好的～～</P>
<P>现在有动力的飞行器，大约可以做到150kg左右</P>

wshzh

<P>整个儿看不懂唉！</P>
<P>不过我提一点，今后的飞行器会不会选用密度更小的材料制作呢？</P>

赤风

<P>软科幻啊 我喜欢~~教主本人就是不折不扣的科幻迷~~</P>
<P>所以风之谷十分对我的胃口</P>
<P>dd让我长化学知识了~~ </P>

Dolors

<P>软科幻，哼哼～</P>
<P>我说过好多次了，《风》不软，它是暗于其中的硬……</P>

Sophie_H

<P>楼主说的好详细,用了不少功夫研究吧,十分感谢</P>

520howl

<P>天啊!!技术问题啊!!DD又在谈技术啦... = =</P>
<P>还好,还看得懂...</P>
<P>发现是好东西,收下.</P>

乱世佳人

<DIV class=quote>引擎的内部多半是一种长久性的能源设备，<FONT color=#ff0033>在工作的时候，把燃料箱（就是个大水箱）提供的水分解成氢气和氧气</FONT>，然后燃烧——可能是直接喷射、也可能是转化为推动发动机的动力像现在传统发动机那样工作。</DIV>
<P>按道理来说能量守衡，将水变成H<SUB>2</SUB>和O<SUB>2</SUB>是需要能量的，2H<SUB>2</SUB>＋O<SUB>2</SUB>＝2H<SUB>2</SUB>O； Δ H=－571.6KJ／mol，SO使每摩尔水变为H<SUB>2</SUB>和O<SUB>2</SUB>也至少需要571.6KJ的能量（如果不考虑能量损失），但是在飞行中，如何获得这些能量？我所知道的使水分解的只有电能啦</P>
<P>1、用太阳能？（不大可能吧，机翼上也没看到太阳能电池板，难道是有新型催化剂？）</P>
<P>2、我当初想会不会是未来的人将爱因斯坦的质能方程用到了及至呢？（E=Δmc<SUP>2</SUP>)</P>
<P>请DD解答一下</P>[em21][em21][em21]

520howl

LS的问题提的得很好啊...也好奇滴...

Dolors

<P>5楼也提过同样的问题，看看6楼吧：</P>
<DIV class=quote>提供分解能量的是发动机的主要作用，其实那些引擎的作用不仅仅是提供推动力，它也是转化燃料的场所——将核能（或是其它类似的，例如以爱因斯坦—波色体保存的反物质等。其实引擎里面的具体问题，相信宫老自己也没有设计，只是大体的能量来源方式是这样而已）转化为普通能量（化学能）的一种直接和安全的方式。</DIV>
<P>这可能和用词有点关系，准确说那些水并不能算是燃料……<BR>它们仅仅是能量的传递者，就像是核电站里面的回路一样，把能量带出来。</P>
<P>也就是说真正的燃料是封装在引擎内的东西，可能是用一点少一点的，只不过非常高密度、非常耐用而已。</P>
<P>另外，如果看过《蒸汽男孩》可以看看22楼。</P>

520howl

哦...经DD一指点就懂了...谢谢啊~~

守护世界の风

比较认可DOLORS的意见：引擎本身即是能量源，水作为一种做功输出介质而非燃料存在……（当初还想猜是用酒精作燃料呢，一想酒精那点单位能量…………算了=。=）<br><br>PS:风之谷作为软科幻，这么深究细节会不会有点舍本逐末呢？新人初至，欢迎拍砖~~哈哈<br>

永恒的贝多芬

呃，这个回复比较多，没仔细看……

其实看漫画的时候，对其中的技术内容，只当作是设定。如果认真考虑的话，我并不认为其中的技术能够完全符合物理学原理。(另外，我想宫老也不想我们看漫画的时候，把注意力转移到具体技术上吧……所以我想他在设计的时候也不会太追求技术的新颖。至于它是硬的还是软的科幻，我就不说了，因为我不看科幻。)
比如巨神兵的神力，利用光压飞行等。太阳光在地表产生的光压大概是10^-6Pa，要推动巨神兵，需要很大的光强，但光强太大，则要考虑空气是否会被电离等问题；而且，如果巨神兵悬空也是利用光压，那它飞在舰艇上面，实际上舰艇还是在承受它的重量(甚至更多，因为光射在舰艇上有反射，会造成更大的压力)……当然，这里讨论的是滑翔翼能源的问题，下面就对我在这里看到的一些观点说说我的看法。(具体提出者我就不写了，抱歉。)

1、太阳能
如果滑翔翼表面实际上是一种新型太阳能电池的话，那么它的功率不会很高。第一是它的受光面积不大；第二是它是白色的，这说明它会反射大部分太阳光，这样接收的太阳能就更少了。另一方面，滑翔翼不用的时候一般是存放在仓库而不是放在有光的地方充电，所以我认为利用太阳能的可能性不大。

2、反物质
反物质是二次能源，因为制备反物质需要很高的能量。如果说利用的反物质是之前留下来的，那么这就涉及到反物质的贮存问题。以现在的条件，要贮存反物质也是很难的，据说欧洲那个大型强子对撞机去年搞出了百来个反氢原子，只存在了10^-6秒。利用激光冷却似乎可以把粒子禁锢在一个极小的空间内，但前提是需要不间断的激光和调整……

3、核聚变
把水分解成单个的原子，再核聚变。实际上，核聚变释放的是核子间的结合能。核子间的作用力是强相互作用，它的有效作用范围非常短。在进入这个有效范围之前需要克服极大的电磁作用。所以核聚变要求很高的温度和压强。氢弹里核聚变的发生，是需要引爆一枚原子弹来制造高温高压的环境的。所以在滑翔翼狭小的空间中发生核聚变是很困难的。

4、分解水再燃烧
这也是二次能源。如果没有固有的氢气库存，问题还是会归结到分解水的能量来源问题。

5、题外话:关于飞壶
有坛友提出反重力机制，也不是不可以的。因为根据广义相对论，引力作用实际上是空间的几何结构。如果能够扭曲空间，那么就可以改变引力的方向和大小。但是如果随意扭曲还是个很大的问题。
而利用伯努利定律似乎也是不可行的。飞机可以是因为飞机是夹在不同压强的气流中间的。而飞壶要利用这个原理飞起来，低气压应该在飞壶上方才可以。在飞壶中间造成低气压，那么飞壶上下的气压造成大小相等，方向相反的压力，飞壶实际上是一种被挤压的状态。

其实我还是倾向于能源就是传统的液体燃料。只是燃料来源于农作物，类似于现在的生物燃料。七日之火之后，我想人类需要的能源已经非常低了。除了人口数量急剧减少，耗能的重工业等应该也几乎没有了。当时的铁器等也局限于飞船之类的武器吧，主要材料是陶器，而那些也是从先前留下的遗迹中采集，王虫壳也才成为重要的工业原料来源。所以我感觉生物燃料应该足以满足当时人们对燃料的需求了。(当时人们生活艰难主要应该是体现在环境恶劣上吧，应该不会吃不饱，毕竟他们还有水果来酿酒。)