[研究课题]题目:可改变体积大小的飞行器的设计
立体派2014/07/31喷气推进 IP:广西
给大家出个有挑战性的题目:可改变体积大小的飞行器的设计

题注:火箭属于飞行器。可改变体积大小的飞行器包括火箭。
课题要求:火箭(飞行器)能在静止和运动过程中膨胀、收缩体积。飞行高度不限。
来自:航空航天 / 喷气推进
45
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~~空空如也
jjak0
10年5个月前 IP:未同步
707643
气球 哈哈
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minlianw
10年5个月前 IP:未同步
707786
拦精灵!
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St_Maxwell
10年5个月前 IP:未同步
707796
我就想知道为毛要设计这种东西。。。
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fcukeem
10年5个月前 IP:未同步
707821
杜蕾斯
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
707862
last-order 发表于 2014-7-31 13:00
我就想知道为毛要设计这种东西。。。


“为毛?“也是要研究的课题之一。[s:12]
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立体派作者
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707867
jjak0 发表于 2014-7-31 09:20
气球 哈哈


[s:3]体积最大时,可能甚至会是轻于空气的气球。体积最小时与现在的火箭差不多吧!能设计出来吗?体积比应该是判别这种飞行器性能的指标之一。
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
707868
minlianw 发表于 2014-7-31 12:22
拦精灵!


现代科技发展往往从科幻作品获得灵感。。。
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10年5个月前 IP:未同步
707873
fcukeem 发表于 2014-7-31 13:57
杜蕾斯


以前的火箭的筒体也就是固体杜蕾斯。这种沿用了千年筒筒有可能改进吗?杜蕾斯式行不行?
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zx-16533
10年5个月前 IP:未同步
707930
气球+1.
还有战斗机发射外挂的导弹或者抛掉外挂的副油箱算不算“体积变化”?
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707979
radio 发表于 2014-7-31 20:07
气球+1.
还有战斗机发射外挂的导弹或者抛掉外挂的副油箱算不算“体积变化”?


你说算吗?[s:9]
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708021
fcukeem 发表于 2014-7-31 13:57
杜蕾斯


杜蕾斯吹气膨胀后可飞行,缩小后还能控制?还能飞行吗?题目是可改变体积的飞行器。膨胀也好,缩小也好,都要保持飞行的性能。同理,气球也不行。放了气的气球还能飞行吗?
这样的思路只能判不及格。[s:11]
不要小看突发应对。读中学的时候到农村玩,看到一个村庄比周围的村庄建设要好,干净整齐。一问才知道,这个村庄出了个人才,这人曾经做过蒋介石的侍卫官。考试的时间很短,一个一个考。考生从一个楼梯上去考试,从另外一个楼梯下来。考试的题目很简单:你刚才上来的楼梯有多少级?
30名选拔出来的考生,那次只取了他一个。
我们认为侍卫官选的是绝世武功,但结果选的是细心,是平时养成的细心观察的习惯。希望你以后在各种考试(如招工)有好的应对。
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sd196821
10年5个月前 IP:未同步
708033
@F-14 TOMCAT可变。。
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minlianw
10年5个月前 IP:未同步
708197
变形金刚可以不?
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10年5个月前 IP:未同步
709416
sd196821 发表于 2014-8-1 08:11
@F-14 TOMCAT可变。。


F-14是可变翼飞机,改变的只是机翼后掠角度。
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10年5个月前 IP:未同步
709419
minlianw 发表于 2014-8-1 17:18
变形金刚可以不?


题目是《可改变体积大小的飞行器的设计》,要求“火箭(飞行器)能在静止和运动过程中膨胀、收缩体积。”
我们希望是设计出现实的能够飞行的飞行器,而不是科幻作品里面的东西。
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
709424
本帖最后由 立体派 于 2014-8-4 22:19 编辑

一些文章介绍的美国人研究的可变体飞行器,实际上只是形状上的改变,而不是真正意义上体积的改变。“变体飞机是一种在飞行中能够充分地改变其外部形状,以适应不断变化的任务环境的多任务飞机。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/news/txt/2009-05/15/content_XXXXXXXXXXXm”我国也把这类可变体飞行器及相关流体力学研究列入了国家研究课题。
现在,我们要着手设计研究的是可改变体积大小的飞行器。
希望看到同学们可改变体积飞行器的设计作业。无论是文字形式,还是草草的手绘设计图,或是极简单的模型!
完成作业的同学可将作品图片发上来,大家一起点评、讨论!
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
709428
下个星期一交作业![s:15]
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
709432
大家不要想去抄,去山寨。严格意义上的“能在静止和运动过程中膨胀、收缩体积”的飞行器,现在还没有。[s:9]
只有靠自己啦![s:12]
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edges00
10年5个月前 IP:未同步
709437
氦气,气球。要上升时把储气罐里的氦气充到气球里,要降低高度把气球里的氦气用压缩机抽到储气罐里
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10年5个月前 IP:未同步
709607
本帖最后由 立体派 于 2014-8-5 13:13 编辑

edges00 发表于 2014-8-4 22:33
氦气,气球。要上升时把储气罐里的氦气充到气球里,要降低高度把气球里的氦气用压缩机抽到储气罐里


按题目要求,应该说是做对了,但不能说做好了。
目标只有一个,达到目标的方式方法却有很多种。
如火箭燃料,分固体燃料和液体燃料。固体燃料要分好多种。又如制作火箭的箭体材料,就仅论坛里的同学做的,就有多种材料。火箭的控制导航系统,更是五花八门。
与火箭其他系统的进步相比较,很奇怪的是,近千年来火箭箭体的设计,几乎没有变化,就是一个直筒筒!当然拉瓦尔喷管的应用是个例外。
相比其他系统,火箭箭体的设计确实简单。因为简单而容易被忽视!最简单也意味着最基本。最基本的东西的变化则是基本变化,随之而来结果无法预测。
设想一下,一个飞行器在天上,突然缩小了3倍、5倍,甚至10倍体积,......[s:14]多么令人崩溃!继而又在突然间扩大了3倍、5倍、10倍体积,......[s:13]
就象楼上一位同学问的那样“为毛这样做?”我们这个论坛叫科创航天,航天自然就要脱离地球,进入深空。航天要解决两个问题:一是时间,二是空间。我想可改变体积大小的飞行器,有可能为宇航员争取到更大的生存、生活空间。从这一点判断,你这个设计不是一个好的设计。
作业发回重做。你一定会想出更好的设计!
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
710679
有些金矿开采了很多年,你花再大的力,余下可开采的量已经很少了。一个正准备开挖的金矿,就有可能挖到很多金子。
我认为可改变体积的飞行器,正是一座待开挖的金矿,里面包含的有价值的工作,可以够你从中学、本科做到博士毕业。
这是原创性很强的研究,没有现成的答案,前景未知。坛子里有兴趣的同学可以尝试尝试,挑战一下。一旦进入、投入,你会有所收获。
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
710680
下星期一交作业哦![s:101]
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
711880
说好的作业呢?[s:11]
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
711899
尽管没有同学交作业感到很崩溃,但还是把收集到有关可改变体积飞行器(准可改变体积飞行器)情况,包括自己的一些思考和设计和大家聊聊。
分三个部分吧。
一、会膨胀收缩的物体
二、国外准可改变体积大小的飞行器
三、我的可改变体积的飞行器结构设计及简易实验
如果大家有兴趣了解,我就多说一点,说一下我的这种设计思想的来由。

                                       可改变体积大小的飞行器设计

    一、会膨胀收缩的物体
    我们的设计,大多数是模仿自然物设计出来的。我们生存环境周围,视野所及的地方,几乎都没有会膨胀收缩、体积变大变小的物体,否则我们早就模仿制造出来了。很多年前,思考这个问题的时候,看过一本书,说海里有一种鱼,通过膨胀收缩身体,下潜上浮。早期设计潜水艇,就曾经想模仿这种鱼,设计出靠膨胀收缩上浮下潜的潜水艇。结果失败了,原因是艇体材料不受压。
   如果我们今天的设计是正确的话,不但可改变体积的飞行器能够设计出来,可改变体积的潜艇也应该可以设计出来。当然,这需要实验来证明。
   (太晚了,待续吧。)
    
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
711920
    无论不明飞行物UFO真的是实体,还是某些人的视觉上的错误,都能够给可改变体积大小的飞行器一点启示。
    很多UFO的报道都说到,UFO的速度极快,会在瞬间消失。一个与我们有一定距离的物体,突然缩小自己的体积,会在视觉上造成远离我们的假象。另外,一个物体突然改变自己的色彩(特别是明度),使自己的色彩与背景色接近的话,也会给我们造成突然消失的假象。
    其实很多情况下,UFO根本就没有动,只是缩小了自己的体积,改变了自己的色彩,就使自己消失在人们的视觉中。换句话,就是说,有些UFO是体积可改变的物体。
    设想,2012年月亮突然体积膨胀了一倍甚至数倍,我们就会认为月亮是向我们地球砸来!
    (待续)
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
711931
    二、国外准可改变体积大小的飞行器
    这种尚未正式命名飞行器,就目前看到的,也只有美国人在研究,在航天领域使用。由于还在原始阶段,设计改进空间大,目前只将它称为“准可改变体积的飞行器”,而非理想形态。[s:9]
    (待续)
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乖-卡卡
10年5个月前 IP:未同步
711940
本帖最后由 乖-卡卡 于 2014-8-12 09:19 编辑

这个倒是想过,而且很多人讨论过,不比老外,中国人是想很多但是没有精力和金钱去做,而老外却是做很多。国情把。

第一,是风匣子,小时候农村用的风匣子,利用机械原理将风抽过来推下去,也就是抽起来膨胀,推出去放屁一样,涅儿了。小时候玩的气球火箭就是这样,不过讨论来讨论去他们说适合在氢气球上试试,因为效率达不到,推力有限,也就是技术受限。

第二,是利用加热原理,把吸进来的空气加热后推出去,跟斯特林发动机热气膨胀,还有泵式推进的潜艇差不多的流体方式。

第三种么,就是把上面两种结合起来。

再多的想法也没法去实践,留给老外把,很多老魔友都说过,其实以前我都想过,没想到老外做出来了,中国人不笨,但是要养很多吃闲饭的,木办法。意淫一下吧。
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10年5个月前 IP:未同步
712242
乖-卡卡 发表于 2014-8-12 09:18
这个倒是想过,而且很多人讨论过,不比老外,中国人是想很多但是没有精力和金钱去做,而老外却是做很多。国 ...


这说的是。国人想的不少,动手却不多。原因是多种多样。比如,看到一些视频上,外国一些科技爱好者,家里通常有虽小工具设备齐全的小型实验。
28楼的同学把想法说出来,这很好,有利于相互交流。
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
712326
本帖最后由 立体派 于 2014-8-13 17:36 编辑

    太空旅馆
    由美国旅馆业大亨罗伯特·比奇洛投资建造的“太空旅馆”一号、二号试验舱已2006年、2007年发射升空,进入了地球轨道。“遥控“创始一号”试验舱在距地面500多公里的轨道上充气膨胀,试验舱的直径已由发射时的1米变成了2米,达到了设计目标。”
     报道没提到太空舱是否可以反复膨胀收缩。如果不能缩回来的话,太空舱就只能永远呆在地球轨道上了!这样的设计是没法进行真正的宇航飞行的。所以将它称为“准可改变体积的飞行器”。
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10年5个月前 IP:未同步
712332
本帖最后由 立体派 于 2014-8-13 17:36 编辑

这个设计原来是美国宇航局设计,因费用太大放弃了。比洛奇买了下来,专门成立了公司,请了宇航局退休专家进行开发。原来说好2015年正式开张的,现在没消息了。前些时候晃眼看到报道说是美国宇航局又把这个项目收回去了! 图片1.jpg
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10年5个月前 IP:未同步
712333
本帖最后由 立体派 于 2014-8-13 17:33 编辑

新手,请教一下,如何从自己的硬盘提照片发帖?
哦,照片传上去了。
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
712336
本帖最后由 立体派 于 2014-8-13 17:35 编辑

另外,这段时间媒体报道的美国宇航局正在研发用于测试火星登陆技术的飞碟形状飞行器,也使用了膨胀技术。不过因为仅用于减速,技术上就简单多了,算不上可改变体积的飞行器。[s:9]
“在飞碟装登陆器上装备了NASA最新的科研技术,并带来称之为超音速充气气动减速器(SIAD)的革命性技术,通过环形外观的空气门阀能够将3.8倍音速下降到2倍。该原型直径约15英尺(约合4.57米),将由一个巨大的氦气球送到12万英尺(约合36576米)高的高空,然后再由飞行器上所携带的一个固体燃料火箭将其推送到18万英尺(约合54864米)高的空间。当它以超声速的速度下降时,其内部的一个内胎设备开始膨胀,飞行器直径会增加到20英尺(约合6.1米),由此产生的大气阻力将其速度减到足以支持一个超强降落伞的展开。”

图片2.jpg
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
712410
待续
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
712546
加一节
    三、国内可改变体积飞行器研究
    美国人研究的可改变体积的太空舱,是为航天宇航用的。国内李晓阳博士研究的“可变体飞艇”则是为20-100公里高空航空航天用的。目的不一样。实物还没上天吧。据报道,研究进行得也很艰难。(“中国研究变体空天飞艇 突破瓶颈领先发达国家”军事要闻中国航空报2014-05-14 07:32)
    他们研究的变体飞艇的特点是:通过机体结构的伸缩,达到改变飞行器体积的目的。发几张他们的变体飞艇的示意图图片。
     hqfx20121228-3-l.jpg
hqfx20121228-2-l.jpg
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
712548
本帖最后由 立体派 于 2014-8-14 18:53 编辑

    一种是径向变体空天飞艇示例,另一种纵向变体空天飞艇示例。
    再发一张效果示意图。这种通过结构伸缩改变体积的方法有点类似雨伞的开合。
    
    上世纪80年代、90年代开始,就一直说飞艇要回来。看来不脱胎换骨是难以回来!
    (待续) 第二章体验达.芬奇.jpg
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10年5个月前 IP:未同步
712740
本帖最后由 立体派 于 2014-8-14 23:30 编辑

    四、我的可改变体积的飞行器结构设计及简易实验
    火箭,包括其他飞行器的设计有很多关键的技术,如推进,如控制。看大家发的帖子,就知道坛子里面的同学就有不少燃料技术、遥控技术的高手。如有同学居然在制造、试车液体火箭发动机!
    我思考的仅仅是飞行器的造型结构(外结构、内结构)问题。暂且称为造型结构(不是工程结构)设计师吧。
    (一)目的。想了一下,设计改变体积的飞行器,大概有这样几个目的:
    1、为宇航提供更大的生存、生活空间。长时间在太空生活,每人至少要7-8平方米的单间。每对夫妻要有10平方米的带卫生间的套间。一次宇航至少要有20-30人。阿波罗飞船登月舱高6.9m,宽4.3m。除掉设备,这样的空间勉强只够两个人生活。靠传统火箭技术显然做不到。
    2、有可能让飞行器更安全。
    3、具有更灵活的运动能力。认为:可改变自身体积大小的物体,更适应在流体中运动。
    (二)设计要求与特点。
     1、作为容器,飞行器不管体积膨胀还是收缩,盛东西的功能要保证。(如气球放气收缩后就失去了盛东西的功能。这就不合要求。)
     2、具有反复膨胀收缩的能力。
     3、收缩至最小体积时是完全的固体容器。
     (三)设计
    我只设计了两种方案。 设计后发现可改变体积大小的飞行器结构设计可能很多,有兴趣的同学都可以自己比划比划。
    1、径向可变体飞行器结构设计
    2、球形可变体飞行器结构设计
    如图 可改变体积容器1设计图.jpg
可改变体积容器2设计图.jpg
径向及球形飞行器结构设计效果图.jpg
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10年5个月前 IP:未同步
712741
待续
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
712911
在谈简单实验之前,上几张可变体飞行器变大变小的景观效果图。给大家有一个视觉上感受。[s:12]

双碟.jpg
城市双球.jpg
垒球.jpg
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10年5个月前 IP:未同步
712952
本帖最后由 立体派 于 2014-8-17 11:33 编辑

   (四)可改变体积飞行器结构设计极简易实验
    这只一个结构设计上的实验,旨在证明飞行器改变体积大小在结构上是可行的。而不是一个飞行器的设计。[s:10]
    实验水平足以人泪奔。然而,再简单的实验对研究也是有帮助的!
    实验在2002年进行。做的是球形变体容器实验(把火箭和飞行器机体看成容器)。从市场买来气球,将剪好六边形硬纸片粘在气球上,用打气筒充气,粘上硬纸片的气球膨胀。然后开始放气,粘上硬纸片的气球收缩,收缩至最小的时候事故发生了!硬纸片未能抵挡住收缩压力,整个结构完全瘫塌了![s:4]
    为了保持收缩时结构的完整性,我临时将一个小气球((正确的实验应该是放入固体容器)放到粘了硬纸片的大气球里面。奇迹(对自己而言)发生了:缩小到最小体积的时候,粘了硬纸片的外气球形成了一个完整的固体容器![s:1]当可改变体积容器在空中飘荡的时候,自豪得就象坛里成功发射牛皮纸火箭的初中党,——这毕竟是世界上第一个完整的可改变体积的飞行器结构设计![s:13]
     由于当时是自己一个人在做实验,没拍下实验照片。等到想起拍照,已经过了几年,东西已经变成了残骸。
     附上拍摄的可变体积飞行器残骸照片。[s:9]
    
     无论实验多么简陋,它都证明改变体积的飞行器从结构上是可以制造出来!动力和控制装置就看坛子里的同学了。
    美国人的设计只是箭顶部分才能改变体积。李晓阳先生的设计是不出大气层的。我的设计整个飞行器整体,就是一个可以改变体积的容器。我们什么时候见过UFO路过的地方,扔了一地的推进器筒筒?[s:9] 可改变体积飞行器简易实验残骸.jpg
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712954
    待续
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
713170
    (五)关于球形可改变体积飞行器题外话
     在设计的两种可改变体积的飞行器结构设计中,我一直比较喜欢球形设计。
     今年初,读到一则消息使我有点吃惊:《科学家400年来首次发现新立体形态 类似足球》(2014年02月19日 09:43   新浪科技)
      "美国科学家认为他们发现了第四种等边凸多面体,被称之为“戈德堡多面体”。......美国科学家发现的第四种立体形态好似一个复杂的足球,能够用数学原理进行解释,甚至能够促使科学家发现数量无限的类似形态。
  在研究人眼视网膜过程中,美国加利福尼亚州大学洛杉矶分校的斯坦-斯切恩意外发现了网格蛋白的多面体结构。网格蛋白负责让能量进出细胞,能够形成大量形态。斯切恩试图从数学角度解释这种形态。在此过程中,他偶然间看到了迈克尔-戈德堡的著作。戈德堡是20世纪的数学家。他相信自己发现了一组新的立体形态,由五边形和六边形构成的复杂多面体。
斯切恩并不认为戈德堡多面体是严格意义上的多面体,而是一种新的立体形态。在刊登于《美国国家科学院院刊》上的一篇研究论文中,斯切恩和同事詹姆斯-加耶德描述了这种新立体形态。为了纪念戈德堡这位数学家,他们将这种新立方形态命名为“戈德堡多面体”。......在对这项研究发表评论时,伯明翰大学的数学家大卫-克拉文将戈德堡多面体比喻成像气球一样膨胀的立方体"。
      设计时之所以选择六边形,因为平时喜欢踢足球,足球就是这样一个由六边形组成的球体。选择六边形可以在最后不加思索地将这些硬纸片组成球体。选择六边形属于直觉,而不是经过数学计算,经过逻辑思维的结果。
      附上科学家发现新立体形态图片 clip_image001.jpg
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
713178
    附上一张从正压获取负压的实验示意图。
    虽然不知道如何去推进这样的可改变体积的飞行器,但凭直觉感到这样的飞行器会采取“混合动力”形式,就象现在人们设计的用飞机或飞艇将火箭送到大气层边缘,再用火箭将太空舱送入轨道。
     这样的飞行器,在大气层运动时,机体内应该同时保有正压(高压)区和负压(真空)区,这样才能充分利用大气压力。
     李晓阳先生设计的“变体空天飞艇巧妙地利用了大气压强这个取之不尽的能源,在对流层和临近空间都能轻松升降、在各高度定点悬浮驻空和巡航飞行,并能有效操纵返回地面指定位置。”(《谁将是临近空间的拓荒者 浅谈变体空天飞艇》)
     大概在1996年做过“从正压获取负压的实验”。当然,实验也是极简陋的。
     为什么要做这样的实验呢?在固体容器中制造真空,开始时是比较容易的,但随着容器内真空度的提高,空气密度减少,抽取空气就越来越困难。给容器加压反而比较容易。(印象而不是理论计算)于是,就设计了这样一个实验。
     实验是这样的。一个可口可乐瓶,放入一个气球。给气球充气。气球充气的同时,瓶子里空气也被排除。然后放掉气球内的气体,瓶子出现真空(负压)。可以观察到:由于大气压力的关系,空气又进入了瓶子。
     真正进入实在研究后,这东西或许对可改变体积飞行器在低空,在大气推进有用。
     附图: 实验2.jpg
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
713181
     可以想象,这个研究工作困难重重,很多近似工作都失败了。谨慎地进行研究是必要的。对可改变体积飞行器的研究步骤和方法还有一点看法。待续。
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立体派作者
10年5个月前 IP:未同步
713474
本帖最后由 立体派 于 2014-8-17 16:16 编辑

    五、可改变体积飞行器的研究步骤和方法
   与愿望相反,某些研究往往耗时费力,挫折、停滞、失败、甚至无疾而终。
   如可控核聚变,距氢弹爆炸成功,已经过去62年,核聚变发电的实现还遥遥无期......有科学家认为实现这一理想可能还需要50年!当然,这样的项目过于高端,多花几代人的时间去等待还是值得的。但象变体飞艇这样较亲民的研究,据报道李晓阳博士也都(自筹经费)进行了18年!从报道看,至今原型机还没上天。
   如果坛子里有同学想做类似的实验或研究,如何下手?有几点想法,供参考:
    1、如果你是初中生,你可先重复做一下我做过的实验。感觉一下就行了,不用费太多时间。
    2、如果你是高中生,气球里搁个硬塑料球作内容器,再弄个灯。弄几个小的氢气球放在大气球里面。气球用绳子系住,两根橡胶管通到气球里。一根充气,一根放气。夜空中一升一降,忽大忽小。当然,还可学美国宇航局的设计,只把箭顶设计成可改变体积容器,发射后体积膨胀作减速器使用。写上几条未来想象,做个沙盘,权当火星降落场。参加参加科技展。
    3、如果你是大学生,仅这些就不行了。一定要内置动力,还要有遥控装置。夏天夜晚拿到足球场去……大杀器呀!毕业论文也就有内容啦。
    4、到了研究生阶段,就要在理论研究方面下功夫啦。比如,研究题目就可以是“可改变体积大小的物体在流体中的运动研究”之类了。飞行器风洞实验里,大概还没有这样的实验吧?有的话,我认栽了。
    5、申请课题经费也要注意,现在没有现成的可改变体积的飞行器,直接写可改变体积飞行器设计制造这样的题目,评审人员会为难,因为他也没有研究过。你写“可改变体积物体在流体中的运动实验”,有可能比较容易理解。大家可参看报道,李晓阳博士也是因为“临近空间拓荒者”近太空微型实验室,这才得以立项,获得赞助的。没有国家的支持,这样的项目是很难继续下去的。布劳恩如果不加入军方项目,有可能人类还无法登月!
    6、飞行器系统复杂,所涉及专业多。真要做(而不是玩玩),要广交朋友,特别是上了本科后,要多结识其他专业的同学。
    想到的就这些了。我是怎么想到这个题目的,这似乎出了这个帖子主题。如果有同学(哪怕只有一个同学)想知道,我再以附文的形式聊聊。
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