一、 Tripura維曼拿結構
根據瑪赫西手稿(下簡稱“手稿”)記載,Tripura維曼拿是一種由太陽能驅動的載具,通過改變其自身形態,可在海洋、陸地、天空中運行。
手稿中描述道:“它有三個部分。第一部分可以在陸地上旅行。第二部分可以在水下和水上旅行。第三部分在天空中旅行。通過keelakas把這三部分結合起來,這個維曼拿飛機就可以在空中飛行了?!备鶕@段描述,人們將Tripura維曼拿想象成如圖1所示的構造:它擁有輪船般的艦橋與尾舵,潛艇般的殼體,用以飛行的螺旋槳,以及用以在地面上行駛的車輪。
圖1Tripura維曼拿想象圖
Tripura維曼拿由三個層組成,其橫截面如圖2所示。
圖2 Tripura維曼拿橫截面示意圖
手稿中記載:“第一層為7英尺高,屋頂用間隔10英尺的nalikaa keelakas固定。中間間隔為20英尺,每根龍骨上應連接帶喙端的電線。配件應能像雨傘一樣打開和關閉。像帳篷頂一樣的布覆蓋整個地板。……二樓應該比一樓小一點。如果第一層是100英尺寬,第二層應該是80英尺寬。地板應為80英尺寬,3英尺厚,由trinetra金屬制成。其配件應與一樓相同,并與發電機的電線適當連接?!诎惭b維曼拿的三樓時,應遵循與安裝二樓相同的程序。與第二層的地板和第一層的屋頂上的固定裝置一樣,固定裝置也應放置在連接第二層的屋頂和第三層的皮塔內。……在三樓東北部,應準備一個小木屋,以容納發電機。它應該是用索瑪安卡羅哈做的。”可以看出,作者對Tripura 維曼拿各層的整體與局部尺寸有一個較為細致的把握。
同時,作者對各層的內設也有描述,如“為供應二樓側面的室內空氣,應固定6英寸寬的空氣管,由ksheeree pata或牛奶布制成,用酸清洗,從一樓隔墻到維曼拿頂部,頂部覆蓋旋轉金屬蓋,用電動吸氣泵工作。注入管道的空氣將充滿二樓和一樓,為機組人員和乘客提供舒適的空氣。”這是新風系統;又如“在兩層樓的屋頂上方,應固定鋪開和封閉的keelakas。為了分開地板,可折疊的鏈式配件應每隔10英尺固定一次。發電機的電線應連接到配件上,以便通過它們的操作將地板分離,分離的地板在地面和空中同時移動?!边@是某種類似于電梯的傳輸裝置,便于人員、貨物流動;再比如“在維曼拿的前面應該豎起一根桅桿,在它的底部應該固定兩個青銅鐘,以便向機組人員和乘客顯示時間。在每一個房間的地板上,如在鐵路上,都應安裝報警鏈,以便在有危險的情況下,住戶可以呼救。”這是通信系統,可以向機上人員傳遞有限的信息。
此外,通過上述文段可以看出,一層主要為動力系統和能源系統,二層主要為機組成員工作、乘客居住的場所,三層為控制系統與各種航行儀器設置的空間。
二、 Tripura維曼拿的能量系統
Tripura維曼拿的能源來自于太陽能,通過某個未知原理的光電轉換裝置(下稱光電管),太陽能被轉換為電能,電能驅動光電管旋轉,轉換為動能,而后再輸出為電能,接著進入儲能裝置,并向各處輸送。
手稿中寫道:“旋轉的Ghutikas應該放在它們的中心,Ghutikas將吸引太陽光并將其通過管子。尖喙里的晶體會把它們吸進去,內部的新紀元水晶和阿姆舒密特拉水晶也起到相同的作用?!?/p>
據此推測,Ghutikas可能是一種可隨著太陽方位調整姿態的采光裝置,它將始終對準太陽,并以極高的效率吸收光線。因此,Ghutikas吸收光線的范圍應該是相當寬廣,可能具備一定的扭曲、匯聚一定范圍內光路的能力,類似大質量星體引起的引力透鏡效應。維曼拿的制造者對光、引力、空間曲率的理解與運用必須是相當深刻的。而光電管端部與內部的水晶,應當是某種棱鏡裝置,能對光線起到匯聚與增幅的效果。
手稿中寫道:“電力將被玻璃罩吸收,并輸送到電晶體。然后里面的karnikas會接收到它,并用力將其送至中心管?!?/p>
由此可見,光電管中填充的主體物質為“電晶體”,是一種可將光能轉換為電能的晶體。但這初次生成的電能應當是相當駁雜且紊亂的,因此需要進一步的處理,也就是將其轉換為動能,再二次轉換為電能。
圖3Tripura維曼拿能源裝置想象圖
手稿中寫道:“當中央攪拌器旋轉時,其他攪拌器也旋轉。能量會進入酸中,其中的晶體會高速旋轉,將能量強化到1080 linkas的程度?!?/p>
由此可以推測,電晶體所產生的電能在金屬光電管間產生了強大的磁場,帶動光電管的中心管與環繞管以相反的方向高速旋轉,并連接某種類似于輪機的發電裝置上,從而向外輸出穩定的電流。
手稿中寫道:“這種力量應該由Ganapa-yantra在搖籃前收集,并儲存在中央倉庫。Ganapa-yantra是一個機器形狀像維格尼什瓦拉。……在它的頭部有一個管狀的像大象的軀干一樣的突起物,上面覆蓋著玻璃,里面有電線,固定在搖籃的前部,從頸部到肚臍連接到Ganapa image。三英寸的齒輪是固定的,這樣其頸部的一個大輪子在流經后備箱或長鼻的電流的作用下會旋轉,進而使其他輪子也處于運動狀態。一卷電線應該放在中間?!畛?匙吉瓦瓦卡酸,并在里面放置217個bhaamukha graamukha manis或珠子?!?/p>
顯然,Ganapa-yantra是一種儲能裝置。文中提到,其主體部分是一個可在電流作用下旋轉的“大輪子”,其轉軸中填充了良性導體,外殼也包覆著線圈,似乎是一種使用動能來存儲電能的飛輪電池。飛輪電池的構造如圖4所示,是一種儲能密度高,放能深度大的儲能結構,包含真空室、磁懸浮、電力電子變換器等核心技術。這種電池目前在許多領域已有應用(圖5-圖7)。
圖4飛輪電池構造
圖5 飛輪電池實物
圖6使用飛輪電池為電磁彈射器供電
圖7 使用飛輪電池的“Express 4”渡輪
手稿中寫道:“需要制作5把2英寸寬的雨傘,并在雨傘上粘上5顆大甘草大小的太陽晶體。雨傘應該固定在海螺上,用阿姆舒帕玻璃罩著。這將吸引太陽光的力量,并傳遞到雨傘上的晶體上,使晶體和雨傘以1000 linkas強力旋轉,進而將力量傳遞到海螺中的酸和里面的晶體,并可通過電線傳輸給其他設備。為了精確測量它的力,應該安裝一個儀表,此外還需要溫度計和其他必要的設備。”
可以看出,電能釋放裝置類似于發電機,它可能是通過磁場使飛輪帶動轉子以設定好的轉速旋轉,并向外輸出電流。
三、Tripura維曼拿的防御系統
手稿中寫道:“為了抵御強氣流、暴風雨和高溫,三臺機器應該安裝在炮塔的后部、兩側和兩側。這三臺機器分別是三面氣動保護裝置、強太陽輻射調節裝置和暴風雨保護裝置?!庇纱丝梢?,Tripura維曼拿為了在高空甚至是近地空間安全飛行,設置了完善的防御系統。
1 )三面氣動保護裝置
手稿中寫道:“這種裝置必須由瓦魯納金屬制成。經過復雜的配方和制作,最終得到的瓦魯納金屬的特性與鉆石非常相似。為此,應為維曼拿制作一個蓋子,附有必要的配件,以便展開和折疊,并與從維曼拿內部引出的電線連接。電荷將滲透到所有的地方,就像帕提卡上的摩尼人一樣。三條蛇臉的基拉卡應該被固定。它們在狂風吹來的時候,會吸進狂風,把狂風吹到高處,這樣,對維曼拿的風力就會受到抑制,從而避免危險。”
從此段中提到的“吸進狂風”“吹到高處”等信息,可以猜測,所謂的三面氣動保護裝置可能是一種具備三維矢量功能的涵道結構,可以引導氣流平滑地通過,而不產生危險的紊流。如圖8-圖9所示,歷史上的飛機設計師們對涵道式飛行器進行了多次探索。
圖8卡普羅尼TALIEDOSTIPA涵道驗證機;圖9 貝爾X-22A垂直起降驗證機
2)暴風雨防御裝置
手稿中寫道:“防雨風暴應該是由克朗查金屬制成的,這種金屬有摧毀暴風雨的能力。使用由這種金屬制成的合金材料制作3英尺寬、與維曼拿一樣高的管子,并把它們固定在四周?!瓘陌l電機引出的電線應穿過玻璃管并與管道連接。當水流通過它們進入潘查薩摩尼時,其中的集中力與電力混合,將強烈地對抗暴雨的力量,擾亂氣流,從而稀釋減弱暴雨,使其失效。因此,瓦爾肖帕哈拉卡·揚特拉應該固定在維曼拿上?!?/p>
從此段描述中可以看出,所謂的暴風雨防御裝置(下稱避雨管)是通過兩種作用來削弱暴風雨的:一是“水的集中力”,筆者推測其可能指的是水分子間的氫鍵作用。該裝置通過構建一層包圍機身的真空薄膜,破壞雨水中水分子的氫鍵,使雨滴快速瓦解,要實現這一功能,就要求維曼拿的制造者對真空的制造、分子間作用力的調節都熟練掌握;二是“電力”,即磁場排斥雨水,其技術含量是非常高的,因為要達到磁場排斥雨水的效果,就必須使雨水和避雨管帶上同樣的電荷,這表明,維曼拿的制造者一定掌握了磁單極子的制備技術,對電磁力這一基本力的理解達到了極深的程度。此外,籠罩全機的磁場將會極為強大,如何使其不影響維曼拿自身的運轉,做到電磁兼容,是非常困難的。
圖10 氫鍵示意圖;圖11 磁單極子假想圖
3)強太陽輻射調節裝置
手稿中寫道:“這種裝置由aathapaashana loha制成。這種金屬有調節太陽輻射強度的能力。經過一系列復雜的配方與工藝,最終得到輕質的、橙色的、耐熱的、不易破碎的合金。……在每個容器中,應使用酸清洗并放置121級耐熱晶體。然后用金屬制成一個10英尺寬的傘形,固定在3根管子上,旋轉的keelakas固定在傘蓋下半英尺。在這上面,應該固定3個3英尺寬、形狀像蒸煮鍋的卡拉薩。……在這三個185號的冷擴散晶體上,應該是固定的。三個黑色云母輪應該固定在上面。他們應該覆蓋著錢德里卡工具或白色絲棉。應在其上放置一個裝有酸根的容器,其中浸有耐熱晶體?!陚愕倪\動會使熱浪受到干擾而旋轉。然后,吸熱的云母輪吸收熱量,這些熱量通過根酸將變冷并熄滅。機組人員和乘客將從免受強溫度場的影響?!?/p>
由此可以推測,所謂的強太陽輻射調節裝置(下稱隔熱傘),應當是一種傘狀的遮光板或防熱罩,但這種隔熱傘與一般意義上的隔熱裝置在原理上有所不同。如圖所示的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡,其配備的巨大的遮陽板臺座,是通過多級反射來隔絕熱量的,其主要材料為聚酰亞胺,正反面均附有一層100納米厚的鋁,最外側兩層摻硅,每層隔熱罩均可以阻擋約90%的熱量;如圖所示的帕克太陽探測器,其配備的盾形隔熱罩,是通過反射+隔熱材料來實現功能的,其主體由輕質碳泡沫芯制成,夾在兩塊碳-碳復合材料面板之間。朝陽表面還涂有特殊的白色涂層,可反射大部分落在其上的陽光。而碳-碳復合材料由嵌入碳基體中的碳纖維組成。重量輕,耐高溫,結構穩定。泡沫芯幾乎97%的體積是空氣,可作為良好的隔熱材料。但是,根據手稿中描述,維曼拿Tripura的隔熱傘是由導熱性能良好的合金制成,雖然本身耐熱,卻不能隔熱,只是起到吸收、傳導熱量的作用,其隔熱功能的實現,最終靠的是安裝有“冷擴散晶體”的“云母輪”??梢圆聹y,所謂冷擴散晶體,應當是一種比熱容極高的物質,它將在吸收大量熱量后熔融,然后在流經散熱管路的過程中向外散熱,最后在云母輪上重結晶,開始下一個循環。
圖12 詹姆斯-韋伯太空望遠鏡;圖13 帕克太陽探測器
四、Tripura維曼拿的動力系統
1)空中動力
空中飛行時,維曼拿機翼展開,機身前端的主螺旋槳提供向前的動力,六對側螺旋槳槳軸指向斜上方,提供部分升力與前進動力,同時,通過側螺旋槳x軸出力差實現偏航、z軸出力差實現滾轉。機身俯仰則由尾翼控制。三面氣動保護裝置保持開啟狀態,減小空氣阻力,并輔助穩定機身姿態。
2)地面動力
地面行駛時,機翼收起,主螺旋槳收起,六對側螺旋槳槳軸指向側面,成為手稿中所描述的“地輪”,側螺旋槳涵道旋轉,推動維曼拿向前運動,同時,通過兩側地輪旋轉的差速實現轉向。由于維曼拿的六對地輪是獨立驅動的,因此具有較強的越野能力。而地輪軸亦可通過液壓作動筒頂升機體,賦予了維曼拿出色的通過性。
3)水面動力
水面航行時,主螺旋槳收起,六對側螺旋槳槳軸向前,提供前進動力,并通過側螺旋槳差速實現維曼拿的轉向。機翼向下傾斜,接觸水面,使維曼拿成為三體船構型,增強其高速航行時的穩定性。此外,維曼拿也可進入地效飛行姿態,此時,側螺旋槳槳軸向上提供升力,三面氣動保護裝置指向前方,涵道出力提高,提供前進動力,機翼展開,形成地效升力。
4)水下動力
水下航行時,機翼收起,尾翼充當升降舵,六對側螺旋槳槳軸向前,提供前進動力,并通過側螺旋槳差速實現維曼拿的轉向。主螺旋槳槳葉向后收起,高速旋轉,制造空泡,同時,暴風雨防御裝置“避雨管”開啟,生成包覆機身的真空薄膜,破壞附面層水分子間相互作用,使維曼拿在水中受到的阻力大大減小,得以快速航行。
五、Tripura維曼拿的建模
建模部分在CATIA中進行。分為維曼拿主體建模、動力系統建模、內部結構建模。
1)主體建模
首先建造維曼拿的的艙體部分,該部分包含六對側螺旋槳的內部傳動機構、能量轉化系統及部分主螺旋槳和尾舵的動力裝置?;撞糠植捎脴訔l曲線繪制減少阻力的外形,采用凸臺特征建立起基底,再利用圓角特征將外部的直角改為圓角以減少阻力。艙體部分從底部到頂部分為三層,艙體部分包含了維曼拿的控制系統、倉庫、休息室、觀光室等。艙體呈現變形的“橢球體”,前端為流線型設計,減小在空中或水中的行動時的阻力。
該部分通過采用多截面曲線建出模型的外形,通過抽殼功能將其建成一個殼體。另外,切除前端的一部分實體建出用以安裝主螺旋槳的部位。基底和艙體的模型如圖14所示。
圖14 艙體建模
2)動力系統建模
維曼拿的動力系統主螺旋槳和六對側螺旋槳。主螺旋槳提供在空中飛行的前進動力,六對側螺旋槳提供部分前進的的動力和部分升力;在水面或水中運行時,側螺旋提供前進動力;在陸地前進,側螺旋槳化作滾輪向前推進。
輔助動力系統運作的有維曼拿兩端的機翼,在空中飛行時展開,在陸地或水中收起以減小阻力、增加靈活性。尾舵輔助動力系統的功能用于實現在空中和水下的俯仰動作。建成的模型如圖15所示。
圖15動力系統建模
在維曼拿的上端平層建造一個出口,維曼拿的整體外形如圖16所示。
圖16維曼拿整體外形
3)內部結構建模
在整體外形的基礎上,在艙體的內部建模、刻畫維曼拿的內部細節,并將維曼拿的艙體鏤空以清晰觀察內部結構。
艙體建模第一層主要包括倉庫和燃料室,燃料室為圖中的空心圓柱體部分,用于存在儲能物質和能量轉換系統。能量轉換系統經過一系列轉化步驟將太陽能轉化為電能并向各處輸送。倉庫如圖17中空心長方體所示,可以用以存放少數彈藥、各種生活必需品等。第一層中還包括部分傳動系統用以傳遞機械運行控制維曼拿的動力系統和能量分配系統。
圖17 艙體第一層內部
第一層與第二層隔開,前后都有形如“電梯”的運送裝置連接第一層和第二次。第二層結構主要包括客艙和休息室,客艙之間相互隔開,猶如一個個小房間。如圖18所示。從客艙和休息室的窗戶可以看到維曼拿外部的景觀,在空中飽覽浩瀚星海,陸地上領略大好河山,水面上目擊波濤洶涌,深海里游覽海底世界。
圖18艙體第二層內部
維曼拿艙體的第三層是核心層,這里有維曼拿的控制室,控制室里配備駕駛嫻熟的駕駛員,自由轉換維曼拿形態以適應不同的運作環境,調整維曼拿的運行速率,監測維曼拿上的各種系統、儀器的正常工作。當然,維曼拿在第三層配備了觀光室、茶水間和娛樂室。盡管在第二層的休息室也能包攬外面的風景,但第三層配有設備以提供更好的體驗,如“太利眼”望遠鏡,能放大幾百上千倍,再遠的距離也近在眼前。
圖19艙體第三層內部及結構外形
六、Tripura維曼拿模型制作
通過3D打印將維曼拿的艙體、機翼、尾舵等分別打印出來,利用膠水組裝。如圖20和圖21所示。
圖20連接艙體和機翼
圖21連接艙體和尾舵
組裝完成模型的整體如圖所示。
圖22 維曼拿結構模型
七、總 結
Tripura維曼拿是一種由太陽能驅動的載具,通過改變其自身形態,可在海洋、陸地、天空中運行。維曼拿維曼拿通過蒙皮外殼吸收太能能,經過二次轉化將太能能轉化為電能輸送到各處;并且,維曼拿建立上中下三層,三層各具有不同的作用和功能,一層動力裝置、能量系統、傳動系統等,二層主要為乘客和機組人員的休息和活動空間,三層為駕駛艙和游覽觀光娛樂場所,給乘客提供舒適的體驗。
作為一款給乘客提供極致體驗的運載器,維曼拿攻擊力不強,只在倉科配備了極少數的彈藥用于自衛反擊,但是維曼拿的防御力極強,內有三面氣動保護裝置、暴風雨防御裝置和強太陽輻射裝置,并且配備了安全性極強的外殼。配有主螺旋槳和6對側螺旋槳,維曼拿的機動性能也很優異。
基于上述設想,我們在CAD軟件設計了維曼拿運載器,并加入了一下現代元素,將維曼拿模型3D打印出來進行組裝,力求美觀呈現出Tripura維曼拿運載器。
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原文標題:走進古印度維曼拿飛行器系列——Tripura維曼拿模型設計與制作
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