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真空飛艇銅蟲 (著名寫手)
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[交流]
【實驗求鑒定】用24個礦泉水瓶制作真空容器與真空飛艇可行性
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【實驗求鑒定】用24個礦泉水瓶制作真空容器與真空飛艇可行性 先貼點參考文獻吧，畢竟研究不是憑空杜撰的，靈感也有出處。 [1](英)G.A.庫利,J.D.吉勒特.飛艇技術.科學出版社 2008. [M]。 [2]張全有、陳維毅、吳文周.細胞骨架生物力學進展.力學進展第36卷第2期2006年5月25日Feb．2006 Vol.36 No.2。[J]。 [3]于寧，充氣環(huán)結構的承載能力分析.碩士學位論文.哈爾濱工業(yè)大學,2009[D]。 [4]翁智遠，王遠功.彈性薄殼理論.高等教育出版社，1986. [M]。 [5]（英）約翰•奇爾頓.空間網格結構,中國建筑工業(yè)出版社,2004.[M]。 [6]杜振勇，充氣管結構的承載能力分析.碩士學位論文.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2008.[D]。 [7]馮白璐，單層網殼采光頂結構形態(tài)學及網格劃分優(yōu)化研究.碩士學位論文.中國建筑科學研究院，2015. [D]。 [8]楊聯(lián)萍，韋申，張其林.鋁合金空間網格結構研究現狀及關鍵問題.建筑學報第34卷第2期2013年2月Feb．2013 Vo1.34 No.2。[J]。 [9]倪麗君，“少費多用”生態(tài)設計思想及應用研究.碩士學位論文.上海交通大學，2010年2月[D]。 [10]謝雅琪，平面柔性可展結構設計及展開研究.碩士學位論文.浙江大學，2013.[D]。 [11]張磊，柔性膜條增強蒙皮的承力性能研究.碩士學位論文.哈爾濱工業(yè)大學,2013[D]。 [12]汪逸然，系繩增強充氣結構承載性能分析.碩士學位論文.哈爾濱工業(yè)大學,2013[D]。 [13]衛(wèi)劍征，空間折疊薄膜管充氣展開過程氣固耦合問題研究.博士學位論文.哈爾濱工業(yè)大學,2008[D]。 [14]衛(wèi)劍征，毛麗娜，杜星文，空間卷曲折疊管充氣控制展開動力學研究.工程力學, 2009, 26(1):227-232[J]。 （注：實驗視頻不知道為什么打不開，請點開文中優(yōu)酷視頻組合鏈接，里面的三個視頻就是實驗視頻） 真空飛艇（Vacuum Airship）是一種以真空容器取代氫氣容器或氦氣容器來提供升力的假想中的飛艇。所謂“真空”，是指在給定的空間內，壓強低于101325帕斯卡(即一個標準大氣壓強約101KPa)的氣體狀態(tài)。此構想最早由意大利的Francesco Lana de Terzi在1670年提出，真空球是浮力升力終極的實現方法。但因為1標準大氣壓=101325 N/平方米，也就是說如果建造一艘真空飛艇，那么飛艇的浮力裝置（真空艙）在標準大氣壓下每平米將會受到10噸左右的大氣壓。雖然材料科學不斷發(fā)展，但至今還未出現能夠商業(yè)化的，既能滿足耐壓支撐結構大于10噸/平方米，同時自重又比空氣輕的剛體材料（石墨烯材料的大規(guī)模制備尚未成熟，而且價格太過高昂，暫時不予考慮）。因此，真空飛艇的愿景雖然十分美好，但大多數人的頭腦中對真空飛艇的第一印象都是“不可能”！ 因為大多數人腦中的固有思維認定真空飛艇=民科騙人，所以我先上一段實驗視頻。在后文中我會詳細闡述我的設計理念和研究進展。因為本人所擁有的外部條件有限，而且家中對我的研究行為呈否定態(tài)度，所以我只能用及其簡陋的條件進行這一實驗。希望各位專業(yè)科學家以學術態(tài)度而不是研究環(huán)境來看待我的實驗，謝謝！ 實驗材料為： 真空泵1臺（商用空調壓縮機抽真空用） 真空計1部（買壓縮機附帶） AB膠（某寶） 連接管若干（壓縮機附帶） 透明膠帶1卷（樓下小賣部） 空礦泉水瓶24個（超市） 大號塑料袋1個（某寶） 實驗目的為 通過實驗證明，利用24個礦泉水瓶+大號塑料袋，可以制成能夠承受標準大氣壓的真空容器。容器內部真空空間大于10乘10乘10立方厘米。（因為壓縮機功率有限，而且塑料袋也做不到完全密封，真空度只能測得模糊值。在后續(xù)實驗中我會逐步改進。） 實驗步驟 1：將礦泉水瓶的瓶蓋內部涂抹膠水后擰緊（目的為防止漏氣） 2：如圖所示，將礦泉水瓶4個一組進行排列，排列方式為頭尾交叉。排列整齊后用透明膠帶進行固定。（這樣做的目的為：讓每個礦泉水瓶之間互相支撐，將外界大氣壓的壓力分擔到相鄰的礦泉水瓶上。） 附圖：圖1至圖8 圖1 圖2 圖3 圖4 圖5 圖6 圖7 圖8 3：24個礦泉水瓶能夠組成一個近似正六面體。在這個正六面體外部包覆大號透明塑料袋，并預留抽真空用導氣管接出。（詳情請參考視頻） 視頻順序 容器結構 抽真空前的準備 抽真空 http://www.youku.com/playlist_show/id_29468532.html 容器結構 抽真空前的準備 抽真空 4：進行抽真空操作。在抽真空過程中，礦泉水瓶受大氣壓作用而部分收縮，收縮程度初步測量大約為10%至15%。礦泉水瓶長度約為20CM，通過測量抽真空后外壁尺寸可以測得收縮后內部空間依然超過設計預計的10*10*10立方厘米。 實驗總結：受經濟條件和本人所擁有的資源限制，整個實驗十分粗糙。但整個實驗所要表達和測試的內容已經基本呈現出來。如果條件允許，我希望能夠通過定制專用容器再次進行實驗。實驗的主要目的為利用相對獨立氣囊作為剛體結構抵抗大氣壓，利用拱形結構組成的球形真空艙進行實驗，制成完整可自行升空漂浮的“真空飛艇”。真空飛艇氣囊結構請參考圖9與圖10其中圖9為整體氣囊結構示意圖，圖10為局部氣囊應力結構示意圖。示意圖為球形真空艙剖面圖，每一個氣囊相對獨立。為了應對真空氣囊局部壓強應力集中，我還設計了多種應力分散解決方案。這些都會在后續(xù)實驗中進行解決。 附圖9 附圖10 上述實驗中，礦泉水瓶所代表的是我論文中所述的“相對獨立的氣囊結構”。理論上每個氣囊與空氣的接觸面決定這一氣囊所受大氣壓。在理想設計中，氣囊應該呈蜂巢結構排列。蜂巢結構的優(yōu)勢在于氣囊只有一端與外界大氣接觸，所受大氣壓會分散到相鄰氣囊。如附圖所示，利用并列柱狀氣囊排列可以有效抵抗外界大氣壓。 實驗中，礦泉水瓶內部與外界大氣壓力基本相同，但隨著抽真空過程中會將外外界大氣壓力作用到礦泉水瓶，繼而導致礦泉水瓶內部氣壓升高。后續(xù)實驗中，需要進行大型真空容器制造，用以測試每個氣囊所受壓力是否能夠均勻分配，防止單一氣囊受壓過高導致氣囊破損。 根據初步實驗可以得出結論，利用密封的礦泉水瓶作為支撐裝置設計的輕質真空容器能夠滿足在標準大氣壓環(huán)境下進行抽真空操作。 我的設計是利用等同結構制造全尺寸真空氣球，利用若干氣囊組成輕質球形真空耐壓容器，將容器內氣體抽真空后容器能夠產生浮力，最終制造出傳說中的“真空飛艇”。 “真空飛艇”的好處： 傳統(tǒng)飛艇必須采用輕質氣體作為升空“耗材”，而輕質氣體主要是氫氣和氦氣。氫氣易燃易爆，與空氣混合后很容易發(fā)生危險。而氦氣是一種稀有氣體，其獲得方式有限，難以進行大規(guī)模應用和發(fā)展。因此，飛艇技術如今發(fā)展非常緩慢。實際上飛艇是所有飛行器中最廉價的飛行裝置。 我設計的這種真空飛艇利用結構力學原理，將若干個單一氣囊組成拱形結構，利用拱形結構抵抗外界大氣壓。根據實驗可以看出，制造真空飛艇所需材料可以非常廉價。廉價的真空飛艇起飛和降落對地形要求不高，大多數環(huán)境都能滿足其升空和降落的基本要求。同時，真空飛艇不受地形限制。無論是高山還是峽谷都能夠輕松飛越。利用真空飛艇作為運輸工具，世界上絕大多數“交通不便”的地區(qū)都可以解決交通問題。同時，真空飛艇能夠輕松升至平流層，作為臨近空間飛行器能夠部分替代衛(wèi)星功能。 真空飛艇的主要發(fā)展方向為低速大運力運輸裝置，他能夠輕松應付復雜地況的運輸工作。如果用真空飛艇開發(fā)無人貨運飛行器，有可能擁有一定商業(yè)前景。 因為本人系業(yè)余愛好者，對真空飛艇設計存在的各種問題一定考慮不周。希望小木蟲各位老師能夠將我設計的不足之處予以指導。我希望能夠完善自己的設計，利用有限的條件制作出一臺成品真空飛艇。謝謝！ [ Last edited by 真空飛艇 on 2017-2-15 at 17:58 ] |
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12樓2017-02-15 14:22:35
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真空飛艇: 金幣+1, 感謝您的回帖，但回帖前請先閱讀文章。如果文章內容都不知道又怎么能做出正確的評價呢？ 2017-02-14 15:40:44
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| 唯一的問題是，即便題主預想中強大的能抵御大氣壓的外殼被開發(fā)出來，這個方案在地球上的宏觀應用中也很難有任何經濟上的優(yōu)勢。 密度差是浮力的驅動力。如果使用氫氣的話，這個密度差是空氣的93%； 如果像樓主那樣使用真空的話，這個密度差是空氣的100%。也就是說，如果不考慮其他問題，樓主的方案只能多提供7%的浮力。 與此同時，氫氣球所需的材料不需要硬度，只需要密閉性和抗燃性，比如某些橡膠產品；而樓主的方案則需要高大上的又堅硬又密封又阻燃的外殼材料，以及不得不搞一個真空泵防止熱力學上必然出現的滲漏（這貨同時需要大量的能量驅動）。因此，在材料方面，即便出現了符合題主要求的材料，成本也無疑比氫氣球高出很多。 另外，在安全方面，大型氫氣球如果出現點泄露，只要不著火，那么只會慢慢下降，因為內外壓差比較��；這種情況下，有充足的時間進行補漏。如果用氦氣球，連燃燒的可能性都沒有。而樓主方案一旦出現空洞，壓差會是整整一個大氣壓，那就是根本停不下來的節(jié)奏。 因此，樓主的方案可以歸結為： 原理上可行，經濟上太貴，安全性不靠譜�！墩阅澈酢� |
5樓2017-02-14 14:56:53
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25樓2017-02-18 22:24:49
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真空飛艇: 金幣+1, 謝謝關注，希望您能花一點時間看一下我的帖子。謝謝！ 2017-02-14 10:19:57
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2樓2017-02-14 10:12:51
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小木蟲: 金幣+0.5, 給個紅包，謝謝回帖
真空飛艇: 金幣+5, 感謝您的意見和建議，這個實驗只是用最少的成本證明真空飛艇可行性，還不足以制成能夠漂浮的真空飛艇。 2017-02-14 11:00:26
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真空飛艇: 金幣+5, 感謝您的意見和建議，這個實驗只是用最少的成本證明真空飛艇可行性，還不足以制成能夠漂浮的真空飛艇。 2017-02-14 11:00:26
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3樓2017-02-14 10:45:24
真空飛艇
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您好，礦泉水瓶只是因為容易獲得。最初我選擇容器時本來打算使用可樂瓶，因為可樂瓶內部可以承受10個標準大氣壓。早期設計中我試圖為容器內充入高壓氣體，例如3倍標準大氣壓。在后續(xù)實驗中發(fā)現，單一氣囊內只要與外界大氣壓基本相同就能抵抗外界大氣壓。最近我正在籌備后續(xù)實驗，打算定制異形瓶作為支撐結構。 真空飛艇與傳統(tǒng)飛艇不同，其不存在氣體消耗問題（即使氣體滲入也可以利用真空泵抽出）。而且真空飛艇能夠輕松升至平流層。如果使用真空飛艇，能夠替代部分人造衛(wèi)星的功能。最重要的是他可以長期在高空作業(yè)。哪怕工作時間長達幾年甚至更長都是有可能的。 如果有條件，我其實想采用聚醯亞胺膜制備真空飛艇氣囊結構。在這里發(fā)帖主要希望能找到專業(yè)機構對這個設計進行后續(xù)開發(fā)。（例如采用附圖9/10的結構） 上述實驗僅是為了證明，真空飛艇這一概念的可行性。如果想要其依靠真空浮力漂浮起來，我計算最少應該制成一個直徑3米以上的球形真空容器。這需要后續(xù)實驗繼續(xù)完善才能體現出來。 感謝您的回復 |
4樓2017-02-14 10:59:06
真空飛艇
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我猜，您只看了標題而完全沒看內容。真空飛艇并非一個高強度硬殼那么簡單，我這項設計主要利用結構力學為指導，利用普通民用材料即可制成真空飛艇。 首先，此項技術采用的外殼并非什么高大上材料。在本次實驗中采用礦泉水瓶就是證明。制造這種真空飛艇并不像您想象中那么昂貴。 至于經濟價值，如果您對飛艇技術有一定了解，就一定知道采用輕質氣體作為浮力裝置就一定逃不開一個最大的問題——氣體逸散。無論采用氫氣還是氦氣，無論采用任何一種蒙皮結構，氣體逸散問題在當今是無法被杜絕的。簡單說就是氣囊蒙皮永遠無法杜絕氣體微量穿過。 那么，無論采用氫氣還是氦氣，氣囊式飛艇工作時間必然有限。而且隨著飛艇體積的增大，這一問題還會逐步提高。 如果采用我的設計，只要利用真空泵將逸散到真空艙內部的氣體抽出，真空飛艇的浮力就能得到保障。 如果您仔細看我的文章，尤其是最后圖9和圖10，就會發(fā)現我的設計并非單純一層硬殼結構。也就是說一旦某一區(qū)域發(fā)生泄漏可以通過增強臨近區(qū)域氣囊氣壓的方式“擠壓”漏洞，繼而流出修補漏洞的空間。 再次感謝您的回帖，但回帖前請先閱讀文章。 |
6樓2017-02-14 15:39:57
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小木蟲: 金幣+0.5, 給個紅包，謝謝回帖
真空飛艇: 金幣+1, 感謝您的關注，稍后我會整理一下，將設計理論等詳細內容完整的發(fā)出來。 2017-02-14 16:06:47
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感覺畫個受力圖就可以了，圖10上面畫上向下箭頭，為艇外部氣壓，這些力如何平衡？ 發(fā)自小木蟲Android客戶端 |
7樓2017-02-14 15:48:04
真空飛艇
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圖10是圖9的局部，箭頭為氣囊內部氣壓應力示意圖。圖9是真空倉的剖面圖，氣囊壁內部（中空部分）進行抽真空操作，外部為標準大氣環(huán)境。 壓力平衡問題我是通過控制系統(tǒng)對每一個氣囊內的氣壓進行調節(jié)來完成的(詳細控制方法我會在后續(xù)完整論文中詳細描述)。靠內部一層的氣囊氣壓稍高，外部一層的氣壓稍低，即可保證氣囊結構整體呈現一種拱形結構。 這樣解釋也許不直觀，您可以想象一下趙州橋的結構，用氣囊取代趙州橋上的石磚就是我這個設計的根本理念。 有關氣囊結構力學問題可以參考文獻于[于寧，充氣環(huán)結構的承載能力分析.碩士學位論文.哈爾濱工業(yè)大學,2009]。 |
8樓2017-02-14 16:05:00
wumaldini
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9樓2017-02-15 13:02:54
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真空飛艇: 金幣+1, 謝謝 2017-02-15 13:44:39
真空飛艇: 金幣+1, 實驗需要祝福，謝謝。可惜我金幣不多。 2017-02-15 18:03:45
真空飛艇: 金幣+1, 謝謝 2017-02-15 13:44:39
真空飛艇: 金幣+1, 實驗需要祝福，謝謝。可惜我金幣不多。 2017-02-15 18:03:45
| 祝福 |
10樓2017-02-15 13:31:53
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