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真空飛艇銅蟲 (著名寫手)
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[交流]
【實(shí)驗(yàn)求鑒定】用24個(gè)礦泉水瓶制作真空容器與真空飛艇可行性
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【實(shí)驗(yàn)求鑒定】用24個(gè)礦泉水瓶制作真空容器與真空飛艇可行性 先貼點(diǎn)參考文獻(xiàn)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(shù).科學(xué)出版社 2008. [M]。 [2]張全有、陳維毅、吳文周.細(xì)胞骨架生物力學(xué)進(jìn)展.力學(xué)進(jìn)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(jié)構(gòu)的承載能力分析.碩士學(xué)位論文.哈爾濱工業(yè)大學(xué),2009[D]。 [4]翁智遠(yuǎn)，王遠(yuǎn)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(wǎng)格結(jié)構(gòu),中國建筑工業(yè)出版社,2004.[M]。 [6]杜振勇，充氣管結(jié)構(gòu)的承載能力分析.碩士學(xué)位論文.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2008.[D]。 [7]馮白璐，單層網(wǎng)殼采光頂結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)及網(wǎng)格劃分優(yōu)化研究.碩士學(xué)位論文.中國建筑科學(xué)研究院，2015. [D]。 [8]楊聯(lián)萍，韋申，張其林.鋁合金空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵問題.建筑學(xué)報(bào)第34卷第2期2013年2月Feb．2013 Vo1.34 No.2。[J]。 [9]倪麗君，“少費(fèi)多用”生態(tài)設(shè)計(jì)思想及應(yīng)用研究.碩士學(xué)位論文.上海交通大學(xué)，2010年2月[D]。 [10]謝雅琪，平面柔性可展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及展開研究.碩士學(xué)位論文.浙江大學(xué)，2013.[D]。 [11]張磊，柔性膜條增強(qiáng)蒙皮的承力性能研究.碩士學(xué)位論文.哈爾濱工業(yè)大學(xué),2013[D]。 [12]汪逸然，系繩增強(qiáng)充氣結(jié)構(gòu)承載性能分析.碩士學(xué)位論文.哈爾濱工業(yè)大學(xué),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(xué)位論文.哈爾濱工業(yè)大學(xué),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(dòng)力學(xué)研究.工程力學(xué), 2009, 26(1):227-232[J]。 （注：實(shí)驗(yàn)視頻不知道為什么打不開，請點(diǎn)開文中優(yōu)酷視頻組合鏈接，里面的三個(gè)視頻就是實(shí)驗(yàn)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(nèi)，壓強(qiáng)低于101325帕斯卡(即一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)約101KPa)的氣體狀態(tài)。此構(gòu)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(shí)現(xiàn)方法。但因?yàn)?標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)大氣壓下每平米將會(huì)受到10噸左右的大氣壓。雖然材料科學(xué)不斷發(fā)展，但至今還未出現(xiàn)能夠商業(yè)化的，既能滿足耐壓支撐結(jié)構(gòu)大于10噸/平方米，同時(shí)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(jià)格太過高昂，暫時(shí)不予考慮）。因此，真空飛艇的愿景雖然十分美好，但大多數(shù)人的頭腦中對真空飛艇的第一印象都是“不可能”！ 因?yàn)榇蠖鄶?shù)人腦中的固有思維認(rèn)定真空飛艇=民科騙人，所以我先上一段實(shí)驗(yàn)視頻。在后文中我會(huì)詳細(xì)闡述我的設(shè)計(jì)理念和研究進(jìn)展。因?yàn)楸救怂鶕碛械耐獠織l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(jìn)行這一實(shí)驗(yàn)。希望各位專業(yè)科學(xué)家以學(xué)術(shù)態(tài)度而不是研究環(huán)境來看待我的實(shí)驗(yàn)，謝謝！ 實(shí)驗(yàn)材料為： 真空泵1臺（商用空調(diào)壓縮機(jī)抽真空用） 真空計(jì)1部（買壓縮機(jī)附帶） AB膠（某寶） 連接管若干（壓縮機(jī)附帶） 透明膠帶1卷（樓下小賣部） 空礦泉水瓶24個(gè)（超市） 大號塑料袋1個(gè)（某寶） 實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑?br /> 通過實(shí)驗(yàn)證明，利用24個(gè)礦泉水瓶+大號塑料袋，可以制成能夠承受標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的真空容器。容器內(nèi)部真空空間大于10乘10乘10立方厘米。（因?yàn)閴嚎s機(jī)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(shí)驗(yàn)中我會(huì)逐步改進(jìn)。） 實(shí)驗(yàn)步驟 1：將礦泉水瓶的瓶蓋內(nèi)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(gè)一組進(jìn)行排列，排列方式為頭尾交叉。排列整齊后用透明膠帶進(jìn)行固定。（這樣做的目的為：讓每個(gè)礦泉水瓶之間互相支撐，將外界大氣壓的壓力分擔(dān)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(gè)礦泉水瓶能夠組成一個(gè)近似正六面體。在這個(gè)正六面體外部包覆大號透明塑料袋，并預(yù)留抽真空用導(dǎo)氣管接出。（詳情請參考視頻） 視頻順序 容器結(jié)構(gòu) 抽真空前的準(zhǔn)備 抽真空 http://www.youku.com/playlist_show/id_29468532.html 容器結(jié)構(gòu) 抽真空前的準(zhǔn)備 抽真空 4：進(jìn)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(nèi)部空間依然超過設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)的10*10*10立方厘米。 實(shí)驗(yàn)總結(jié)：受經(jīng)濟(jì)條件和本人所擁有的資源限制，整個(gè)實(shí)驗(yàn)十分粗糙。但整個(gè)實(shí)驗(yàn)所要表達(dá)和測試的內(nèi)容已經(jīng)基本呈現(xiàn)出來。如果條件允許，我希望能夠通過定制專用容器再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的主要目的為利用相對獨(dú)立氣囊作為剛體結(jié)構(gòu)抵抗大氣壓，利用拱形結(jié)構(gòu)組成的球形真空艙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，制成完整可自行升空漂浮的“真空飛艇”。真空飛艇氣囊結(jié)構(gòu)請參考圖9與圖10其中圖9為整體氣囊結(jié)構(gòu)示意圖，圖10為局部氣囊應(yīng)力結(jié)構(gòu)示意圖。示意圖為球形真空艙剖面圖，每一個(gè)氣囊相對獨(dú)立。為了應(yīng)對真空氣囊局部壓強(qiáng)應(yīng)力集中，我還設(shè)計(jì)了多種應(yīng)力分散解決方案。這些都會(huì)在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行解決。 附圖9 附圖10 上述實(shí)驗(yàn)中，礦泉水瓶所代表的是我論文中所述的“相對獨(dú)立的氣囊結(jié)構(gòu)”。理論上每個(gè)氣囊與空氣的接觸面決定這一氣囊所受大氣壓。在理想設(shè)計(jì)中，氣囊應(yīng)該呈蜂巢結(jié)構(gòu)排列。蜂巢結(jié)構(gòu)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(huì)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(shí)驗(yàn)中，礦泉水瓶內(nèi)部與外界大氣壓力基本相同，但隨著抽真空過程中會(huì)將外外界大氣壓力作用到礦泉水瓶，繼而導(dǎo)致礦泉水瓶內(nèi)部氣壓升高。后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，需要進(jìn)行大型真空容器制造，用以測試每個(gè)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(dǎo)致氣囊破損。 根據(jù)初步實(shí)驗(yàn)可以得出結(jié)論，利用密封的礦泉水瓶作為支撐裝置設(shè)計(jì)的輕質(zhì)真空容器能夠滿足在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓環(huán)境下進(jìn)行抽真空操作。 我的設(shè)計(jì)是利用等同結(jié)構(gòu)制造全尺寸真空氣球，利用若干氣囊組成輕質(zhì)球形真空耐壓容器，將容器內(nèi)氣體抽真空后容器能夠產(chǎn)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(zhì)氣體作為升空“耗材”，而輕質(zhì)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(xiǎn)。而氦氣是一種稀有氣體，其獲得方式有限，難以進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用和發(fā)展。因此，飛艇技術(shù)如今發(fā)展非常緩慢。實(shí)際上飛艇是所有飛行器中最廉價(jià)的飛行裝置。 我設(shè)計(jì)的這種真空飛艇利用結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，將若干個(gè)單一氣囊組成拱形結(jié)構(gòu)，利用拱形結(jié)構(gòu)抵抗外界大氣壓。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以看出，制造真空飛艇所需材料可以非常廉價(jià)。廉價(jià)的真空飛艇起飛和降落對地形要求不高，大多數(shù)環(huán)境都能滿足其升空和降落的基本要求。同時(shí)，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(yùn)輸工具，世界上絕大多數(shù)“交通不便”的地區(qū)都可以解決交通問題。同時(shí)，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?yàn)榈退俅筮\(yùn)力運(yùn)輸裝置，他能夠輕松應(yīng)付復(fù)雜地況的運(yùn)輸工作。如果用真空飛艇開發(fā)無人貨運(yùn)飛行器，有可能擁有一定商業(yè)前景。 因?yàn)楸救讼禈I(yè)余愛好者，對真空飛艇設(shè)計(jì)存在的各種問題一定考慮不周。希望小木蟲各位老師能夠?qū)⑽以O(shè)計(jì)的不足之處予以指導(dǎo)。我希望能夠完善自己的設(shè)計(jì)，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(nèi)容都不知道又怎么能做出正確的評價(jià)呢？ 2017-02-14 15:40:44
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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(nèi)容都不知道又怎么能做出正確的評價(jià)呢？ 2017-02-14 15:40:44
| 唯一的問題是，即便題主預(yù)想中強(qiáng)大的能抵御大氣壓的外殼被開發(fā)出來，這個(gè)方案在地球上的宏觀應(yīng)用中也很難有任何經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢。 密度差是浮力的驅(qū)動(dòng)力。如果使用氫氣的話，這個(gè)密度差是空氣的93%； 如果像樓主那樣使用真空的話，這個(gè)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(shí)，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(chǎn)品；而樓主的方案則需要高大上的又堅(jiān)硬又密封又阻燃的外殼材料，以及不得不搞一個(gè)真空泵防止熱力學(xué)上必然出現(xiàn)的滲漏（這貨同時(shí)需要大量的能量驅(qū)動(dòng)）。因此，在材料方面，即便出現(xiàn)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(xiàn)點(diǎn)泄露，只要不著火，那么只會(huì)慢慢下降，因?yàn)閮?nèi)外壓差比較�。贿@種情況下，有充足的時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)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(xiàn)空洞，壓差會(huì)是整整一個(gè)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(jié)為： 原理上可行，經(jīng)濟(jì)上太貴，安全性不靠譜�！墩阅澈酢� |
5樓2017-02-14 14:56:53
華麗的飄過
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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(guān)注，希望您能花一點(diǎn)時(shí)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(gè)紅包，謝謝回帖
真空飛艇: 金幣+5, 感謝您的意見和建議，這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)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?yàn)槿菀撰@得。最初我選擇容器時(shí)本來打算使用可樂瓶，因?yàn)榭蓸菲績?nèi)部可以承受10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。早期設(shè)計(jì)中我試圖為容器內(nèi)充入高壓氣體，例如3倍標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，單一氣囊內(nèi)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(shí)驗(yàn)，打算定制異形瓶作為支撐結(jié)構(gòu)。 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(shí)間長達(dá)幾年甚至更長都是有可能的。 如果有條件，我其實(shí)想采用聚醯亞胺膜制備真空飛艇氣囊結(jié)構(gòu)。在這里發(fā)帖主要希望能找到專業(yè)機(jī)構(gòu)對這個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行后續(xù)開發(fā)。（例如采用附圖9/10的結(jié)構(gòu)） 上述實(shí)驗(yàn)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(jì)算最少應(yīng)該制成一個(gè)直徑3米以上的球形真空容器。這需要后續(xù)實(shí)驗(yàn)繼續(xù)完善才能體現(xiàn)出來。 感謝您的回復(fù) |
4樓2017-02-14 10:59:06
真空飛艇
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我猜，您只看了標(biāo)題而完全沒看內(nèi)容。真空飛艇并非一個(gè)高強(qiáng)度硬殼那么簡單，我這項(xiàng)設(shè)計(jì)主要利用結(jié)構(gòu)力學(xué)為指導(dǎo)，利用普通民用材料即可制成真空飛艇。 首先，此項(xiàng)技術(shù)采用的外殼并非什么高大上材料。在本次實(shí)驗(yàn)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(jīng)濟(jì)價(jià)值，如果您對飛艇技術(shù)有一定了解，就一定知道采用輕質(zhì)氣體作為浮力裝置就一定逃不開一個(gè)最大的問題——?dú)怏w逸散。無論采用氫氣還是氦氣，無論采用任何一種蒙皮結(jié)構(gòu)，氣體逸散問題在當(dāng)今是無法被杜絕的。簡單說就是氣囊蒙皮永遠(yuǎn)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(shí)間必然有限。而且隨著飛艇體積的增大，這一問題還會(huì)逐步提高。 如果采用我的設(shè)計(jì)，只要利用真空泵將逸散到真空艙內(nèi)部的氣體抽出，真空飛艇的浮力就能得到保障。 如果您仔細(xì)看我的文章，尤其是最后圖9和圖10，就會(huì)發(fā)現(xiàn)我的設(shè)計(jì)并非單純一層硬殼結(jié)構(gòu)。也就是說一旦某一區(qū)域發(fā)生泄漏可以通過增強(qiáng)臨近區(qū)域氣囊氣壓的方式“擠壓”漏洞，繼而流出修補(bǔ)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(gè)紅包，謝謝回帖
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感覺畫個(gè)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(nèi)部氣壓應(yīng)力示意圖。圖9是真空倉的剖面圖，氣囊壁內(nèi)部（中空部分）進(jìn)行抽真空操作，外部為標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境。 壓力平衡問題我是通過控制系統(tǒng)對每一個(gè)氣囊內(nèi)的氣壓進(jìn)行調(diào)節(jié)來完成的(詳細(xì)控制方法我會(huì)在后續(xù)完整論文中詳細(xì)描述)。靠內(nèi)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(jié)構(gòu)整體呈現(xiàn)一種拱形結(jié)構(gòu)。 這樣解釋也許不直觀，您可以想象一下趙州橋的結(jié)構(gòu)，用氣囊取代趙州橋上的石磚就是我這個(gè)設(shè)計(jì)的根本理念。 有關(guān)氣囊結(jié)構(gòu)力學(xué)問題可以參考文獻(xiàn)于[于寧，充氣環(huán)結(jié)構(gòu)的承載能力分析.碩士學(xué)位論文.哈爾濱工業(yè)大學(xué),2009]。 |
8樓2017-02-14 16:05:00
wumaldini
至尊木蟲 (職業(yè)作家)
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9樓2017-02-15 13:02:54
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真空飛艇: 金幣+1, 實(shí)驗(yàn)需要祝福，謝謝�？上医饚挪欢唷� 2017-02-15 18:03:45
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10樓2017-02-15 13:31:53
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