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古代真有飞行器?同济大学教授3D打印80多个模型

文章来源:网络人气:47发表时间:2018-01-10 11:03:23

  人类在多久前就有了飞行梦?古墓出土的黄金垂饰是飞机雏形?3D打印能重现翱翔在天空的“文物”飞机?同济大学航空航天与力学院教授沈海军,5年来致力于解密远古飞行器。经他复原并试飞的古代飞行器已经有80余件。“古代飞行器”中,究竟蕴含怎样的魅力,《津云调查》记者到上海为您揭秘。

  2017年5月5日,国产客机C919首飞成功,这架客机是载客在150座以上的干线客机。然而就在一年前,同济大学航空航天与力学学院的师生团队,就打造了一架1:14的缩比C919“大飞机”验证机,并在江苏常州成功试飞。

古代真有飞行器?同济大学教授3D打印80多个模型

  这个团队的带头人是同济大学航空航天与力学学院教授沈海军。C919“大飞机”论证期间,他作为专家参与了部分科研课题。复刻C919,他最初的想法就是趁着“大飞机”首飞的热度,让同学们验证一下该客机的气动性能,从而学到更多的知识。

  这已经不是沈海军第一次带领学生制作飞机模型了,他最感兴趣的是复原“古代飞行器”。5年来,沈海军带领他的学生设计复原了上百架“古代飞行器”。仅存放在同济大学微小飞行器实验室里,就有80多架古代飞行器模型,其中十四五架能飞上天。

  更严谨地说,沈海军称呼它们为“古代疑似飞行器”。经他查阅大量资料发现,在古玛雅、古印度、古埃及甚至古代中国,都拥有古代疑似飞行器,但从现代航空技术角度来说,它们又拥有现代航空器的一些特征。这引起了沈海军的极大兴趣,他带领团队查找资料、复原模型,给这些古代飞机加装动力设备、试飞。在沈海军看来,这些古代疑似飞行器就是飞行器。

  古玛雅“黄金飞机”一飞冲天

  他对“古代飞行器”的沉迷始于2013年

  一次,沈海军在一篇文献中看到一张图片,图片上有4个类似飞机造型的黄金块。图片描述称,这是玛雅古墓中出土的黄金块。因为类似飞行器的造型,引起了沈海军的兴趣,他查找相关资料,发现同时出土的黄金块有十几款,每款长度不超过15厘米,高度约5厘米。经过专家研究,这些黄金块是古玛雅贵族的装饰品。让他更感兴趣的是,这些黄金块的外形酷似现代飞机。甚至网上有人称它们为古玛雅“黄金飞机”。

  “古玛雅是不是真的存在飞机?这些黄金飞机如果有了动力,能不能飞上蓝天?”这两个问题一直萦绕在沈海军心头。2014年沈海军带领3名同学,先用3D打印技术1:1还原了“黄金飞机”,同年,他又复原了莱特兄弟发明飞机时使用的风洞,让3D打印的“黄金飞机”在该风洞中,测试飞行中遇到的气流速度、压力温度等数据,为复原后续工作打下基础。

  在多项数据的支撑下,沈海军确定,古玛雅“黄金飞机”的造型,具备飞上蓝天的可能性。最终,在上海国际赛车场,古玛雅“黄金飞机”一飞冲天。

  在长达近10分钟的飞行过程中,飞机的起飞、降落甚至俯冲、转弯等机动动作都十分流畅。在沈海军看来,古代疑似飞行器的外形的气动布局是有一定的科学性的,甚至加装上现代的动力就可以直接飞上天,这对现代飞行器的设计和制造有很好的借鉴意义。

  艺术和能力的验证

  沈海军的研究吸引了更多学生的兴趣。为本科生上课时,讲古代飞行器,能激发学生们的学习兴趣;对古代飞行器建模、复原的工作,则增强了学生们的动手和实践能力。

  目前就读于同济大学复合材料博士研究生三年级的于本泽,从本科时就跟随沈海军一起搞研究。1:20版的古玛雅“黄金飞机”,就是他本科毕业设计时,和另外几名同学一起制作的。当时其他人都选择了制作固定翼常规布局飞机,于本泽却另辟蹊径。

  然而,“黄金飞机”设计阶段不能只把照片中的尺寸按照1:20放大,而是对这款飞机所有的数据和整体的气动性能都要重新验证,没有数据可以参考。这无疑相当于重新设计一款飞机。这对于当时的本科生来说无疑困难重重。

  “当时的风洞试验就进行了多次。”于本泽回忆说,最难的是“黄金飞机”的机翼,它的机翼不像如今的飞机机翼那样延伸,需要对“黄金飞机”的机翼进行放大或者缩小处理后再进行延伸。水平尾翼和垂直尾翼的大小和角度,动力设备放置的位置是否能保持飞行中的平衡等等,需要重新设计的环节太多。

  由于多次试飞,“黄金飞机”机翼出现损坏,维修起来也是相当麻烦。时隔多年,于本泽再次拿起工具对“黄金飞机”进行了修复。即便一颗普通的螺丝都要和以前的型号比对好,胶水也要用以前同一品牌的。这可不像盖房子外形相似就可以。因为所有的部件都要保持一致才能尽量达到以前的平衡。即便如此,在重新试飞前,还要经过对各个部件的多次实验磨合。

  在于本泽看来,复原古代飞行器不仅是验证古代的艺术,也能培养学生的设计能力和创新能力。由理论动起来,让大脑和手配合起来,这才能收获更多。

  让本科教学动起来

  课堂上,沈海军为本科二年级的学生讲解古代飞行器和现代飞行器的对比。在现代飞机空客的基础上寻找古代飞行器的气动原理。

  “本科教学除了在课堂上讲解理论,必须让学生们动起来,动脑和动手相结合。”在沈海军的微小飞行器实验室,有数百件作品,大部分是本科学生的作业,而这些,并不在本科教学大纲的要求之内。

  沈海军带领本科学生动手制作的作品中,古代飞行器占据了相当大的比重。因为在他看来,这都是当时人类飞行梦的体现,是可以用科学的手段尝试论证的。

  最近,沈海军带领研究生翻译了一本古埃及著作,据考这本著作是3000多年前印度圣人马赫西亚所写。上世纪70年代的时候,印度的一个城市古庙倒塌后,考古学家抢救性发掘时发现了这本古书。这份梵文原著,经过翻译后,科学家们惊奇它所讲述的是航空知识。沈海军认为,这在本科教学中有十分重要的意义。除了让学生们了解古人对飞行器的研究历史外,还能让学生们动手去制作。

  抛开史学界的争议,沈海军的同事、同济大学飞行器制造工程专业责任教授朱延娟认为,复古研究中,各种思维方式和手段是可以去尝试的。“学术本来就应该是百花齐放,只有百花齐放才能百家争鸣。”何况,让学生动起来本身就是教学探索和发展的方向。

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