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孙悟空的尾翼在哪里——中外神仙们飞行姿势解析

2017-11-29 Camille 航空知识

——为什么小伙伴们总是不能把神仙的飞行能力看做是一种科幻色彩或者未被披露的特殊力量呢?

——因为……我们都是热爱科研的知识分子呀~



洋神仙系列



超人


在洋神仙的发展史中,超人似乎已经算是我们接触到的最早的一批了。1938年出现在美国早期漫画中的超人还不会飞,只是“仅仅一跃就能跨过一座大楼”。到了四十年代,以动画的形式慢慢走进观众视野的超人竟然开始具备飞行能力了,就像图画里那样,酷酷的。这无疑引起了广大观众对其飞行姿势及飞行原理的思考与讨论。

重新翻出这部经典的美国科幻电影细细观察,我们发现超人的飞行姿势其实还是蛮简单的。要么是这样的:超人在起飞时,依靠自身独具反重力的内脏器官提供动力;且由于起飞至升空过程中只需小角度转向,故将一只手臂配合握拳姿势伸向前方像方向舵那样调整前进方向,而另一只则握拳置于腰间以保持完美的流线形态。







要么是这样的:两只手握拳向身后呈一定夹角展开,配合充分伸展的红色斗篷,使其身体呈现“前面尖、身体宽、双脚窄”的流线型机身,巧妙地减小其飞行阻力,适合于所受作用力平衡时的平飞、上升、下滑等稳定运动。







当超人想要调整飞行角度、准备转向时,就会将握拳的双臂同时伸向前方,形成“机身”的左右副翼。若左副翼向上、右副翼向下时,左翼升力减小而右翼升力增大,从而实现整体向左倾斜。


奥特曼、阿童木


当然,洋神仙的仙界里也存在着各种模仿和抄袭现象。像1966年于日本开播并不断更新至今的奥特曼、1963年由日本同名漫画改编成动画的铁臂阿童木等,均延续了超人系列飞行姿势,当然其中包含的飞行原理也就大同小异了,只是奥特曼和阿童木的动力装置中开始引进了有待进一步研究和证实的反重力原理与技术。


哆啦A梦


同样借用此技术的还有哆啦A梦的竹蜻蜓。其实,日本漫画家藤本弘在设计哆啦A梦的竹蜻蜓时,其采用的设计原理并不同于直升机原理。从动画中竹蜻蜓由地面起飞时并没有对周围环境产生任何影响(如地面扬起的大量灰尘等)这一点就可以看出,它并非通过快速旋转向下推动空气而产生升力实现飞行。


尽管如此,小编还是忍不住想要向大家科普一下竹蜻蜓的飞行原理啦。竹蜻蜓的叶片和水平旋转面之间有一个可以调节的倾角。当旋翼旋转时,旋转的叶片会将空气向下推并形成一股强风;同时,空气也会给竹蜻蜓一股随着叶片倾角而改变的、向上的反作用升力,且倾角越大升力越大。而当升力大于竹蜻蜓自身重力时,竹蜻蜓即可向上飞起。



钢铁侠


08年,由美国漫威电影工作室出品的科幻冒险电影《钢铁侠》(Iron Man)里,托尼的飞行姿势就相对比较单调了,但简单中却似乎包含了更多科学的新奇。翻开昔日的电影,跟着托尼的脚步,一帧一帧,静静思考。

托尼飞行时的能量来自多种能源的总和,包括太阳能、电池、以及以吸收β粒子为燃料的内建发电机等。起初,托尼虽然依靠脚部“推进器”,通过喷射火焰这种可在水下工作且最为简单的等离子体获得动力得以从山洞逃脱了出来,却最终还是以同大地母亲的深情拥抱宣布试飞失败。

于是,聪明的托尼在脚部“推进器”的基础上,赋予了钢铁侠手掌“稳定器”,无形之中将襟翼和副翼等增升装置添加了进去,以保证飞机在较小的速度下仍能保持足够的升力。飞行时,钢铁侠双臂呈一定角度向后展开,使整个身体形成“头尖、体宽、尾窄”且表面光滑的流线型,保证空气流过其身体时主要表现为层流,降低阻力的同时还能保持帅帅的飞行姿态。当然,钢铁侠的手掌也并非随意摆放的。通过调整手掌的倾斜角度,身体所受的升力和阻力就会产生不同程度的相对变化,从而获得左右旋转上下飘飞的能力。如此听起来,是不是感觉像是在翅膀上又装上了灵活的襟翼和副翼,比超人(握拳姿势)的飞行技术更科学、更合理一些呢?



说完无辅助动力型神仙的飞行姿势,那我们就把目光转向有辅助动力型的神仙吧。



飞天扫帚系列


读过英国作家罗琳的魔幻文学小说《哈利•波特》的小伙伴们,或许也曾对巫师们如何实现飞行产生过各种各样的疑问和大胆的猜测。众所周知,飞天扫帚是巫师们最常使用的交通工具,并被广泛地应用到魔法世界的运动比赛中。小说里哈利最喜欢的飞天扫帚要数火弩箭了。作为迄今为止最完美的比赛用飞天扫帚,其帚把由白蜡木材精制而成,并经硬如钻石的擦光剂加以处理,且尾部的每一根细枝均经严格筛选以使其流线型臻于完美,确保其无与伦比的平衡能力与精确度的同时,也满足了人机工程学的要求。

飞行时,驾驶者会如哈利一样趴坐在飞天扫帚上以降低重心,使身体、斗 39 33496 39 13046 0 0 4394 0 0:00:07 0:00:02 0:00:05 4394与扫把完美结合至近乎流线型,符合空气动力学:

  • 降低阻风面以提升飞行速度;

  • 双手前伸握住扫把前柄,实现小角度转向的调整和控制,起到方向舵的作用;

  • 身体与扫帚柄平行或以较小的夹角形成稳定的平面,通过此身体平面左右两侧的上下调整,改变左右两侧“机翼”所受升力的相对大小,进而实现左右偏转、方向调整,类似于副翼的作用;

  • 调整身体表面与扫帚柄所成夹角的大小,可使水平尾翼上相应方向的附加升力产生对“机体”横轴的力矩,使其实现上仰或下俯操作,起到升降舵的作用。



六  

雷神


一周前(2017年11月3日),刚刚于美国上映的《雷神3:诸神黄昏》又一次引起了影迷们对雷神飞行技能的热议。那么,雷神本身到底有没有飞行能力,又是如何借助其他外力飞起来的呢



其实在北欧神话和Marvel漫画的描述中,雷神都是不具备飞行能力的,而是借助坐骑、自身超强的跳跃能力,或者依靠快速旋转并掷出雷神之锤而产生的超大动能来实现飞行功能的。其中,想必影迷们讨论最激烈的还是“雷神之锤”这种方式。当“雷声之锤”以足够大的速度被抡起时,自然会产生巨大的能量;而这一能量聚集到一定程度时,即能赋予雷神克服自身重力的逃逸速度以逃脱地球引力来实现飞行。起飞后,雷神便可直线上升而后逐渐倾斜至与地面平行,似乎变身成了地球的一颗小卫星,调整角度即可脱离轨道降落。

不过,关于借助“雷神之锤”实现飞行的讨论,影迷们还是看法各异,有的甚至还提出了雷神自身具备控制风和电能的奇幻猜想。

说到这儿,洋神仙的飞行姿势与飞行原理也就梳理的差不多啦~

接下来,就跟小编一起结合飞机构造的设计原理与丰富的想象力,对我国古代神仙的飞行姿势展开无限遐想吧~


中国神仙系列



七仙女与小龙女



不同于洋神仙的紧身衣,中国神仙却钟爱翩翩起舞的宽衣袖,而且往往都不止一层。那么,这样的衣袖设计到底对我国神仙的飞行姿势有什么特殊的影响和作用呢?

从外形上分析,当然还是要简单提一下飞行过程中展开的衣袖对“流线型”整体形态的作用。飞行时,其中一只手臂与躯干成一定锐角向后伸展,手臂挟着的衣袖散开刚好与躯干组合成“体宽”部分。而且,由于袖子较宽,其所排开的空气重量大于袖子本身的重量;因此,衣袖本身这一局部结构可以看做是轻于空气的航空器,这一结构似乎更利于为整体提供更多的升力。



此外,中国古人衣袖往往不止一层的结构不禁让我们联想到一种叫做“空速管”的装置。虽然两者外形上差了很多,但基本构造还是齐全的。空速管由两个同心圆管组成,内圆管为总压管,外套管为静压管;它是机体极为重要的测量工具,一般装在机体外气流较少受到自身影响的机头正前方、垂尾或翼尖前方。


 由此看来,我国古人的衣袖真的起到了“空速管”的作用:当其向前飞行时,气流冲进衣袖,衣袖末端的“感应器”就会感受到气流的冲击力量——动压,且飞得越快动压越大。如果将空气静止时的压力(静压)和动压相比较即可感知冲进衣袖的空气有多快,也就是飞机的飞行速度。有了“空速管”对静压的感知,就不难测量其飞行过程中高度变化的快慢(爬升率)、实现升降速度表的功能了。



悟空与八戒



有关中国神仙飞行姿势的话题中,同样引人注目的似乎不止他们翩翩起舞的宽衣袖。的确,很多观众都曾注意到,我国神仙在飞行过程中总是喜欢将一条腿弯曲而另一条腿伸直,构成近乎直角三角形的形状来增强“体宽、尾窄”的流线型效果,从而更加符合空气动力学的要求。


二郎神


不知大家对《宝莲灯前传》里,二郎神杨戬第一次练习飞天术的片段是否还有印象。除了保持近乎直角三角形的腿部飞行姿势外,还将腿部和手臂联合起来作为自身飞行的动力装置,腿部迅速用力蹬地结合手臂快速向前伸展,为本无辅助动力的身体提供反作用推力而获得向上的升力。


小龙女、哪吒、白素贞



还记得那些年备受吐槽的“姑姑”(陈妍希版小龙女)的发型吗?其实,这种曾被戏称像“鸡腿”或“粽子”的发髻却对我国古代神仙的飞行起到了不可忽视的辅助作用。一种说法是,此种形状的发髻类似于辅助飞行用的升降舵,是改变神仙飞行时俯仰姿态的主要控制手段,通过调整发髻平面与飞行平面的交角来改变自身飞行过程中上下偏转的程度。比如,神仙们抬头向上偏转就相当于升降舵向上偏转,此时升降舵所受的气动力会产生一个向上偏转的力矩,从而使其上升。



另一种说法是,这种形状的发髻处于重心之前,功能类似于鸭式飞机的鸭翼。首先,这副“鸭翼”最基本的作用,就是通过自身的升力来配平其因“机翼”升力作用点和重心不重合而产生的抬头/低头力矩,且配平阻力明显减小而获得较大的升阻比;其次,它作为神仙飞行时的一个小的纵向操纵面,可以通过改变发髻平面与飞行平面的交角来改变“鸭翼”升力,从而提供低头或抬头力矩,实现其自身的纵向操纵。

嗯……看完中国神仙与洋神仙飞行姿势及飞行原理的对比……小伙伴们都赞同哪些呢?

元芳,你怎么看?

        


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