火龙出水、流体力学与独山县 | 袁岚峰

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导读


我们现在要努力发展基础科学，不能等到被锁死时才追悔莫及。如果我们一提到投资科学就觉得浪费，一毛不拔，却愿意在独山县400亿这样莫名其妙的地方一掷千金，后世的人会怎样看待我们呢？

最近，我的朋友、著名科普作家鲁超写了一篇文章《中国古代火箭究竟有多牛？》，介绍了中国古代的火器。其中最有趣的是“火龙出水”，它是一种多级火箭。

听这名字好像是从水下发射的，就像现在的潜射导弹，其实并不是。它是从水面上三四尺的高度发射的。

火龙身上有四个火药筒，这是第一级火箭，它能推动火龙飞行二三里。等到第一级火箭燃烧完毕，它会自动引燃龙腹里的第二级火箭。这些二级火箭从龙口里飞出，敌军人船俱焚。

火龙出水的名气很大，例如刘慈欣的《三体》里就提到了它，还引出了那句著名的“只送大脑”。不过，这种武器的实用效果如何呢？

有趣的回答来了。我的朋友、科大科技史与科技考古系教授石云里老师告诉我，他和学生写了一篇论文《关于明代火箭“火龙出水”稳定性的初步分析》（http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-GXMZ201803003.htm）。

火龙出水文献配图

此文的摘要如下：

“火龙出水”是认为有重要价值的明代火器，采用计算机流体力学手段对其技术特点展开探究。将焦玉火攻书、《武备志》等文献中的技术性信息转化为数字模型，运用计算机流体力学软件，通过计算“火龙出水”三轴力矩系数变化情况，揭示了其在低马赫数下的不稳定性，证明其性能在通常标准下难以到达人们的预期。证明了技术手段在研究类似火器中的价值,并为同类实证研究提供了借鉴。

流场域示意图

三轴示意图

马赫数0.3时的俯仰力矩随迭代步数变化图

马赫数0.3时的流线图

原来结论是，火龙出水的飞行不稳定，可能会一头栽下来。怪不得只见到设计的记载，没有见到生产、装备、使用的记载。

由于条件所限，石云里老师他们只做了初步的流体力学数值模拟。如果有火箭和飞行专家来做火龙出水实物的试验，这会是个很有意思的题目，也是个科普的好机会。

这些研究，正令人想到《三体》中对火龙出水的讨论。没有基础原理支撑的技术，即使可以在某些方面超越时代，终究还是不如有基础原理支撑的技术。

阿波罗登月火箭

火龙出水可以理解为现代火箭和导弹的祖先，但这话是在我们了解现代科学的前提下说的。如果一个发明家不懂现代科学，那么他再怎么改进火龙出水，也不可能让它赶上导弹。《三体》中地球的粒子物理学被智子锁死后，就是这种状况。

智子

所以我们现在要努力发展基础科学，不能等到被锁死时才追悔莫及。如果我们一提到投资科学就觉得浪费，一毛不拔，却愿意把钱花在独山县400亿这样莫名其妙的地方（美国想用1000亿遏制中国科技发展？我反而很支持 | 袁岚峰），后世的人会怎样看待我们呢？

独山县的“天下第一水司楼”

扩展阅读：

《关于明代火箭“火龙出水”稳定性的初步分析》

（http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-GXMZ201803003.htm）

背景简介：袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。

责任编辑：杨娜