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2017

同济师生复原、发射千古希腊蒸汽飞机

今天(7月27日)下午,一架2400年前的古希腊蒸汽飞机复制品在同济大学彰武路校区成功完成了发射试飞。在蒸汽阀门开启瞬间,这架仿古代飞机驶离蒸汽动力端,龙跃而起,直冲向前;空中优美划过数米弧线后,平稳落地,向人们展示了古希腊文明的神奇魅力。

史料记载,公元前400年左右,古希腊有位数学家和哲学家,叫阿契塔斯(Archytas,400BC-350BC)。他曾仿照飞鸟设计和制造出了一款以压缩蒸汽为动力的飞行器,享有“世界机械工业之父”的美誉。他蒸汽飞机能够飞行百米之遥。

图1 阿契塔斯和他的蒸汽动力飞机

最近,根据蒸汽飞机的原理,同济大学航空与力学学院沈海军教授团队对阿契塔斯的蒸汽动力飞机进行了复原。首先,他们对该古希腊蒸汽飞机进行三维CAD建模,并用3D打印机打印出了1:10的塑料实体模型。

图2 根据古希腊蒸汽飞机原理进行CAD建模

图3 3D打印的古希腊蒸汽飞机模型

然后,团队使用前期复原的1900年莱特兄弟的风洞测试了该千古希腊飞机的气动性能,并预测和仿真了古希腊飞机的运动特性。

图4 讨论方案(下)与风洞测试(上)

紧接着,对该古代飞机的内部结构、蒸汽发射端、外形、飞机与发射端接口等一一进行精心设计,并制作出了一架1:1的古希腊蒸汽飞机。

图5制作中(上)以及复原后的古希腊蒸汽飞机(下)

复原后的古希腊蒸汽飞机翼展0.6m,主体由PE泡沫板制成,内部设有2.5升的蒸汽内腔;有一对主机翼和一对后掠的尾翼。该飞机尾部通过一个蒸汽控制阀门与蒸汽动力端相连接。蒸汽动力端主要由一个直径约为0.4m的不锈钢蒸汽加热空心球和三个支架组成。空心球体积约为33升,壁厚1mm,底部通过电磁炉进行加热,可产生约2.5个大气压力提供给蒸汽飞机作为动力。

经过多轮失败、改进、再失败、再改进后,千古希腊蒸汽飞机终于一飞冲天,发射成功。

图6 古希腊蒸汽飞机发射前准备(上)与抛投调试(下)

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沈海军 沈海军

西北工大学士(1993年)、硕士(1997年)、博士(2000年)、南京航大博士后(2002年);现任同济大学航空力学学院教授,兰州交大兼职教授,博士生导师,飞行器工程所所长。 担任《The Open Mechanical Engineering Journal》杂志编委;教育部教学指导委员会成员。中国纳米艺术第一人,中国昆虫动力飞机第一人,中国三维打印飞机成功设计与试飞第一人。
主要研究方向:飞机设计、疲劳断裂、纳米力学等。已发表论文200余篇,其中,SCI检索30篇余篇、EI检索50余篇。承担或参加过国家863、国家自然基金、航空基金等多个项目。著有《纳米科技概论》、《新型碳纳米材料-碳富勒烯》、《近空间飞行器》、《纳米艺术概论》、《航空航天概论》、《千姿百态的纳米花》等著作。
联系方式:shj@tongji.edu.cn
上海市彰武路100号,同济大学航空与力学学院,200092

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