В вопросе Как будет выглядеть век парусных летающих кораблей? , я написал ответ , который определяет тип летающих парусных кораблей, которые я рассматриваю для этого вопроса.
Поясню, материал киля — дерево в эпоху парусов, а потом металл — сопротивляется любому движению как бы от трения, но гораздо меньше сопротивляется движению вдоль одной оси, а также несколько меньше сопротивляется при повороте. Это сопротивление не имеет ничего общего с воздухом, оно просто возникает относительно самого большого объекта поблизости, обычно планеты.
Если бы кто-то толкнул часть киля, он бы сопротивлялся боковому движению, но «скользил» вперед и назад с небольшим трением. Если кусок киля расположить под углом к земле и толкнуть за один конец, он упадет, потому что может поворачиваться, хотя и будет делать это медленнее, чем ожидалось, если бы это был объект, подверженный только гравитации.
Однако, если кусок киля расположить под углом к земле и удерживать под этим углом во время толкания, он будет подниматься под углом, несколько меньшим, чем угол, под которым его держат, в зависимости от того, насколько быстро он движется и насколько быстро он движется. его коэффициент поперечного трения. Чем выше коэффициент поперечного трения, тем меньше люфт будет делать киль. Это все совершенно не зависит от атмосферы, если таковая имеется.
Это означает, что пока судно с килями движется, оно может сохранять или увеличивать свою высоту. Из-за более высокого бокового трения судно может двигаться под парусом в атмосфере - киль дает судну что-то, на что можно упираться, так что между ветром и килем действуют дифференциальные силы, что позволяет двигаться и управлять в направлениях, отличных от ветра.
Если судно с килями в гравитации перегружено или движется слишком медленно, угол атаки килей будет слишком большим, препятствуя движению вперед, и люфт станет больше, чем курс, что приведет к потере поступательного движения и потере высоты.
Объект с несколькими килями нельзя «заякорить» в гравитационном колодце: даже самый лучший материал киля не имеет бесконечного бокового трения, и ни один материал киля не имеет нулевого трения относительно движения вперед. Лучшее, что можно ожидать, — это значительно сниженная скорость спуска. Для движения килевидному судну требуется внешний источник кинетической энергии — следовательно, всем таким судам требуется энергия ветра, какая-либо другая движущая сила или потенциальная энергия гравитации, которую можно обменять на кинетическую энергию.
Когда у нас есть волшебный материал киля, который позволяет летать с меньшим объемом материала, чем аэродинамический профиль, когда пропеллеры могут быть изготовлены путем размещения наклонного материала киля на краю приводного колеса, тогда только дефицит этого материала киля может привести к развитию аэродинамических крыльев, или, возможно, их можно было бы изобрести, даже если бы они были дороже килей, если бы они имели какую-то полезность, которой нет у килей.
Для целей этого вопроса давайте предположим, что базовые кили представляют собой относительно редкую породу дерева и стоят примерно так же дорого, как редкая твердая древесина, такая как черное дерево. В эпоху пара возможен более эффективный металлический киль.
Помимо этого материала киля, мы можем предположить, что окружающая среда очень похожа на Землю. Квадратные паруса, которые просто обеспечивают сопротивление, были изобретены около 3000 г. до н.э. и позволяют плыть только по ветру. Латинские паруса были изобретены около 900 г. н.э. и позволяют плыть против ветра, поскольку они действуют как аэродинамическое крыло, но только когда Да Винчи впервые описал искусственные крылья, их использование в качестве аэродинамического профиля стало признаваться, и только в 19 веке. века, когда аэродинамические крылья начали использоваться для полета.
Кроме того, кили работают по другому принципу, чем аэродинамические крылья: аэродинамические крылья работают, проходя через жидкую среду, в то время как кили сопротивляются движению во всех направлениях, но оказывают гораздо меньшее сопротивление движению вдоль одной оси по сравнению только с килем и остальной вселенной. .
Для ответа на этот вопрос предположим, что кили были обнаружены около 500 г. н.э.
Итак, вопрос в том, будут ли аэродинамические крылья изобретены раньше или позже по сравнению с другими технологиями в таком мире, и для чего они могут быть использованы?
Насколько я понял, ваш магический киль — это не что иное, как устройство с пренебрежимо малым сопротивлением в одном направлении и максимально возможным сопротивлением в другом (обратите внимание, что стандартный киль имеет высокое сопротивление только в одном направлении, а незначительное сопротивление в двух других направлениях хитрость в том, что плавучесть охватывает одно направление).
С такой конструкцией (без плавучести) ваш парусный летающий корабль не сильно отличается от самолета, поскольку ему не хватает основной концепции: плавучести .. Что, если случится самая опасная для моряков погода? Который, между прочим, является гробовым штилем, а не бурей, как это обычно ошибочно принимают. Более того, кили работают только в том случае, если есть некоторая относительная скорость по отношению к жидкости, в которой они находятся, чем больше скорость, тем большую «подъемную силу» они могут создать. Без технологии аэродинамического профиля паруса могут работать только за счет чистого сопротивления и не могут двигаться против ветра, и они эффективны до тех пор, пока есть скорость относительно жидкости. Это означает, что если вы поместите свой парусник в поток, у вас будет некоторая эффективность либо килей, либо паруса, но не того и другого одновременно. Если вы прикрепите свой автомобиль к земле, он может действовать как воздушный змей из-за килей. Если вы позволите ему следовать за потоком, парус сделает его равным скорости потока, позволяя ему двигаться, но в этом случае кили не будут работать, поскольку они не будут работать.
К сожалению, это логическая проблема конструкции: несмотря на размер и технологию строительства, вы не можете использовать паруса в качестве движущей силы, а кили в качестве подъемной силы. Если, вы знаете, кили не являются «волшебными», как вы сказали, но тогда в волшебном мире только вам решать, что должно произойти из-за переменных, которые истинны только в вашем мире.
В «нашем» мире вам нужен какой-то «механический» движитель, в этом случае вы можете использовать «пропеллер», сделанный из наклонных килей на вращающемся колесе, или вы можете просто использовать весла (их даже не нужно двигать). вверх и вниз, достаточно повернуть их на 90°, изменяя направление киля по отношению к их движению). Вы не можете использовать гребное колесо, так как рядом с летающим кораблем нет жидкости с разной плотностью.
Заявлено, что вам нужна механическая силовая установка, у вас нет плавучести, и все ваши кили работают как максимизатор сопротивления, у вас вместо этого есть не судно, а странный (неэффективный) самолет. С достаточной скоростью - технически - кирпич может летать, проблема в эффективности, и поэтому мы разработали аэродинамические поверхности.
С этими предпосылками я бы с уверенностью поспорил, что аэродинамический профиль был бы разработан раньше, поскольку это было бы ОГРОМНЫМ преимуществом как для «подъемных» килей, так и для винтов (гребные винты спроектированы как аэродинамические поверхности). Кроме того, волшебные кили, по крайней мере те, которые должны создавать подъемную силу, могут повысить свою эффективность за счет использования аэродинамического профиля (не совсем уверен, поскольку они волшебные, но кажется правдоподобным). Как только кто-то замечал что-то похожее на эффект аэродинамического профиля, экономическое давление на эту технологию было бы более сильным, чем на ядерное оружие во время холодной войны, поэтому летающие корабли были бы спроектированы с аэродинамическим профилем задолго до нас.
Мы успешно использовали судовой винт задолго до того, как был построен первый удачный самолет не потому, что физический принцип был неизвестен, а из-за экономического давления (в самолеты никто не верил).
PS: вы спрашивали об "изобретении" аэродинамического профиля, я ответил об успешном использовании аэродинамического профиля, потому что довольно сложно обсуждать, когда у какого-то ученого должна быть правильная интуиция. Мы знали принцип аэродинамического профиля еще со времен Бернулли, но смогли использовать его, чтобы заставить что-то летать, всего столетие назад.
Парусный летающий корабль, по крайней мере в начале своей истории, будет двигаться благодаря ветру.
Поскольку у них уже есть средства удержания в воздухе, у нас здесь нет прямого применения аэродинамических крыльев, поскольку нам не нужна подъемная сила.
Однако вскоре мы столкнемся с той же проблемой, с которой столкнулись первые мореплаватели: ветер не всегда дует в том направлении, в котором вы хотите путешествовать. Поэтому концепция аэродинамических крыльев может использоваться для движения против ветра, что обеспечивает большую гибкость в навигации, пока для кораблей не будут изобретены подходящие двигатели.
Что касается первой части вашего вопроса, я думаю, вы можете свободно выбирать временную шкалу изобретения вашей истории.
Ваш вопрос подразумевает наличие причинно-следственной связи между открытием и использованием фрикционных свойств вашего специального дерева, позволяющих существовать летательным аппаратам ... и разработкой метода использования силы ветра для движения указанного транспортного средства.
Конечно, причинно-следственной связи нет. Открытие эффекта Бернулли не повлияло на конструкцию воздушных змеев до наших дней, когда пересечение материаловедения и экстремальных видов спорта/военных применений привело к созданию парашюта. Я думаю, что разработка парусов имеет долгую историю без каких-либо признаков аэродинамических профилей, поэтому две нити технологии будут переплетены только в том случае, если вы напишете это так.
Если в вашем мире развитие паруса следует за нашим, то мы начинаем с того, что кто-то держит одеяло палкой на плоту. Это приводит к квадратным парусам, которые по-прежнему ловят только попутный ветер, затем появляются латинские паруса, которые ловят ветер, идущий от борта корабля, и, наконец, появляются паруса, зашнурованные на вертикальной мачте, которые принимают форму аэродинамического профиля.
Мой ответ заключается в том, что открытие материалов киля, позволяющих кораблю летать, подтолкнет к развитию всех форм движения, кроме парусов... паровых турбин, приводящих в движение гребные винты, сжигание нефти, солнечные панели, производящие пар или преобразующие фотоны в электроны, что угодно. могли бы лучше использовать силу полета, чем паруса. Единственная причина наличия киля - уменьшить боковую силу, действующую на парус при движении против ветра. Необходимость киля тратит впустую большую часть силы, воздействующей на парус, поэтому почти все остальное было бы улучшением.
Л.Датч
Монти Уайлд
Керр Эйвон2055