Может ли этот очень специфический дракон летать?

Для начала позвольте мне уточнить, о чем я спрашиваю. На данный момент меня не беспокоит что-либо из следующего, поскольку, если на этот вопрос будет дан ответ, они будут рассмотрены в последующих вопросах:

  • Ломание костей, разрыв тканей и т. д., вызванные большими размерами драконов, и системы органов, необходимые для поддержания этого существа. Оба покрыты здесь
  • Метаболические потребности.
  • Как такое существо эволюционировало или правдоподобие этого.

Я спрашиваю, сделал ли я какие-либо ошибки или упустил какие-либо факторы, касающиеся механической способности этого дракона летать.

Я подумал, что независимо от того, сможет ли мой дракон оторваться от земли, этот вопрос и последующие ответы могут дать некоторую основу для работы другим, кто заходит на этот сайт, чтобы спросить о больших летающих существах.

Предупреждение - Впереди математика - Предупреждение - Продукт кого-то, у кого слишком много свободного времени

Я начал с наброска Дракона (обновлен со структурой на хвосте, чтобы добавить стабильности)Дракон

Используя этот рисунок, я рассматривал тело как серию эллипсоидов для расчета объема. Оттуда я прогнал числа, чтобы найти подходящий размах крыльев и т. д., и отредактировал изображения, чтобы они соответствовали.

Дракон разработан с головой, смоделированной по образцу ложного гавиала, крыльями и грудью, смоделированными по образцу летучей мыши для полета, и ногами жабы + хвостом кенгуру, чтобы помочь в взлете.

Высота: 6,5 метра

Длина: 19 метров

Объем: 11,9 куб.м.

Средняя плотность: 0,614 г/см^3*

Вес: 7310 кг.

Размах крыла: 38 метров

Площадь крыла: 304 кв.м.

Нагрузка на крыло: 23 кг/м^2

Поперечное сечение мышц Крылья+Ноги+Хвост: 43000 см^2

Мышечная сила*** ньютонов/см^2: 35 н/см^2

Сила мышц Крылья+Ноги+Хвост: 1 474 900 Вт

Время отрыва: 1 секунда

Высота прыжка в прыжке**: 20,6 метра.

Поперечное сечение мышц крыла: 21 600 см ^ 2

Сила мышц крыла: 756 000 Вт.

Время закрытия: 2 секунды

Ускорение закрылков**: 21 метр в секунду

Коэффициент подъемной силы****: =<3,9

Коэффициент аэродинамического сопротивления****: =>0,12

С сайта nasa.gov

L = (1/2) d v2 s CL

L = подъемная сила, которая должна равняться весу самолета в фунтах.

d = плотность воздуха. Это изменится из-за высоты. Эти значения можно найти в таблице стандартной атмосферы ИКАО.

v = скорость самолета, выраженная в футах в секунду

s = площадь крыла самолета в квадратных футах.

CL = коэффициент подъемной силы, который определяется типом аэродинамического профиля и углом атаки.

(Я буду использовать метрическую) Плотность воздуха на высоте 3 км над уровнем моря и -4,5c = 0,9093 кг/см^3

0,5 x 0,9093 x 10^2 x 304 x 0,6 = 8292,816 кг подъемной силы, более чем достаточно, чтобы оторвать этого парня от земли.

Перетаскивание = Cd (dv^2)/2 x контрольная площадь

Плотность воздуха на уровне моря и 20с = 1,225 кг/м^3. Базовая площадь, которую я вычисляю, составляет (1,5 x 2) м ^ 2 для лица и туловища + (36 x 0,4) м ^ 2 для крыльев, или 17,4 м ^ 2.

0,2 x (1,225 x 10 ^ 2) / 2 x 17,4 = 213,15 ньютонов сопротивления, хотя я не уверен, как рассчитать влияние этого на дракона.

*Плотность птицы еще больше снижается за счет определенных приспособлений, которые будут обсуждаться в другом вопросе.

**Найдено с помощью простого уравнения работы над временем.

*** Нет разницы в силе между быстрыми и медленными мышечными волокнами, только в скорости сокращения и выносливости. Бумага, которая показывает это .

**** Фактические коэффициенты летучих мышей, если по какой-то причине они недостаточно близки, сообщите мне об этом.

Я был удивлен, посмотрев на эти цифры, что на самом деле я не видел ничего, что, насколько я мог судить, мешало бы дракону летать. Но это мой первый раз, когда я занимаюсь какой-либо математикой, и даже если я все понял правильно, я мог что-то упустить, поэтому я решил спросить некоторых умных людей здесь, в Stack-Exchange, и посмотреть, что они сказал мне.

Если предположить, что это существо бегает, а затем прыгает, используя руки, затем ноги и хвост, чтобы взлететь, а затем делает несколько взмахов крыльев, может ли оно родиться в воздухе, как показывают мои цифры? Оттуда он мог поддерживать полет?

Из чего состоят его кости? Можете ли вы рассчитать необходимую силу, например, для плечевой кости или проксимальной фаланги 5-го пальца? А как насчет устойчивой механической энергии, потому что я понятия не имею, что такое «взрывная» сила…
@AlexP, как я уже сказал в начале вопроса, я буду говорить о прочности костей и многом другом в другом вопросе. Что касается устойчивой механической силы, я добавлю данные о ней, если смогу ее найти, но гораздо проще найти информацию о «взрывной» силе, так что пока это все, что у меня есть. Взрывная сила, относящаяся к способности поднять объект в течение короткого периода времени, в отличие от способности нести его.
Я отредактирую OP, чтобы сделать более понятным то, что я имею в виду под взрывной силой.
Мне непонятно, как строение крыльев и движущая сила существа не подпадают под «механическую способность летать».
@ Нейт, возможно, я мог бы сформулировать это немного лучше. Но, чтобы быть ясным, меня интересует, будет ли достаточной мышечная сила, но прочность костей будет рассмотрена отдельно.
Вы обнаружите, что прочность костей имеет решающее значение. Я предлагаю какой-нибудь композит из углеродного волокна и титана... Суть требования постоянной мощности в том, что короткие всплески не представляют интереса. Люди могут легко прыгать с земли, но им нужны напряженные тренировки и очень сложные механические устройства , чтобы летать только за счет мышечной силы...
@AlexP да, я вижу смысл запрашивать устойчивую мощность, я просто еще не нашел способа это вычислить, я ограничен тем, что могу погуглить, и я работаю над этим проектом всего ~ 3 дня, я ll обновить с информацией, когда я найду его. Я также согласен с тем, что прочность костей имеет решающее значение, я думал заменить минералы, придающие прочность костям, пенопластом графена, он сделан из углерода, невероятно прочен и снижает плотность дракона примерно на 50 кг на м ^ 3. Однако я рассмотрю прочность костей и аналогичные вопросы в другом вопросе.
@AlexP Я только что узнал, что нет внутренней разницы в силе между мышцами, отвечающими за взрывную силу и устойчивую мощность, поэтому указанное выше значение будет работать для обоих.
Я думаю, вы столкнетесь с проблемами из-за масштаба. Есть предел тому, насколько большими могут стать крылья, прежде чем они начнут рваться под собственным весом; Я не могу вспомнить точную цифру, но я думаю, что ваш предел - это размах крыльев от 8 до 10 метров для чисто биологического существа (без искусственных материалов). Также существует ограничение на скорость прохождения сигналов по нервам: для человека оно составляет сотни миллисекунд; с вашим 38-метровым размахом крыльев задержка между мысленным взмахом крыльев и фактическим началом движения крыльев будет заметной и потенциально проблематичной.
@Palarran из списка проблем, к которым я обращусь в другом вопросе «Ломание костей, разрыв тканей и т. Д., Вызванные драконами большого размера». У меня есть несколько идей относительно силы патагиума, но они будут рассмотрены в следующем вопросе. Что касается скорости нервных сигналов, это хороший момент, я думаю, что у меня есть некоторые идеи по этому поводу, но они будут рассмотрены вместе с предыдущими соображениями о прочности тканей.
@MyrddenWyllt Я поднял бровь, увидев, что коэффициент подъемной силы почти равен 4. Имейте в виду, что летучие мыши (источник вашего числа) летают с гораздо меньшими числами Рейнольдса, чем ваше гораздо более крупное существо. Я ставлю на то, что Cl будет 2 или меньше, по крайней мере, для планирующего полета.
2 МВт постоянной мощности - это очень много . Скажем, мускулы этого сверхдракона имеют 25-процентную эффективность преобразования химической энергии в механическую, что сравнимо с лучшими автомобильными двигателями; это тепловая мощность 8 МВт, что означает, что дракон должен рассеять 6 МВт в виде тепла. Через очень короткое время будет летать огненный шар.
@AlexP у него так много постоянной мощности, что он не обязательно будет использовать всю эту мощность все время, поскольку ее достаточно, чтобы подтолкнуть дракона на 20 метров примерно за одну секунду. Предполагая, что он использует половину этого, 1 474 900 * 3, это 23 313 градусов по Цельсию для рассеивания, более 700 м ^ 2 площади поверхности или около 33c мощности м ^ 2. Если я что-то не упустил, это примерно тот же диапазон, что и температура тела человека, если ее нужно понизить, я думаю, это то, что можно было бы решить в другом вопросе, который я задавал до сих пор.
@ Стив, это самое высокое число, которое я видел для летучих мышей, но я согласен, что оно было бы слишком большим для скольжения, обратите внимание, что в моем уравнении подъемной силы я использовал Cl всего 0,6. Я не знаю, какое число лучше всего использовать, поскольку я непрофессионал, поэтому я нацелился на низкий уровень. Я недостаточно разбираюсь в числах Рейнольдса, чтобы разобраться в этой математике, но я попытаюсь узнать, что я могу узнать, я подозреваю, что вы правы, и максимальный Cl должен быть намного ниже, но я не думаю, что дракон должен приблизиться к 4, чтобы остаться в воздухе в любом случае.
@Steve, в зависимости от точной структуры крыла, число Рейнольдса у дракона составляет от 4 до 5,6 миллиона (согласно моей математике, проверенной с помощью онлайн-калькулятора числа Рейнольдса), что примерно в 400–60 раз больше, чем у летучей мыши. То, что я читаю, говорит о том, что большие числа Рейнольдса лучше, а не хуже, чем низкие, поскольку они допускают более высокие Cl и более низкие Cd. Так что, если я что-то не упустил, это действительно хорошие новости для дракона.
Предыдущий комментарий — число Рейнольдса при скорости 10 м/с.
Этот дракон кажется точной копией Рамфоринха. Хотя я думаю, что Рамфи немного обиделся бы, если бы его назвали летучей мышью-гариалом-жаба-ру.

Ответы (3)

Похоже, ты не хочешь тянуть волшебную карту.

Я думаю, что можно обойтись и без перепонки между ног. Я думаю, что он слишком близко к крыльям, чтобы обеспечить большую устойчивость. Вместо этого я бы сплющил хвост (или сделал тело длиннее, а хвост короче, но это добавит массы).

В противном случае, если только тело не намного плотнее, чем у млекопитающего, я не вижу никаких причин, по которым оно не должно летать.

Ходьба, с другой стороны, может быть проблемой, учитывая его общий размер. Разве что кости ног намного крепче, чем у нас, я думаю, что ноги слишком тонкие для его размера.

Кроме того, следите не только за нагрузкой на поверхности крыла, но и за этой нагрузкой вдоль элементов конструкции. Плечи (корни крыльев) будут подвергаться большой нагрузке. Возможно, его нужно будет усилить. Вам также может понадобиться больше «пальцев» в крыле, чтобы уменьшить нагрузку на корень каждого пальца.

Хотя, если бы у него были полые кости, это сработало бы, но он был бы гораздо более хрупким.

У него также будет проблема с невозможностью перекачивать кровь от ног обратно к сердцу. Взгляните на слонов. Кожа вокруг его ступней и голеней очень прочная и предназначена для того, чтобы действовать как герметичный носок, помогая мышцам перекачивать кровь обратно.

Итак, аэродинамически это выглядит хорошо, но я думаю, что закон кубического корня укусит вас за структуру.

Я попытаюсь рассмотреть многие вопросы, которые вы подняли в другом вопросе (системы органов, прочность костей и тканей и так далее). Что касается этого вопроса, меня в основном интересует, правильно ли я понял аэродинамику, если, как вы говорите в конце вашего ответа, у меня все хорошо, я начну писать свои следующие вопросы, касающиеся этого дракона.
Что касается перепонки между ногами и хвостом, то это была попытка немного уменьшить нагрузку на крыло, так как я хотел, чтобы она была как можно меньше. Если есть какая-то причина, по которой это не сработает, я был бы очень признателен, если бы вы могли уточнить это.
Для справки, я считаю, что плотность млекопитающих составляет ~ 1,5 г / см ^ 3. Делаю плотность моего дракона чуть меньше половины.
@MyrddenWyllt, мембрана для ног действительно уменьшит нагрузку на крыло, но не добавит стабильности. Все, что касается стабильности полета, должно быть «активным». Он будет постоянно использовать энергию, изменяя взмахи крыльев, чтобы оставаться стабильным. Это выполнимо, особенно если есть много добычи, но полет будет более экономически выгодным, если несколько управляющих поверхностей будут дальше сзади.
@ShadoCat ах, спасибо за разъяснение, я буду иметь это в виду.
Помните, что это сложный научный вопрос, поэтому для подтверждения ваших выводов требуются ссылки. Вы должны отредактировать это, чтобы включить ссылки на подтверждающие доказательства; в противном случае это может быть удалено как неадекватное, как указывает баннер ответа.
Как упомянул Frostfyre, это относится к точной науке, поэтому вам нужно будет подкрепить свои утверждения либо цитатами (которые, я полагаю, будут редкостью для драконов), либо уравнениями. Отсутствие вспомогательного материала привело к тому, что ваш ответ находится в обзоре для ответов низкого качества.

Крылья не пропеллеры

Летучие мыши имеют коэффициент подъемной силы только ~3,9, потому что их крылья совершают гораздо больше движений вверх/вниз, чем вперед и назад. Для справки: теоретический максимум самолета с неподвижным крылом составляет около 2. Это означает, что для того, чтобы ваш дракон получил такой коэффициент подъемной силы И летал со скоростью 10 м/с, ваши крылья на самом деле будут ускоряться намного больше, чем 21 м/с.

На этих видео ( https://www.youtube.com/watch?v=Ni_mS4cKPXY , https://www.youtube.com/watch?v=JAP2I-t3FGs ) видно, что крылья летучей мыши покрывают около 130 -140 градусов по дуге за гребок, и что каждый гребок перемещает его только примерно на 1/6 часть вперед по мере того, как крыло движется вверх или вниз. Таким образом, если ваши крылья имеют длину около 17 м каждое, это означает, что кончики крыльев перемещаются примерно на 40 м за полный взмах, перемещая вас вперед примерно на 6,67 м; Таким образом, чтобы достичь скорости 10 м/с, используя механику крыльев летучей мыши, ваш дракон должен совершать 1,5 взмаха в секунду, при этом кончики крыльев на самом деле покрывают около ~60 м/с, ускоряясь в среднем ~120 м/с^2 в любой заданный момент времени. время...

Поскольку ваши крылья на самом деле прилагают гораздо больше усилий, чем вы рассчитывали, вам нужно будет немного уменьшить масштаб некоторых вещей и определить профиль закрылков, который вам подходит. Вместо подъемной силы летучей мыши вы, вероятно, должны смотреть на крупных птиц, таких как альбатрос или андский кондор, которые на самом деле очень мало машут крыльями. Для крупных летающих животных лучше меньше махать руками, потому что это снижает нагрузку не только на кости, но и на мышцы и связки, которые придают костям структуру.

Площадь крыла в форме летучей мыши рассчитывается как A = (F x D5) + 0,5 (D5 x D3). F = длина предплечья, D5 = цифра 5, D3 = цифра 3 Каждый квадрат на вашей диаграмме составляет ~ 1,85 метра, поэтому площадь крыльев вашего дракона составляет ~ 220 м ^ 2, включая задние ноги и хвост. При нормальной плотности воздуха на уровне моря скорость сваливания должна быть 42,5 км/ч. Так что, пока ваш дракон может запускаться со скоростью 42,5 км/ч или выше, он должен летать.

Может ли этот очень специфический дракон летать?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v