科技小论文哆啦A梦竹蜻蜓可行性研究

《哆啦A梦》竹蜻蜓可行性研究九（4）班叶蔚成动画片《哆啦A梦》原著中，人们只要将竹蜻蜓戴到头上，便可以借助该装置腾云驾雾4小时，竹蜻蜓为耗材，只可使用一次。1.基本结构与设计哆啦A梦竹蜻蜓的结构基本类似于直升机旋翼，原理与直升机相同：当气体以不同的流速流过物体的两个表面，流速快的一面气压将会减小，从而产生压强差，即产生了向上的升力。不论固定翼还是直升机的旋翼，横截面都是如此若想获得足够的升力，要么旋翼足够长，要么旋翼转速足够快。假设哆啦A梦竹蜻蜓旋翼纵截面为0.2m×0.03m=0.009m²,横截面翼尾翼尖分别为30°,15°（角度不可过大，否则会截断尾部气流，造成危险），则空气流经上表面的速度会是下表面的1.07倍。而旋翼的转速再快，从理论上翼尖的速度也不可能超过音速，既340m/s。用伯努利定理算出，竹蜻蜓在亚音速旋转的最大升力仅有180N，则也只可载m=G/h=180N/(10N/kg)=18kg.这时竹蜻蜓旋翼的速度将达到约500转/秒，而普通电扇的风扇转速也不过10转/秒。姑且不计算重达129.3kg的哆啦A梦与有肥胖症的胖虎，就算按一般人50kg的重量，若加大旋翼，估计一般人头部难以承受如此之大重量的结构，以一般材料制作旋翼则会非常重，使飞行更加困难，以目前材料科技来看，就算以极轻的碳纤维材料制成，造价会十分昂贵，何况片中竹蜻蜓是一次性耗材，这成本会更高；若是加快旋翼速度，就算违反理论达到超音速，噪音问题会十分严重，何况这数百分贝的噪音就在自己头上，震得人耳膜破裂是没问题的。还有，根据牛顿第三定律作用力与反作用力的原理，直升机主旋翼在旋转时会使机身向相反方向旋转。因此，在使用竹蜻蜓时，必须像直升机那样，在尾部安装一副旋翼来作反方向推动，或者像美国波音CH-47那样在头部和尾部各装一个旋转方向相反的旋翼，或者像俄罗斯卡莫夫设计室卡-52那样，将两个共轴反向旋翼上下排列。片中竹蜻蜓为单旋翼，估计不但人飞不起来，就由于单旋翼竹蜻蜓产生的巨大扭矩，人就被拧成麻花了。2.供能原著中竹蜻蜓十分小巧，但却能飞行4小时，目前的科技已经可以将核燃料电池缩微到一块硬币大小，但辐射问题仍难以解决，在上世纪美国登月计划中，核燃料便已开始使用，但却或多或少的对宇航员们造成了辐射伤害。虽然不排除未来将屏蔽保护设施缩微到足够小且性能可靠的可能性，但也很难想象在头上就顶着个核燃料电池有多么恐怖。3.附着最关键的一点，竹蜻蜓是如何抵住巨大的重力，牢牢“粘”在头上，而不是自己飞走。综上所述：竹蜻蜓在结构设计上存在严重的缺陷，可行性并不高。即使未来的科技能解决供能与噪音等问题，但若想实现飞行，必须加长旋翼，使用共轴反向双旋翼结构，但估计一般人头上难以承受如此大的架构，竹蜻蜓使用的材料必须轻巧，以目前材料科技来看，可使用碳素纤维，但成本较高，但也不排除未来材料科技解决该成本问题的可能性，但其在基本的结构上存在的问题仍然难以解决。