火星直升机与达芬奇之间的关联
列奥纳多·达·芬奇(Leonardo da Vinci,1452-1519)是意大利文艺复兴时代早期的博学者,他被公认为是有史以来最有才华,最多元化,在许多领域都有非凡成就的人才之一。 他花了大约四十年,也就是他的整个成年人生,致力于解决飞行问题。 他的天才体现在他设计的「四个翅膀鸟类模仿飞行器」(ornithopter),如图像所示,达·芬奇的飞行器与火星直升机「创新号」 看起来非常相似。
图左是火星直升机,图右是达·芬奇的飞行器
火星是离地球最近的行星,并且是具有固体表面的陆地行星。行星探测开始是以水手号宇宙飞船(Mariner spacecraft)进行目标的飞越探测。随后的海盗计划(Viking program)是在1990和2000年代提供资讯最多的火星探测任务,海盗号的着陆器,确切的证实了火星上存在有密度非常低的大气层,当时在 JPL有一群年轻的科学家和工程师开始了梦幻式的遐想讨论。
由于火星的大气密度较低,直升机旋翼型的设计是建立在低雷诺数空气动力学基础上的。 造成的结果是直升机旋翼的翼型非常不寻常。它的主要设计参考资料之一是剑桥出版社2007年出版的《低雷诺数的空气动力学》,作者是一位华裔教授,他有一个更不寻常的英文姓名—— SHYY。
注解1:
在流体力学中,雷诺数(Reynolds number)是流体的惯性力与黏性力的比值,雷诺数较小时,黏滞力对流场的影响大于惯性力,流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减,流体流动稳定,为层流 (laminar flow)。反之,若雷诺数较大时,惯性力对流场的影响大于黏滞力,流体流动较不稳定,流速的微小变化容易发展、增强,最终发展为湍流(turbulence flow)。
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