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大唐之理工天下第9部分阅读

    15天的往返周期,他们需要15x14=210辆大车的车队进行补给任务。(假设不需要护航部队)

    这还是对道路通畅的地点进行定点补给任务,如果进行野战行军,就需要军队自己的后勤兵来组织携带粮食的运输和后勤基地之间的补给了。

    那么看一下突厥的形势。突厥部落众多,游牧并无固定居所。而突厥可汗的总帐设在郁督军山(今蒙古杭爱山,距离乌兰素海西北850公里,距离唐朝前线夏州城和胜州都1000公里左右),在唐朝时期,这里气候更湿润温暖,是适合游牧的土地。

    从乌兰素海出发,翻越海拔一千二百米左右的内蒙古高原,往北300里,就会进入一片海拔就百米左右的南戈壁谷地,在唐朝,这里还不如现在干燥。虽然因为内蒙古高原的阻挡降雨不多,但也并不是不毛之地。

    从这里往西走,便是两座雄伟的山脉,他们是天山山脉的东段,南脉名为gobigurvnsikn,北脉称之为巴彦红格尔山。这两座山之间的谷地,因为山脉的阻挡,降雨很少。即便是唐代也不是富饶的牧场。但是在巴彦红格尔山北,有一座西北东南方向蔓延700公里,方圆300公里海拔在2500米以上的雄伟山脉。这里就是汉代的燕然山,唐代的郁督军山,和现在蒙古的杭爱山,主峰腾格里峰,海拔4031米。

    郁督军山是?tuken的音译,这是腾格里语tenris中“大地母亲”的意思。位于现在蒙古中部杭爱山东北部鄂而浑河河谷(orkhonvlley)。汉代车骑将军曾破匈奴于此,让班固做铭,因此中国历代都有“勒石燕然”作为抗击外敌的最高荣誉。后来646年李世绩也曾经率军再此击破突厥不肯投降的部落,杀敌5000余。

    穿过200里的南戈壁盆地,沿着这两座山脉的东边一路向西北偏西一千里,就算翻越了中蒙古高原,来到了杭爱山东北麓。这里是突厥最好的土地,紧靠着他们的圣山。在突厥部落的文化中,谁占据了鄂而浑河河谷,谁就是突厥的王,因此突厥部落战斗最重要的战略,就是“抢占鄂而浑”,有点类似于中国“抢占关中”这样的争霸文化。

    因此如果以每天200里的推进速度,需要至少十天才能从夏州,胜州或者灵州出发,到达突厥总帐。假设队伍是像李治的这一只步骑军,要面临突厥部落守护圣山的苦战,又要面临漫长的补给线的压力,即便理论上确实可以达到,心理上的压力,也是非常大的。

    可是,如果不体验一下漠北风光,能把铁蹄踏上突厥的中心地带,又怎么算得上在唐代风光一把呢?

    李治便要抓住真珠可汗死后突厥内乱的时机,一举踏平突厥,抢掉李世绩的风头。特别是夏州突厥那40万骑兵被撵的像狗一样以后,突厥就彻底丧失了与唐军战斗的勇气。

    唐军的战力没问题,问题就在于后勤和情报。解决了这个问题,2000里算不得多远的距离。

    后勤可以用全骑兵加上轻装大车+驮马的策略,自带二十日的粮草,从胜州出发,在乌兰素海北部设营,清除突厥南部部落的抵抗。据记载,贞观二十年正月,夏州都督乔师望和右领军大将军执失思力曾经深入突厥,再次击溃多弥可汗的牙帐,让他只能独身轻骑逃走,让整个突厥部落都陷入了混乱。可见这一年冬天并没有出现大雪而影响战事。

    李治和他们不同,他们抗击突厥已久,并没有相熟的部落提供情报。为了解决草原上的情报问题,李治设计了一个马力拖拽牵引滑翔系统。

    飞是人类很早的梦想,墨子就制作过能飞的木鸟。其实无动力的滑翔系统制作,在技术上非常简单,李治随便找来几个木工,就可以用整木做成机翼,然后加上垂尾和可控尾翼系统。

    地面试验是通过滑轮组系统,通过马匹的拖拽,能产生从每小时25,50,100,400公里的拖拽速度。

    想象一下动滑轮组,只要用一组马匹拉住单动滑轮组系统中固定的哪一端,然后另一组马匹拉住动滑轮,以每小时50公里的速度相反的方向冲刺,那么自由绳索的哪一段,速度就可以到一百公里。如果把这个系统增加为两个动滑轮,一个定滑轮的系统,那么自由端的速度就可以达到每小时400公里。

    参考一下滑翔伞的起飞速度,只需要每小时25公里左右!而400公里的时速,别说滑翔机,就是更重的飞机,也足够用了!

    蒙古高原地形简单,都是一览无余的草原。把滑翔机飞上天,加上望远镜的帮助,就能够迅速观测周围的情况,确保情报畅通,而不至于被偷袭,伏击和包围。

    大家都知道,因为地平线是弯曲的,因此看远处会被弯曲的地表挡住视线。假设一个身高一米七的人站在平原上,能看到最远的距离约为47公里。

    这个距离是可以计算的,简化公式是眼睛离平地的距离,乘以十三倍,然后开根号。请注意,眼睛离平面的距离单位是米,而开根号出来的数据,是以公里为单位的,视野中地平线的距离。

    按这个公式,站在100米的山丘上,就可以看到36公里的远处(如果你看得清的话)。

    那么如果我用滑翔机飞上800米的天空呢?

    这个距离增加到101公里,合唐里一百七十多里,差不多相当于一天的行军距离了。

    那么人的视力能有多远呢?资料表明,在稳定空气中,人类的视力可以看到27千米外的火光。一般来说,可以辨认2千米外的人,20千米外的船,5-8千米外的平房,8-10千米外的平房。如果使用10倍望远镜,意味着可以把这个距离扩大到10倍。

    这说明对于突厥人的帐篷和羊群,相当于50到80公里外就可以看到。而大队人马,则80公里外都可以察觉。而夜晚突厥人的篝火,最远可以在270公里外发觉!

    当然,你得飞的更高一点,达到离地5500米才能把地平线拉到270公里。

    这就有点不太实用了。滑翔机只要能够观察到100公里外的动静,就已经相当足够了。

    第三十四节 飞将军一号

    飞将军一号

    验证了这个可行性以后,李治便开始着手设计制作这个滑翔机本身。设计要求是:能把自己和70公斤的人送上1000米高的天空,在马匹拖拽速度20-30公里每小时的条件下,就可以维持浮空。

    考虑到骑兵本身的机动力,每天可以来回一百五十里以上,那么李治的滑翔机警戒系统,最大可以获知队伍周围两百五十里半径内的情报。考虑到观测效果和局部地形给打个折,那两百公里总可以保证吧!想一想你在中古时代就有这么一个强大的雷达预警系统……

    你就算打不过,逃跑那是一点问题都没有啊!

    决定开展这个项目以后,首先让我们看一下固定翼飞机升力的理论基础。

    当流体被不对称的物体分为两边流动时,流速的差异,会带来压力的变化。一个简单的原则,流速快的地方,压力变小。因此机翼的形状沿流体流动方向和垂直方向的平面破开,总是下部平直,上部弯曲凸出。

    是不是平直的地方流速会变快呢?因为它对流体的阻力小啊。

    这个问题是有边界条件的。比如你说,一个细管子和粗管子,那个管子通过流体的能力大呢?当然是粗管子,没有错吧?

    但是管子粗恰恰说明,相同的流量条件(这个条件就是所谓的边界条件)下,它的流速慢!

    如果不懂得流体力学中压力分布的原理,乍一看去,会使人觉得上部凸出的表面,因为受到的阻力更大,反而会使机翼受到向下的压力吧!可是实际情况恰恰是相反的哦。

    这个道理与火车站台的安全线的原理也有体现:当火车快速驶入站台,带动的高速气流会使火车附近的气压变低,人便会被气压推向火车,这是很危险的。

    这个基本原理确定之后,下一步,就是在数量上加以解释了。

    按照固定翼飞机机翼的升力原理,一个典型的机翼面,拥有这样的参数(显然与具体机翼形状有关,仅取一个典型数据),这个参数有两个,一个是沿着气流方向的,水平方向的阻力,这个系数用cd表示;一个是垂直气流方向,由机翼平面向机翼凸面的的升力,这个系数用cl表示。它们都是数据比率,是一个无量纲的量(实际你可以给它一个单位,但并没有实际意义)。等于升力(阻力)除以二分之一流体密度,机翼面积和速度平方的乘积。(si)

    其实这个单位本身没什么直接的用途,但他们的比值,称为升阻比(cl/cd)。它的值表示了空气动力学性能,数值越大,表示飞行性能越好。具体的表现就是飞起来更省推力,消耗小之类。

    这个比值除了与机翼形状有关,还与机翼与气流的角度(飞行学上这个叫做攻角)有关。对与滑翔机而言,在固定速度下,升阻比于滑翔比是相同的。滑翔机的一个典型数据是30:1到60:1之间。

    以60:1的比例来说,滑翔机每下降一米,它就会向前滑翔60米。当然这是最好的数据,一边来说,40:1左右就不错了。

    升阻比还与速度倒数的二次方有关,说明速度越快,它会变小。同样,速度很慢的时候,因为阻力会产生很大的诱导阻力,升阻比又会变小。

    对于不同鸟类,麻雀的升阻比只有4,而信天翁科的升阻比为20——正如你所知道的,这才是一种长途飞行的鸟类。

    对滑翔机而言,一个很明显的区别于飞机的特征,就是它具有特别大的展弦比(机翼沿飞机横向长度比机翼宽度)。直观上讲,就是它的机翼又细又长……

    高级滑翔机的展弦比会高达30甚至更大。

    需要特别提出的是,此处设计的滑翔机,是“地面动力”滑翔。如果是单纯的滑翔,则可以直接使用很多模型飞机设计的数据,比如三角伞翼悬挂滑翔机。利用上升气流,悬挂滑翔机可以滞空很长的时间。现有的悬挂滑翔记录是150公里,19小时。(这个速度也是很慢)

    以模型滑翔机为例,一般最长时间留空速度在5米/秒左右,这个速度对军事侦察来说,实在是太慢了。因此这里要选择留空速度高一点的牵引滑翔。

    这里使用的数据是,升力系数08,阻力系数0012。

    (来自于nc23012翼形在雷诺数6x10e6下攻角5度下的数据,雷诺数是一个描述流体混乱涡流程度的指标,它同此章出现的无数数据一样,简而言之就是太大太好都不行,要在某范围内最好。也许这不是此处最好的选择,还请经验丰富的模型界人士轻拍)

    滑翔机的巡航速度是10/s,等同于每小时36公里,这个速度别说对于蒙古马来说不在话下,就是人类也能跑的更快。

    滑翔机的阻力还要加上乘客舱的空气阻力。在这里有另外一个公式,就假设这个乘客舱加工比较粗糙,和小汽车的空阻力系数03相仿。这个阻力等于05倍空气密度乘以阻力系数乘以截面积乘以速度的平方,而截面积算07平方米,差不多是成年人上半身正面截面。

    至此,滑翔机设计的数据已经全部齐全了,我们再重复一下:

    需求:总重80公斤。

    巡航速度10/s。

    使用翼形:

    升力系数08,阻力系数0012,截面积07,空阻系数03(高展弦比无法保证足够的雷诺数,在此文中就无视了)。

    经过一系列的计算(公式其实之前都给出过,就不在此列举计算过程了),得出的机翼数据如下:

    翼面面积:158平米。用十五米的翼展乘以一米的翼宽就可以实现,展弦比达到15:1。

    阻力(牵引力):248n。升阻比为315(达到民间科学家的标准了!)

    这个数据其实是有相当难度的。这样大的翼面,只能用木头骨架和蒙布铺设,才能控制好重量。

    同滑翔机之父,德国人奥托·李林塔尔于1891年制作的固定翼滑翔机的数据来比较一下:他用木和竹加布蒙皮制作,宽7米,重2公斤,翼面面积约10平米。滑行成绩是15米高滑下了90米(滑翔比6)。

    看起来也还不错,不是吗?

    李林塔尔的滑翔机过于重视升力,没有重视操控,因此他死于一次迎风事故:突然增大的风速让他的升力迅速增大,而升力中心和重力中心的错位产生一个上扬扭矩,使攻角迅速增大,而他又没有及时控制机身低头……1896年8月9日,他死于诺韦山。

    李治不想自己也遭遇这样的悲剧,因此把滑翔机上安装了全套的控制机构:襟翼,升降舵,垂尾,方向舵。如果蒙古高原上突然刮起强风,他可以改变升降舵的,让它的攻角迅速增大,获得很大的升力,从而产生一个让机头下降,使主翼攻角变小的力矩。最主要的,就是整个滑翔机的重心和升力中心距离变小,而且重心要前于升力中心。

    牵引力是248n,那么牵引功率就很好计算了,乘以10/s的速度,得出牵引功率就是248w。

    按照英国人对马匹功率的测试——其实这也是“匹”这个英制功率单位的由来,一匹马的功率就可以达到745w,实在是绰绰有余。

    和马相比,人类弱爆了,有数据表明,人类的机械输出功率一般只有100w(长时间)。但是5s内爆发功率可以到达一匹马力的水平。(英国人那匹马明显在划水嘛不是吗?)

    附上资料:根据一项国外自行车训练测定资料,未经训练的普通男性成年人输出功率(瓦/千克体重)如下:

    5秒:1072;1分钟:586;5分钟:252;20分钟:211;(女性低20左右)

    这个数据乘以你的体重,就是你在这个“发功”时间段上能够达到的机械功率输出啦~

    如果想锻炼的朋友,用这个数据可以安排锻炼量。而很多人尝试过人力飞行,那么以这个滑翔机的空气动力学效率,250瓦的输出功率需求,70公斤体重的人大概能维持不到5分钟。

    可见至少现在,人力飞行还是面临着人类机械功率不足的先天制约。

    好了,设计好参数以后,李治找来木匠,两翼各长七米左右,用整木梁做龙骨,然后木片作为蒙皮的支架,控制翼形,最后用棉布(丝绸当然也可以,就是太贵了,工程师要节约点不是吗)作为蒙皮。机身差不多和翼展一样长,因此是两段木料接合而成,尾部有同样方法制成的垂直尾翼和升降舵。

    机身的自重还是达到了15公斤,李治此时体重大概60公斤,因此他只有50n的升力余量。考虑到拖拽绳索的角度,幸亏拖拽力只有20多牛顿,因此几乎是勉强达到了设计要求。

    在胜州大营,几万士兵紧张的注视中,李治和他的“飞将军一号”,即将要开始试飞了。李道宗亲自骑马,为滑翔者一号提供牵引。谁都不想错过这精彩的一幕。

    第三十五节 试飞成功

    这是平静的一天,多云,风速小于3米每秒。西北风。

    因此李治的起飞方向设为西北方,这样他可以确保起飞速度能够达到要求。设计10/s的起飞速度,当迎风风速3/s时,地面牵引到7/s就可以起飞了。

    李治坐上飞将军一号狭窄的座舱,朝前方的李道宗挥挥手,表示准备好了。

    李道宗便打马开始加速。为了防止马的拉力太大崩断牵引绳,开始时,有几个士兵在滑翔机身侧,人工加速。而且牵引绳也通过一个柔性的弹簧连在马后面。

    因为是迎风,很快飞将军一号就加速到7/s,滑翔机修长优美的机翼开始向上弯起,升力已经足够了,飞将军的主轮已经开始离开地面。

    李治握紧控制杆,让攻角保持在一个比较小的水平,他需要一个平稳的起飞。

    终于李道宗的马儿不满足于碎步小跑,开始以中速奔跑。速度达到了9/s,而这边飞将军一号已经稳定,柔和而坚定的攀上了天空。

    “飞起来了,飞起来了!”

    人群开始欢呼。

    也有不明白情况的,他们说:“看!风筝上有个人哩!”

    牵引绳也是特制的,它是轻便的麻绳,每隔几百米,有一个小的机翼来提供升力,确保牵引角度不