火龍出水、流體力學與獨山縣 | 袁嵐峯_風聞
风云之声-风云之声官方账号-2020-08-30 11:15
導讀
我們現在要努力發展基礎科學,不能等到被鎖死時才追悔莫及。如果我們一提到投資科學就覺得浪費,一毛不拔,卻願意在獨山縣400億這樣莫名其妙的地方一擲千金,後世的人會怎樣看待我們呢?
最近,我的朋友、著名科普作家魯超寫了一篇文章《中國古代火箭究竟有多牛?》,介紹了中國古代的火器。其中最有趣的是“火龍出水”,它是一種多級火箭。
聽這名字好像是從水下發射的,就像現在的潛射導彈,其實並不是。它是從水面上三四尺的高度發射的。
火龍身上有四個火藥筒,這是第一級火箭,它能推動火龍飛行二三里。等到第一級火箭燃燒完畢,它會自動引燃龍腹裏的第二級火箭。這些二級火箭從龍口裏飛出,敵軍人船俱焚。
火龍出水的名氣很大,例如劉慈欣的《三體》裏就提到了它,還引出了那句著名的“只送大腦”。不過,這種武器的實用效果如何呢?
有趣的回答來了。我的朋友、科大科技史與科技考古系教授石雲里老師告訴我,他和學生寫了一篇論文《關於明代火箭“火龍出水”穩定性的初步分析》(http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-GXMZ201803003.htm)。
火龍出水文獻配圖
此文的摘要如下:
“火龍出水”是認為有重要價值的明代火器,採用計算機流體力學手段對其技術特點展開探究。將焦玉火攻書、《武備志》等文獻中的技術性信息轉化為數字模型,運用計算機流體力學軟件,通過計算“火龍出水”三軸力矩係數變化情況,揭示了其在低馬赫數下的不穩定性,證明其性能在通常標準下難以到達人們的預期。證明了技術手段在研究類似火器中的價值,併為同類實證研究提供了借鑑。
流場域示意圖
三軸示意圖
馬赫數0.3時的俯仰力矩隨迭代步數變化圖
馬赫數0.3時的流線圖
原來結論是,火龍出水的飛行不穩定,可能會一頭栽下來。怪不得只見到設計的記載,沒有見到生產、裝備、使用的記載。
由於條件所限,石雲里老師他們只做了初步的流體力學數值模擬。如果有火箭和飛行專家來做火龍出水實物的試驗,這會是個很有意思的題目,也是個科普的好機會。
這些研究,正令人想到《三體》中對火龍出水的討論。沒有基礎原理支撐的技術,即使可以在某些方面超越時代,終究還是不如有基礎原理支撐的技術。
阿波羅登月火箭
火龍出水可以理解為現代火箭和導彈的祖先,但這話是在我們瞭解現代科學的前提下説的。如果一個發明家不懂現代科學,那麼他再怎麼改進火龍出水,也不可能讓它趕上導彈。《三體》中地球的粒子物理學被智子鎖死後,就是這種狀況。
智子
所以我們現在要努力發展基礎科學,不能等到被鎖死時才追悔莫及。如果我們一提到投資科學就覺得浪費,一毛不拔,卻願意把錢花在獨山縣400億這樣莫名其妙的地方(美國想用1000億遏制中國科技發展?我反而很支持 | 袁嵐峯),後世的人會怎樣看待我們呢?
獨山縣的“天下第一水司樓”