Драконы
Лесной дракон
Как я рассчитывал размер дракона
Иногда бывает интересно взять какую-нибудь задачу для "упражнения мозгов". Например, люди чувствуют, что в реальности не может быть очень больших летающих существ вроде драконов, но почему? И, если бы я обосновывал дракона в фэнтези, то как бы я сам это сделал.
В итоге всё оказалось довольно банально. Есть параметр "удельная нагрузка на крыло", измеряется в килограммах на квадратный метр или в граммах на квадратный сантиметр, в общем, масса на площадь. Самая большая нагрузка бывает у гусей: 20 кг на метр квадратный, обычно меньше. У колибри, например, 2.5 кг/м^2, голуби 3.6, сапсан 9. Вообще, насколько я понимаю, больше 10 нормально у водоплавающих, им взлетать с разбега проще, у остальных меньше. А у летучих мышей вообще 1-1.8. Так и получается, что при увеличении размера тела масса увеличивается по кубу, а площадь крыла по квадрату. Если была модель дракона массой 1 килограмм с площадью крыла 1 квадратный метр, при увеличении размеров в два раза мы получаем массу 8кг с площадью крыла 4м^2, то есть, нагрузка на крыло увеличилась в 2 раза. И рано или поздно мы "упрёмся" в заданный "потолок" нагрузки. Нельзя просто равномерно увеличить размеры, придётся отдельно увеличивать крылья.
Самые большие летающие существа - вымершие птерозавры, кетцалькоатль с максимальным размахом крыльев около 12 метров (изначально вообще оценивали до 15). Подозреваю, что его массу посчитали как раз из расчёта площадь крыла умножить на нагрузку: одни источники оценивают массу в 70кг, другие в 200-250 (примерно 20кг на метр квадратный, как у гусей).
Поэтому, если у нас дракон размером хотя бы с бегемота, тонны 2, плюс тонна на крылья, значит, площадь крыльев должна быть минимум 150 м^2. И это минимум, и то при старте ему придётся хлопать крыльями, как утка, и брать разбег.
Конечно, можно сказать, что у нас сверхпрочные крылья и сверхсильные мышцы, но усилия тоже будут расти нелинейно, воздух будет хуже "держать", для эффективности площадь крыла важнее. В качестве примера можно привести вертолёт на велосипедной тяге AeroVelo Atlas, чтобы он стал возможным, пришлось сделать медленное вращение и большую площадь лопастей (в 1980 году Сикорски установил награду 250.000 долларов тому, кто сделает вертолёт на мускульной тяге человека, в 2013 году премию выплатили).
Второй фактор ограничения - размер лёгких. Чтобы работали мышцы, нужно много кислорода. Но, опять, если мы увеличим все размеры в два раза, то масса тела увеличивается по кубу, а площадь лёгких по квадрату. То есть, для перемещения увеличенной массы нужно увеличивать пропорции лёгких. Например, размер доисторической акулы мегалодона рассчитывали ещё и по возможностям дыхания https://www.youtube.com/watch?v=0pmjDSxw8eU Оказалось, что размер мегалодона не мог быть больше 15 метров просто потому, что иначе ему не хватало бы кислорода. Либо ещё как-то модифицировать систему дыхания, но простое равномерное увеличение не сработает.
Теперь как бы я сам обосновал дракона с помощью магии. Добавить возможность дракона магически изменять свой вес (не массу). Тогда дракон "висит" в воздухе как дирижабль, а крылья работают, как двигатели у дирижабля: для поддержания скорости и для управления. В итоге крылья среднего размера, но всё равно нужны. Плюс тогда выгодна аэродинамическая форма: дракон длинный и худой для уменьшения миделева сечения.
Заодно разработал прогрессивную систему огненного дыхания дракона. Если используется просто горящая смесь, то очень много сгорает в полёте ещё до цели. Задача - увеличить эффективность. И тут на помощь приходят разработки вроде огнемёта "Шмель". Допустим, дракон сначала плюёт горючую смесь, а потом вслед "добавляет" горящий "плевок". Тогда смесь сначала долетает до цели, а потом уже воспламеняется. Зачем нам банальные драконы со струями огня? Это неэффективно. Так что сначала "плевок" горючей жидкости, потом следом огненный. Первая порция попадает в препятствие, потом уже воспламеняется, но, поскольку горючего больше, чем окислителя в воздухе, то горючее продолжает разлетаться и уже там догорает. Типичный термобарический боеприпас: локальный огненный шар с огромной температурой и давлением. И расход смеси меньше в разы. Правда, надо подумать, как обеспечить наличие окислителя в смеси, чтобы получить начальную стадию подрыва, видимо, придётся модифицировать состав "огненного плевка". Как широко известно (кхе-кхе), в термобарических боеприпасах, в отличие от боеприпасов объёмного взрыва, первая стадия взрыва происходит без участия атмосферного кислорода. Так что, добавив окислитель во второй "плевок", мы одновременно поднимем его температуру и добавим инициирующий элемент. Над этим ещё надо подумать. В любом случае, эффективность выше - так можно плюнуть в дверной проём и выжечь весь объём внутри, не разрушая стены. Регулируя скорость второго огненного "плевка", можно заставить смесь загореться в полёте в любом месте. Эпические битвы драконов в воздухе с созданием огненных шаров - областей повышенного давления и температуры, сбивание других драконов ударной волной.
Второй вариант использования - это как раз объёмный взрыв: на пикировании распылить облако мелкого аэрозоля, подождать, пока немного смешается с воздухом, потом "выстрелить" огнём назад. Эффект ковровой бомбардировки: зона горения больше 1000 градусов и сильнейшая ударная волна. Минусы понятны - работает только на открытых пространствах и при плохой погоде может не загореться. Но всё равно может быть полезно, например, расчистить площадку приземления в густом лесу. Ну а саму смесь уже можно делать с помощью магии.
P.S. Некоторые предлагают вариант, что внутри дракона водород, который легче воздуха, поэтому дракон и летает. Но подъёмная сила водорода 1.2кг на кубический метр, то есть, чтобы поднять тонну, нужно больше 800 м^3, если это шар, то диаметр больше 11 метров. И это на каждую тонну. Не получится грациозности.
P.P.S. Вот как увеличиваются размеры. Был 1 кубик на 1 плоскость, при увеличении размеров в 2 раза у нас уже 8 кубиков на 4 плоскости. Для сохранения нагрузки 1 к 1 приходится "крыло" увеличивать.
Таблица удельной нагрузки в грамм на см^2, для кг на м^2 надо перенести точку на один знак вправо.
Сможете найти на картинке цифру среди букв?
Справились? Тогда попробуйте пройти нашу новую игру на внимательность. Приз — награда в профиль на Пикабу: https://pikabu.ru/link/-oD8sjtmAi
Только дай мне повод!
только дай мне повод, любимый мой!
только дай!
я до камня выжгу чудесный цветущий край
призову на помощь морозы, метель, пургу
только дай мне повод!
увидишь – я всё смогу
развяжу, поверь мне, бессмысленную войну
затоплю слезами и кровью твою страну
разнесу по камешку сёла и города
твой дворец разрушу - ты только мне повод дай!
крылья феям вырву, спалю твой волшебный лес
ты ещё, мой милый, не видел таких принцесс
я предупреждаю (заранее mille pardons) -
только дай мне повод для ревности,
мой дракон!
Татьяна Костарева