2400年后再飞翔 同济师生复原发射古希腊蒸汽飞行器

据史料记载，公元前400年左右，古希腊有位数学家和哲学家，名叫阿契塔斯（Archytas，400BC-350BC），被誉为“世界机械工业之父”。他曾仿照飞鸟，设计并制造出了一架以压缩蒸汽为动力，能够飞行百米之遥的飞行器。

根据这架蒸汽飞行器的原理，同济大学航空与力学学院沈海军团队对其进行了复原。2017年7月27日下午，一架2 400年前的古希腊蒸汽飞行器的复制品在同济大学彰武路校区成功完成了发射试飞。在蒸汽阀门开启的一瞬间，这架仿古飞行器飞离蒸汽动力端，龙跃而起、直冲向前，在空中划过一段优美的弧线后平稳落地，展现出古希腊文明的神奇魅力。这架蒸汽飞行器的成功复原和发射，除了团队成员的专业功底和默契配合外，还有赖于掌握了正确的调试方法。下面，就为大家分享这架古希腊蒸汽飞行器的制作和发射过程。

三维建模

团队成员首先使用大型CAD软件CATIA对这架古希腊蒸汽飞行器进行了三维建模。这架模型的机身采用流线形设计，内部中空；主机翼为椭圆形的平直翼，翼型上下对称；水平尾翼后掠角为45°。该机的蒸汽动力部分位于尾部，是一个空心球，球体下方有3个支撑杆。在空心球内，加装有1/3-1/2空腔体积的自来水。飞行器尾部有一个尾喷口，通过蒸汽阀与蒸汽动力空心球连接。该模型发射姿态角约45°。

3D打印

三维建模工作完成后，将其转存为3D打印机通用的STL文件，并进行3D打印。打印过程共耗时5小时左右，打印材料选用PLA聚乳酸塑料。最终，打印出的模型高10cm、长12cm、宽8cm，是一个1：10的塑料实体模型。

风洞测试

3D打印出的模型使大家对这架古希腊蒸汽飞行器的外观和结构有了更进一步的认识。但由于它只有巴掌大小，若用作风洞试验误差较大。因此，同学们根据打印出的模型，又用轻木板制作了一架1：3的缩比模型。因为这架吹风模型主要用于测试飞行器的气动性能，所以未制作蒸汽动力球。在机尾，取而代之的是紧固螺栓，可将模型与天平底端连接，以便调节模型的迎角。

随后，大家用此前复原制成的1900年莱特兄弟的风洞测试了它的气动性能。风洞试验最大风速约8m/s，数据由高精度风速仪获得。

测试时，使用了自行设计的电子天平测量模型的升力、阻力特性，并分别读出两个电子秤上显示的升力、阻力数据。然后设定蒸汽动力端的蒸汽初始壓强，结合模型的重心、重量等数据，就可以预测和仿真这架古希腊飞行器的运动特性了。

制作与调试

参考风洞测验结果，大家开始制作1：1的古希腊蒸汽飞行器，同时对其外形、机体、内部结构、蒸汽发射端、与发射端的接口等进行了详细设计。

完工的模型翼展0.6m、机体总重1.3kg、其内设有2.5L的蒸汽内腔。在材质上，机体选用PE泡沫板切削胶结；一对主机翼和一对后掠尾翼由实心泡沫制成。该模型尾部使用一个蒸汽控制阀门与蒸汽动力端相连。蒸汽动力端则由一个直径约0.4m的不锈钢蒸汽加热空心球和3个支架组成。其中空心球体积约33L、壁厚10mm。其底部用大功率电磁炉进行加热，能产生约2.5个大气压力，为蒸汽飞行器提供动力。

一切准备就绪后，开始进行飞行器调试。经过反复抛投和多轮“失败、改进、再失败、再改进”的试飞后，这架古希腊蒸汽飞行器终于一飞冲天、发射成功。endprint