哆啦A夢的竹蜻蜓實現的可能性

能自由的飛翔一直是人類夢寐以求的事情，雖然現在飛機已經相當普及了，但是飛機,即使是直升機,便利性終究還是比不上汽車或者自行車。

噴氣式背包雖然比飛機方便多了，但是便攜性也是一個大問題。最實用的飛行器應該還是哆啦A夢的竹蜻蜓吧。不用了隨時裝在口袋裡，用的話直接粘在頭上就能飛起來。

今天我們就來探討探討竹蜻蜓的物理可能性有多大。我們在這裡暫且不考慮哆啦A夢的小夥伴們是否練過「鐵頸功」，只考慮竹蜻蜓的工作原理。竹蜻蜓的實現要考慮升力和發動機兩大問題，至於竹蜻蜓是怎麼瞬間粘到哆啦A夢他們頭上的，我們也不予考慮。

我們假設竹蜻蜓扇葉的直徑是20厘米（動畫片中實際上更小）.根據動畫片資料，竹蜻蜓的續航有8個小時，保守估計載重至少有100千克，電池和發動機的體積更小，誇張估計也不過5cm^3。我們就從這些資料入手，結合物理原理算一下竹蜻蜓的發動機需要提供多大的功率才能產生這麼大的升力。

根據維基百科公式

P=√(T^3/2ρA)

其中P表示發動機功率，T表示螺旋槳所提供的升力，ρ表示空氣質量密度，A表示螺旋槳的旋轉面積。空氣密度的一般值為ρ=1.29Kg/m^3, 再根據以上我們給出的估值，可以估算出所需的功率大概為P=1.08×10^5 W。看起來不是很大，和一般小汽車發動機的功率相當。但是汽車的發動機尺寸至少是竹蜻蜓的好幾百倍，功率卻只是和它持平。可見竹蜻蜓的發動機也將是22世紀的科技結晶之一。

估算完了發動機功率， 我們來估算一下竹蜻蜓的能源。竹蜻蜓的功率大概是1.08×10^5W，續航達到8小時之久，說明它的電池能源的容量至少在3.1×10^9焦耳。一度電是1kW.H,換算成焦耳就是3. 6×10^6焦耳。這也就是說竹蜻蜓的電池能提供至少862度電，但是它的體積卻是那麼小，和發動機合在一起也不過5cm^3. 想想我們平時給手機用的充電寶，和竹蜻蜓的電池差不多大小（雖然對於竹蜻蜓來說，充電寶的體積已經很誇張了），但是最好的充電寶的電池容量也不過是30000mAH，放電電壓一般是5V，所以它存儲的能量只有0.15度，遠遠不及862度。 能在這麼小的體積實現這麼大的能量存儲以及輸出的裝置估計只有微型核反應堆了。比如說鋼鐵俠身上的方舟反應堆。

現在我們來估算螺旋槳需要轉多快才能提供所需要的升力。我們用一下經驗公式來估計：

升力（牛頓）=直徑（米)×螺距(米)×漿寬度（米）×轉速平方（轉/秒）×1大氣壓力（1標準大氣壓）×經驗係數（0.25）×重力加速度

哆啦A夢竹蜻蜓螺旋槳的螺距假設為螺旋槳直徑的一半， 槳寬度大概是2cm左右，有了這些數據，再加上之前的數據，我們就能估算出竹蜻蜓的轉速了。其結果是1000轉/秒，似乎不是很高，但是目前主流戰鬥機發動機的轉速大概也只有200轉-300轉/秒。所以相比之下，這個轉速已經是相當的高了。

以上的估計也僅僅是考慮的能源和轉速問題，實際上要考慮的問題遠不止此。比如說竹蜻蜓的製造材料，用什麼材料才能抵抗得住如此高轉速下的空氣摩擦所產生的熱量。所以說看似普通的竹蜻蜓實際上是一個逆天的科技結晶，全身上下沒有一個部件是現在的科技所能造出來的。

編輯：Z.S

TAG:中科院物理所 |

※除了竹蜻蜓，《哆啦A夢》里還有哪些道具是可以飛的
※哆啦A夢中除了竹蜻蜓還有哪些可以飛的道具？
※NASA核能「蜻蜓無人機」可能很快就去土衛六泰坦尋找外星生命跡象
※將身體的重量作為了打擊的因素，蜻蜓點水般的一擊，卻可以打出透骨的效果
※齊白石筆下的蜻蜓太逼真了，真的不是照片嗎？
※兒時的竹蜻蜓，如今的無人機！
※蜻蜓的翅膀是如何殺死細菌的？
※男技術宅做出竹蜻蜓討女生花心，卻不想是這樣心酸的結果
※豆娘是什麼？它和蜻蜓一樣嗎？
※網友發現蜻蜓停在自己膝蓋上很開心，其實它只是在捕食啦
※研究發現雌蜻蜓有時會裝死 原因是為了避免雄蜻蜓的求歡
※《創意＠蜻蜓》「蜻蜓漂亮還是蝴蝶漂亮？」
※研究發現蜻蜓可以跟蹤移動物體的軌跡 並預測它們將前往哪裡
※回憶殺！竹蜻蜓、時光機、任意門….你最想從哆啦A夢的口袋裡掏出什麼？
※你肯定沒見過像鷹一樣大的蜻蜓
※「蜻蜓點水」並不是蜻蜓在玩耍，為什麼它們要點水呢？
※如今的蜻蜓都去哪了？看完這些才明白，讓人瞬間黑臉
※蒼勁挺拔，極佳的庭院喬木，隨風就像竹蜻蜓一樣舞動
※巨型蜻蜓、比人高的蜈蚣、恐怖鳥，它們是比恐龍還嚇人的史前怪獸