火龍出水、流體力學與獨山縣 | 袁嵐峰

2020-09-03 風雲之聲


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，就像現在的潛射飛彈，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裡。等到第一級火箭燃燒完畢，它會自動引燃龍腹裡的第二級火箭。這些二級火箭從龍口裡飛出，敵軍人船俱焚。


火龍出水的名氣很大，例如劉慈欣的《三體》裡就提到了它，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裡老師告訴我，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體，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,並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，石雲裡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飛彈的祖先，但這話是在我們了解現代科學的前提下說的。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，也不可能讓它趕上飛彈。《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 | 袁嵐峰），後世的人會怎樣看待我們呢？

獨山縣的「天下第一水司樓」


擴展閱讀：

中國古代火箭究竟有多牛？

《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）

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背景簡介：袁嵐峰，中國科學技術大學化學博士，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心副研究員，科技與戰略風雲學會會長，「科技袁人」節目主講人，安徽省科學技術協會常務委員，中國青少年新媒體協會常務理事，入選「典贊·2018科普中國」十大科學傳播人物，微博@中科大胡不歸，知乎@袁嵐峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。

責任編輯：楊娜

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