Tripura維曼拿模型設(shè)計與制作

一、 Tripura維曼拿結(jié)構(gòu)

根據(jù)瑪赫西手稿（下簡稱“手稿”）記載，Tripura維曼拿是一種由太陽能驅(qū)動的載具，通過改變其自身形態(tài)，可在海洋、陸地、天空中運行。

手稿中描述道：“它有三個部分。第一部分可以在陸地上旅行。第二部分可以在水下和水上旅行。第三部分在天空中旅行。通過keelakas把這三部分結(jié)合起來，這個維曼拿飛機就可以在空中飛行了?！备鶕?jù)這段描述，人們將Tripura維曼拿想象成如圖1所示的構(gòu)造：它擁有輪船般的艦橋與尾舵，潛艇般的殼體，用以飛行的螺旋槳，以及用以在地面上行駛的車輪。

圖1Tripura維曼拿想象圖

Tripura維曼拿由三個層組成，其橫截面如圖2所示。

圖2 Tripura維曼拿橫截面示意圖

手稿中記載：“第一層為7英尺高，屋頂用間隔10英尺的nalikaa keelakas固定。中間間隔為20英尺，每根龍骨上應(yīng)連接帶喙端的電線。配件應(yīng)能像雨傘一樣打開和關(guān)閉。像帳篷頂一樣的布覆蓋整個地板?！菓?yīng)該比一樓小一點。如果第一層是100英尺寬，第二層應(yīng)該是80英尺寬。地板應(yīng)為80英尺寬，3英尺厚，由trinetra金屬制成。其配件應(yīng)與一樓相同，并與發(fā)電機的電線適當(dāng)連接?！诎惭b維曼拿的三樓時，應(yīng)遵循與安裝二樓相同的程序。與第二層的地板和第一層的屋頂上的固定裝置一樣，固定裝置也應(yīng)放置在連接第二層的屋頂和第三層的皮塔內(nèi)。……在三樓東北部，應(yīng)準備一個小木屋，以容納發(fā)電機。它應(yīng)該是用索瑪安卡羅哈做的。”可以看出，作者對Tripura 維曼拿各層的整體與局部尺寸有一個較為細致的把握。

同時，作者對各層的內(nèi)設(shè)也有描述，如“為供應(yīng)二樓側(cè)面的室內(nèi)空氣，應(yīng)固定6英寸寬的空氣管，由ksheeree pata或牛奶布制成，用酸清洗，從一樓隔墻到維曼拿頂部，頂部覆蓋旋轉(zhuǎn)金屬蓋，用電動吸氣泵工作。注入管道的空氣將充滿二樓和一樓，為機組人員和乘客提供舒適的空氣?！边@是新風(fēng)系統(tǒng)；又如“在兩層樓的屋頂上方，應(yīng)固定鋪開和封閉的keelakas。為了分開地板，可折疊的鏈式配件應(yīng)每隔10英尺固定一次。發(fā)電機的電線應(yīng)連接到配件上，以便通過它們的操作將地板分離，分離的地板在地面和空中同時移動?！边@是某種類似于電梯的傳輸裝置，便于人員、貨物流動；再比如“在維曼拿的前面應(yīng)該豎起一根桅桿，在它的底部應(yīng)該固定兩個青銅鐘，以便向機組人員和乘客顯示時間。在每一個房間的地板上，如在鐵路上，都應(yīng)安裝報警鏈，以便在有危險的情況下，住戶可以呼救?！边@是通信系統(tǒng)，可以向機上人員傳遞有限的信息。

此外，通過上述文段可以看出，一層主要為動力系統(tǒng)和能源系統(tǒng)，二層主要為機組成員工作、乘客居住的場所，三層為控制系統(tǒng)與各種航行儀器設(shè)置的空間。

二、 Tripura維曼拿的能量系統(tǒng)

Tripura維曼拿的能源來自于太陽能，通過某個未知原理的光電轉(zhuǎn)換裝置（下稱光電管），太陽能被轉(zhuǎn)換為電能，電能驅(qū)動光電管旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)換為動能，而后再輸出為電能，接著進入儲能裝置，并向各處輸送。

手稿中寫道：“旋轉(zhuǎn)的Ghutikas應(yīng)該放在它們的中心，Ghutikas將吸引太陽光并將其通過管子。尖喙里的晶體會把它們吸進去，內(nèi)部的新紀元水晶和阿姆舒密特拉水晶也起到相同的作用?！?/p>

據(jù)此推測，Ghutikas可能是一種可隨著太陽方位調(diào)整姿態(tài)的采光裝置，它將始終對準太陽，并以極高的效率吸收光線。因此，Ghutikas吸收光線的范圍應(yīng)該是相當(dāng)寬廣，可能具備一定的扭曲、匯聚一定范圍內(nèi)光路的能力，類似大質(zhì)量星體引起的引力透鏡效應(yīng)。維曼拿的制造者對光、引力、空間曲率的理解與運用必須是相當(dāng)深刻的。而光電管端部與內(nèi)部的水晶，應(yīng)當(dāng)是某種棱鏡裝置，能對光線起到匯聚與增幅的效果。

手稿中寫道：“電力將被玻璃罩吸收，并輸送到電晶體。然后里面的karnikas會接收到它，并用力將其送至中心管。”

由此可見，光電管中填充的主體物質(zhì)為“電晶體”，是一種可將光能轉(zhuǎn)換為電能的晶體。但這初次生成的電能應(yīng)當(dāng)是相當(dāng)駁雜且紊亂的，因此需要進一步的處理，也就是將其轉(zhuǎn)換為動能，再二次轉(zhuǎn)換為電能。

圖3Tripura維曼拿能源裝置想象圖

手稿中寫道：“當(dāng)中央攪拌器旋轉(zhuǎn)時，其他攪拌器也旋轉(zhuǎn)。能量會進入酸中，其中的晶體會高速旋轉(zhuǎn)，將能量強化到1080 linkas的程度?！?/p>

由此可以推測，電晶體所產(chǎn)生的電能在金屬光電管間產(chǎn)生了強大的磁場，帶動光電管的中心管與環(huán)繞管以相反的方向高速旋轉(zhuǎn)，并連接某種類似于輪機的發(fā)電裝置上，從而向外輸出穩(wěn)定的電流。

手稿中寫道：“這種力量應(yīng)該由Ganapa-yantra在搖籃前收集，并儲存在中央倉庫。Ganapa-yantra是一個機器形狀像維格尼什瓦拉?！谒念^部有一個管狀的像大象的軀干一樣的突起物，上面覆蓋著玻璃，里面有電線，固定在搖籃的前部，從頸部到肚臍連接到Ganapa image。三英寸的齒輪是固定的，這樣其頸部的一個大輪子在流經(jīng)后備箱或長鼻的電流的作用下會旋轉(zhuǎn)，進而使其他輪子也處于運動狀態(tài)。一卷電線應(yīng)該放在中間。……填充5匙吉瓦瓦卡酸，并在里面放置217個bhaamukha graamukha manis或珠子。”

顯然，Ganapa-yantra是一種儲能裝置。文中提到，其主體部分是一個可在電流作用下旋轉(zhuǎn)的“大輪子”，其轉(zhuǎn)軸中填充了良性導(dǎo)體，外殼也包覆著線圈，似乎是一種使用動能來存儲電能的飛輪電池。飛輪電池的構(gòu)造如圖4所示，是一種儲能密度高，放能深度大的儲能結(jié)構(gòu)，包含真空室、磁懸浮、電力電子變換器等核心技術(shù)。這種電池目前在許多領(lǐng)域已有應(yīng)用（圖5-圖7）。

圖4飛輪電池構(gòu)造

圖5 飛輪電池實物

圖6使用飛輪電池為電磁彈射器供電

圖7 使用飛輪電池的“Express 4”渡輪

手稿中寫道：“需要制作5把2英寸寬的雨傘，并在雨傘上粘上5顆大甘草大小的太陽晶體。雨傘應(yīng)該固定在海螺上，用阿姆舒帕玻璃罩著。這將吸引太陽光的力量，并傳遞到雨傘上的晶體上，使晶體和雨傘以1000 linkas強力旋轉(zhuǎn)，進而將力量傳遞到海螺中的酸和里面的晶體，并可通過電線傳輸給其他設(shè)備。為了精確測量它的力，應(yīng)該安裝一個儀表，此外還需要溫度計和其他必要的設(shè)備?！?/p>

可以看出，電能釋放裝置類似于發(fā)電機，它可能是通過磁場使飛輪帶動轉(zhuǎn)子以設(shè)定好的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并向外輸出電流。

三、Tripura維曼拿的防御系統(tǒng)

手稿中寫道：“為了抵御強氣流、暴風(fēng)雨和高溫，三臺機器應(yīng)該安裝在炮塔的后部、兩側(cè)和兩側(cè)。這三臺機器分別是三面氣動保護裝置、強太陽輻射調(diào)節(jié)裝置和暴風(fēng)雨保護裝置?！庇纱丝梢?，Tripura維曼拿為了在高空甚至是近地空間安全飛行，設(shè)置了完善的防御系統(tǒng)。

1 ）三面氣動保護裝置

手稿中寫道：“這種裝置必須由瓦魯納金屬制成。經(jīng)過復(fù)雜的配方和制作，最終得到的瓦魯納金屬的特性與鉆石非常相似。為此，應(yīng)為維曼拿制作一個蓋子，附有必要的配件，以便展開和折疊，并與從維曼拿內(nèi)部引出的電線連接。電荷將滲透到所有的地方，就像帕提卡上的摩尼人一樣。三條蛇臉的基拉卡應(yīng)該被固定。它們在狂風(fēng)吹來的時候，會吸進狂風(fēng)，把狂風(fēng)吹到高處，這樣，對維曼拿的風(fēng)力就會受到抑制，從而避免危險?！?/p>

從此段中提到的“吸進狂風(fēng)”“吹到高處”等信息，可以猜測，所謂的三面氣動保護裝置可能是一種具備三維矢量功能的涵道結(jié)構(gòu)，可以引導(dǎo)氣流平滑地通過，而不產(chǎn)生危險的紊流。如圖8-圖9所示，歷史上的飛機設(shè)計師們對涵道式飛行器進行了多次探索。

圖8卡普羅尼TALIEDOSTIPA涵道驗證機；圖9 貝爾X-22A垂直起降驗證機

2）暴風(fēng)雨防御裝置

手稿中寫道：“防雨風(fēng)暴應(yīng)該是由克朗查金屬制成的，這種金屬有摧毀暴風(fēng)雨的能力。使用由這種金屬制成的合金材料制作3英尺寬、與維曼拿一樣高的管子，并把它們固定在四周。……從發(fā)電機引出的電線應(yīng)穿過玻璃管并與管道連接。當(dāng)水流通過它們進入潘查薩摩尼時，其中的集中力與電力混合，將強烈地對抗暴雨的力量，擾亂氣流，從而稀釋減弱暴雨，使其失效。因此，瓦爾肖帕哈拉卡·揚特拉應(yīng)該固定在維曼拿上?！?/p>

從此段描述中可以看出，所謂的暴風(fēng)雨防御裝置（下稱避雨管）是通過兩種作用來削弱暴風(fēng)雨的：一是“水的集中力”，筆者推測其可能指的是水分子間的氫鍵作用。該裝置通過構(gòu)建一層包圍機身的真空薄膜，破壞雨水中水分子的氫鍵，使雨滴快速瓦解，要實現(xiàn)這一功能，就要求維曼拿的制造者對真空的制造、分子間作用力的調(diào)節(jié)都熟練掌握；二是“電力”，即磁場排斥雨水，其技術(shù)含量是非常高的，因為要達到磁場排斥雨水的效果，就必須使雨水和避雨管帶上同樣的電荷，這表明，維曼拿的制造者一定掌握了磁單極子的制備技術(shù)，對電磁力這一基本力的理解達到了極深的程度。此外，籠罩全機的磁場將會極為強大，如何使其不影響維曼拿自身的運轉(zhuǎn)，做到電磁兼容，是非常困難的。

圖10 氫鍵示意圖；圖11 磁單極子假想圖

3）強太陽輻射調(diào)節(jié)裝置

手稿中寫道：“這種裝置由aathapaashana loha制成。這種金屬有調(diào)節(jié)太陽輻射強度的能力。經(jīng)過一系列復(fù)雜的配方與工藝，最終得到輕質(zhì)的、橙色的、耐熱的、不易破碎的合金?！诿總€容器中，應(yīng)使用酸清洗并放置121級耐熱晶體。然后用金屬制成一個10英尺寬的傘形，固定在3根管子上，旋轉(zhuǎn)的keelakas固定在傘蓋下半英尺。在這上面，應(yīng)該固定3個3英尺寬、形狀像蒸煮鍋的卡拉薩。……在這三個185號的冷擴散晶體上，應(yīng)該是固定的。三個黑色云母輪應(yīng)該固定在上面。他們應(yīng)該覆蓋著錢德里卡工具或白色絲棉。應(yīng)在其上放置一個裝有酸根的容器，其中浸有耐熱晶體?！陚愕倪\動會使熱浪受到干擾而旋轉(zhuǎn)。然后，吸熱的云母輪吸收熱量，這些熱量通過根酸將變冷并熄滅。機組人員和乘客將從免受強溫度場的影響?！?/p>

由此可以推測，所謂的強太陽輻射調(diào)節(jié)裝置（下稱隔熱傘），應(yīng)當(dāng)是一種傘狀的遮光板或防熱罩，但這種隔熱傘與一般意義上的隔熱裝置在原理上有所不同。如圖所示的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡，其配備的巨大的遮陽板臺座，是通過多級反射來隔絕熱量的，其主要材料為聚酰亞胺，正反面均附有一層100納米厚的鋁，最外側(cè)兩層摻硅，每層隔熱罩均可以阻擋約90%的熱量；如圖所示的帕克太陽探測器，其配備的盾形隔熱罩，是通過反射+隔熱材料來實現(xiàn)功能的，其主體由輕質(zhì)碳泡沫芯制成，夾在兩塊碳-碳復(fù)合材料面板之間。朝陽表面還涂有特殊的白色涂層，可反射大部分落在其上的陽光。而碳-碳復(fù)合材料由嵌入碳基體中的碳纖維組成。重量輕，耐高溫，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。泡沫芯幾乎97%的體積是空氣，可作為良好的隔熱材料。但是，根據(jù)手稿中描述，維曼拿Tripura的隔熱傘是由導(dǎo)熱性能良好的合金制成，雖然本身耐熱，卻不能隔熱，只是起到吸收、傳導(dǎo)熱量的作用，其隔熱功能的實現(xiàn)，最終靠的是安裝有“冷擴散晶體”的“云母輪”?？梢圆聹y，所謂冷擴散晶體，應(yīng)當(dāng)是一種比熱容極高的物質(zhì)，它將在吸收大量熱量后熔融，然后在流經(jīng)散熱管路的過程中向外散熱，最后在云母輪上重結(jié)晶，開始下一個循環(huán)。

圖12 詹姆斯-韋伯太空望遠鏡；圖13 帕克太陽探測器

四、Tripura維曼拿的動力系統(tǒng)

1）空中動力

空中飛行時，維曼拿機翼展開，機身前端的主螺旋槳提供向前的動力，六對側(cè)螺旋槳槳軸指向斜上方，提供部分升力與前進動力，同時，通過側(cè)螺旋槳x軸出力差實現(xiàn)偏航、z軸出力差實現(xiàn)滾轉(zhuǎn)。機身俯仰則由尾翼控制。三面氣動保護裝置保持開啟狀態(tài)，減小空氣阻力，并輔助穩(wěn)定機身姿態(tài)。

2）地面動力

地面行駛時，機翼收起，主螺旋槳收起，六對側(cè)螺旋槳槳軸指向側(cè)面，成為手稿中所描述的“地輪”，側(cè)螺旋槳涵道旋轉(zhuǎn)，推動維曼拿向前運動，同時，通過兩側(cè)地輪旋轉(zhuǎn)的差速實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。由于維曼拿的六對地輪是獨立驅(qū)動的，因此具有較強的越野能力。而地輪軸亦可通過液壓作動筒頂升機體，賦予了維曼拿出色的通過性。

3）水面動力

水面航行時，主螺旋槳收起，六對側(cè)螺旋槳槳軸向前，提供前進動力，并通過側(cè)螺旋槳差速實現(xiàn)維曼拿的轉(zhuǎn)向。機翼向下傾斜，接觸水面，使維曼拿成為三體船構(gòu)型，增強其高速航行時的穩(wěn)定性。此外，維曼拿也可進入地效飛行姿態(tài)，此時，側(cè)螺旋槳槳軸向上提供升力，三面氣動保護裝置指向前方，涵道出力提高，提供前進動力，機翼展開，形成地效升力。

4）水下動力

水下航行時，機翼收起，尾翼充當(dāng)升降舵，六對側(cè)螺旋槳槳軸向前，提供前進動力，并通過側(cè)螺旋槳差速實現(xiàn)維曼拿的轉(zhuǎn)向。主螺旋槳槳葉向后收起，高速旋轉(zhuǎn)，制造空泡，同時，暴風(fēng)雨防御裝置“避雨管”開啟，生成包覆機身的真空薄膜，破壞附面層水分子間相互作用，使維曼拿在水中受到的阻力大大減小，得以快速航行。

五、Tripura維曼拿的建模

建模部分在CATIA中進行。分為維曼拿主體建模、動力系統(tǒng)建模、內(nèi)部結(jié)構(gòu)建模。

1）主體建模

首先建造維曼拿的的艙體部分，該部分包含六對側(cè)螺旋槳的內(nèi)部傳動機構(gòu)、能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)及部分主螺旋槳和尾舵的動力裝置。基底部分采用樣條曲線繪制減少阻力的外形，采用凸臺特征建立起基底，再利用圓角特征將外部的直角改為圓角以減少阻力。艙體部分從底部到頂部分為三層，艙體部分包含了維曼拿的控制系統(tǒng)、倉庫、休息室、觀光室等。艙體呈現(xiàn)變形的“橢球體”，前端為流線型設(shè)計，減小在空中或水中的行動時的阻力。

該部分通過采用多截面曲線建出模型的外形，通過抽殼功能將其建成一個殼體。另外，切除前端的一部分實體建出用以安裝主螺旋槳的部位?；缀团擉w的模型如圖14所示。

圖14 艙體建模

2）動力系統(tǒng)建模

維曼拿的動力系統(tǒng)主螺旋槳和六對側(cè)螺旋槳。主螺旋槳提供在空中飛行的前進動力，六對側(cè)螺旋槳提供部分前進的的動力和部分升力；在水面或水中運行時，側(cè)螺旋提供前進動力；在陸地前進，側(cè)螺旋槳化作滾輪向前推進。

輔助動力系統(tǒng)運作的有維曼拿兩端的機翼，在空中飛行時展開，在陸地或水中收起以減小阻力、增加靈活性。尾舵輔助動力系統(tǒng)的功能用于實現(xiàn)在空中和水下的俯仰動作。建成的模型如圖15所示。

圖15動力系統(tǒng)建模

在維曼拿的上端平層建造一個出口，維曼拿的整體外形如圖16所示。

圖16維曼拿整體外形

3）內(nèi)部結(jié)構(gòu)建模

在整體外形的基礎(chǔ)上，在艙體的內(nèi)部建模、刻畫維曼拿的內(nèi)部細節(jié)，并將維曼拿的艙體鏤空以清晰觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

艙體建模第一層主要包括倉庫和燃料室，燃料室為圖中的空心圓柱體部分，用于存在儲能物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化步驟將太陽能轉(zhuǎn)化為電能并向各處輸送。倉庫如圖17中空心長方體所示，可以用以存放少數(shù)彈藥、各種生活必需品等。第一層中還包括部分傳動系統(tǒng)用以傳遞機械運行控制維曼拿的動力系統(tǒng)和能量分配系統(tǒng)。

圖17 艙體第一層內(nèi)部

第一層與第二層隔開，前后都有形如“電梯”的運送裝置連接第一層和第二次。第二層結(jié)構(gòu)主要包括客艙和休息室，客艙之間相互隔開，猶如一個個小房間。如圖18所示。從客艙和休息室的窗戶可以看到維曼拿外部的景觀，在空中飽覽浩瀚星海，陸地上領(lǐng)略大好河山，水面上目擊波濤洶涌，深海里游覽海底世界。

圖18艙體第二層內(nèi)部

維曼拿艙體的第三層是核心層，這里有維曼拿的控制室，控制室里配備駕駛嫻熟的駕駛員，自由轉(zhuǎn)換維曼拿形態(tài)以適應(yīng)不同的運作環(huán)境，調(diào)整維曼拿的運行速率，監(jiān)測維曼拿上的各種系統(tǒng)、儀器的正常工作。當(dāng)然，維曼拿在第三層配備了觀光室、茶水間和娛樂室。盡管在第二層的休息室也能包攬外面的風(fēng)景，但第三層配有設(shè)備以提供更好的體驗，如“太利眼”望遠鏡，能放大幾百上千倍，再遠的距離也近在眼前。

圖19艙體第三層內(nèi)部及結(jié)構(gòu)外形

六、Tripura維曼拿模型制作

通過3D打印將維曼拿的艙體、機翼、尾舵等分別打印出來，利用膠水組裝。如圖20和圖21所示。

圖20連接艙體和機翼

圖21連接艙體和尾舵

組裝完成模型的整體如圖所示。

圖22 維曼拿結(jié)構(gòu)模型

七、總 結(jié)

Tripura維曼拿是一種由太陽能驅(qū)動的載具，通過改變其自身形態(tài)，可在海洋、陸地、天空中運行。維曼拿維曼拿通過蒙皮外殼吸收太能能，經(jīng)過二次轉(zhuǎn)化將太能能轉(zhuǎn)化為電能輸送到各處；并且，維曼拿建立上中下三層，三層各具有不同的作用和功能，一層動力裝置、能量系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)等，二層主要為乘客和機組人員的休息和活動空間，三層為駕駛艙和游覽觀光娛樂場所，給乘客提供舒適的體驗。

作為一款給乘客提供極致體驗的運載器，維曼拿攻擊力不強，只在倉科配備了極少數(shù)的彈藥用于自衛(wèi)反擊，但是維曼拿的防御力極強，內(nèi)有三面氣動保護裝置、暴風(fēng)雨防御裝置和強太陽輻射裝置，并且配備了安全性極強的外殼。配有主螺旋槳和6對側(cè)螺旋槳，維曼拿的機動性能也很優(yōu)異。

基于上述設(shè)想，我們在CAD軟件設(shè)計了維曼拿運載器，并加入了一下現(xiàn)代元素，將維曼拿模型3D打印出來進行組裝，力求美觀呈現(xiàn)出Tripura維曼拿運載器。