Könnte dieser sehr spezifische Drache fliegen?

Erlauben Sie mir zunächst, meine Frage genauer zu definieren. Im Moment mache ich mir keine Sorgen um Folgendes, da diese Frage, wenn sie beantwortet wird, in späteren Fragen behandelt wird:

  • Knochenbrüche, Geweberisse usw., die durch die Größe des Drachen verursacht werden, und Organsysteme, die zur Unterstützung dieser Kreatur erforderlich sind. Beide abgedeckt hier
  • Stoffwechselanforderungen.
  • Wie sich ein solches Wesen entwickelt hat bzw. dessen Plausibilität.

Was ich frage, ist, ob ich irgendwelche Fehler gemacht habe oder irgendwelche Faktoren hinsichtlich der mechanischen Fähigkeit dieses Drachen zu fliegen vermisse.

Ich dachte mir, ob mein Drache vom Boden abheben kann oder nicht, diese Frage und die nachfolgenden Antworten könnten eine Grundlage für andere sein, die auf diese Seite kommen, um nach großen fliegenden Kreaturen zu fragen.

Warnung - Mathe voraus - Warnung - Produkt von jemandem mit zu viel Freizeit

Ich begann mit einer Skizze des Drachen (aktualisiert mit Struktur am Schwanz, um etwas Stabilität hinzuzufügen)Drachen

Unter Verwendung dieser Zeichnung behandelte ich den Körper als eine Reihe von Ellipsoiden, um das Volumen zu berechnen. Von dort aus lief ich Zahlen, um eine geeignete Spannweite usw. zu finden, und bearbeitete die Bilder entsprechend.

Der Drache hat einen Kopf, der lose einem falschen Gharial nachempfunden ist, Flügel und eine Brust, die denen einer Fledermaus zum Fliegen nachempfunden sind, und Krötenbeine + einen Känguruhschwanz, um beim Abheben zu helfen.

Höhe: 6,5 Meter

Länge: 19 Meter

Volumen: 11,9 Kubikmeter

Durchschnittliche Dichte: 0,614 g/cm^3*

Gewicht: 7310 Kilogramm

Spannweite: 38 Meter

Flügelfläche: 304 Quadratmeter

Flächenbelastung: 23 kg/m^2

Flügel+Beine+Schwanzmuskelquerschnitt: 43.000 cm^2

Muskelkraft*** Newton/cm^2: 35 n/cm^2

Flügel+Beine+Schwanz Muskelkraft: 1.474.900 Watt

Abhebezeit: 1 Sekunde

Sprunghöhe beim Liftoff**: 20,6 Meter

Flügelmuskelquerschnitt: 21.600 cm^2

Flügelmuskelkraft: 756.000 Watt

Klappenzeit: 2 Sekunden

Klappenbeschleunigung**: 21 Meter pro Sekunde

Auftriebskoeffizient****: =<3,9

Luftwiderstandsbeiwert****: =>0,12

Von nasa.gov

L = (1/2) d v2 s CL

L = Auftrieb, der dem Gewicht des Flugzeugs in Pfund entsprechen muss

d = Dichte der Luft. Dies ändert sich aufgrund der Höhe. Diese Werte können >in einer ICAO Standard Atmosphere Table gefunden werden.

v = Geschwindigkeit eines Flugzeugs, ausgedrückt in Fuß pro Sekunde

s = die Flügelfläche eines Flugzeugs in Quadratfuß

CL = Auftriebskoeffizient, der durch die Art des Flügelprofils und den Anstellwinkel bestimmt wird.

(Ich werde metrisch verwenden) Luftdichte bei 3 km über dem Meeresspiegel und -4,5 c = 0,9093 kg / cm ^ 3

0,5 x 0,9093 x 10^2 x 304 x 0,6 = 8292,816 kg Auftrieb, mehr als genug, um diesen Kerl vom Boden abzuheben.

Drag = Cd (dv^2)/2 x Referenzbereich

Die Luftdichte auf Meereshöhe und 20c = 1,225 kg/m^3. Die Referenzfläche, die ich berechne, ist (1,5 x 2)m^2 für Gesicht und Rumpf + (36 x 0,4)m^2 für die Flügel oder 17,4 m^2.

0,2 x (1,225 x 10 ^ 2) / 2 x 17,4 = 213,15 Newton Luftwiderstand, obwohl ich mir nicht sicher bin, wie ich die Auswirkung auf den Drachen berechnen soll.

*Die Vogeldichte wurde durch bestimmte Anpassungen weiter gesenkt, die in einer anderen Frage besprochen werden.

**Gefunden mit einer einfachen Work-Over-Time-Gleichung.

*** Es gibt keinen Unterschied in der Stärke zwischen schnell und langsam zuckenden Muskelfasern, nur in der Kontraktionsgeschwindigkeit und Ausdauer. Papier, das dies zeigt .

**** Tatsächliche Koeffizienten von Fledermäusen, wenn es einen Grund gibt, dass diese nicht nah genug sind, lassen Sie es mich bitte wissen.

Nachdem ich mir diese Zahlen angesehen hatte, war ich überrascht, dass ich eigentlich nichts sah, was, soweit ich das beurteilen konnte, den Drachen am Fliegen hinderte. Aber dies ist das erste Mal, dass ich etwas von der Mathematik mache, und selbst wenn ich alles richtig mache, könnte ich etwas verpassen, also dachte ich, ich würde einige der schlauen Leute hier bei Stack-Exchange fragen und sehen, was sie tun erzählte mir.

Angenommen, diese Kreatur rennt und springt dann mit Armen, dann Beinen und Schwanz, um abzuheben, gefolgt von ein paar Flügelschlägen, könnte sie in die Luft getragen werden, wie meine Zahlen andeuten? Von dort aus konnte es den Flug aufrechterhalten?

Woraus bestehen seine Knochen? Können Sie die erforderliche Kraft zB für den Oberarmknochen oder das Grundglied des 5. Fingers berechnen? Und was ist mit anhaltender mechanischer Kraft, denn ich habe keine Ahnung, was "explosive" Kraft bedeutet ...
@AlexP Wie ich oben in der Frage sagte, werde ich mich in einer anderen Frage mit der Knochenstärke und so weiter befassen. Was die anhaltende mechanische Kraft betrifft, werde ich Daten dazu hinzufügen, wenn ich sie finden kann, aber es ist viel einfacher, Informationen über die "explosive" Stärke zu finden, also ist das alles, was ich im Moment habe. Explosivkraft bezieht sich auf die Fähigkeit, einen Gegenstand für kurze Zeit zu heben, im Gegensatz zu der Fähigkeit, ihn zu tragen.
Ich werde das OP bearbeiten, um klarer zu machen, was ich mit Explosivkraft meine.
Mir ist nicht klar, wie die Struktur der Flügel und die Bewegungskraft einer Kreatur nicht unter "mechanische Flugfähigkeit" fallen können.
@The Nate, vielleicht hätte ich das etwas besser formulieren können. Aber um das klarzustellen, ich bin daran interessiert, ob die Muskelkraft ausreicht, aber die Knochenkraft wird separat behandelt.
Sie werden feststellen, dass die Knochenstärke entscheidend ist. Ich schlage eine Art Verbundwerkstoff aus Kohlefaser und Titan vor ... Der Punkt, um eine anhaltende Leistung anzufordern, ist, dass kurze Ausbrüche nicht von Interesse sind. Menschen können leicht vom Boden springen, aber sie brauchen ein anstrengendes Training und sehr ausgefeilte mechanische Geräte , um allein durch Muskelkraft zu fliegen ...
@AlexP ja, ich sehe den Sinn, anhaltende Leistung anzufordern, ich habe nur noch keinen Weg gefunden, das zu berechnen, ich bin auf das beschränkt, was ich googeln kann, und ich bin erst seit ~ 3 Tagen an diesem Projekt, ich ' Ich werde mit Informationen aktualisieren, wenn ich sie finde. Ich stimme auch zu, dass die Knochenstärke entscheidend ist. Mein Gedanke war, die stärkegebenden Mineralien im Knochen durch Graphenschaum zu ersetzen. Er besteht aus Kohlenstoff, ist unglaublich stark und verringert die Dichte des Drachens um etwa 50 Kilo pro m ^ 3. Ich werde jedoch die Knochenstärke und ähnliche Probleme in einer anderen Frage ansprechen.
@AlexP Ich habe gerade erfahren, dass es keinen inhärenten Unterschied in der Stärke zwischen den Muskeln gibt, die für explosive Kraft und anhaltende Kraft verantwortlich sind, sodass der oben aufgeführte Wert für beide funktioniert.
Ich denke, Sie werden aufgrund der Skalierung auf Probleme stoßen. Es gibt eine Grenze dafür, wie groß die Flügel werden können, bevor sie unter ihrem eigenen Gewicht zu reißen beginnen; Ich kann mich nicht an die genaue Zahl erinnern, aber ich denke, Ihre Grenze liegt bei einer Flügelspannweite von etwa 8 bis 10 Metern für ein rein biologisches Lebewesen (keine künstlichen Materialien). Es gibt auch eine Grenze dafür, wie schnell Signale die Nerven passieren können, im Bereich von Hunderten von Millisekunden für Menschen; Mit Ihrer Spannweite von 38 Metern wird die Verzögerung zwischen dem Denken mit den Flügeln und dem tatsächlichen Beginn der Flügelbewegung spürbar und möglicherweise problematisch sein.
@Palarran aus der Liste der Probleme, auf die ich in einer anderen Frage eingehen werde: "Knochenbruch, Geweberiss usw., verursacht durch die Größe der Drachen". Ich habe einige Ideen zur Stärke von Patagium, aber sie werden in einer späteren Frage behandelt. Was die nervöse Signalgeschwindigkeit betrifft, das ist ein guter Punkt, ich glaube, ich habe einige Ideen dazu, aber sie werden zusammen mit den früheren Punkten über die Gewebestärke angesprochen.
@MyrddenWyllt Ich hob meine Augenbraue und sah einen Auftriebskoeffizienten von fast 4. Denken Sie daran, dass Fledermäuse (die Quelle Ihrer Zahl) mit viel niedrigeren Reynolds-Zahlen fliegen als Ihre viel größere Kreatur. Ich wette auf Cl von 2 oder weniger, zumindest für den Gleitflug.
2 MW Dauerleistung ist viel Leistung . Nehmen wir an, die Muskeln dieses Superdrachen haben eine Effizienz von 25 % bei der Umwandlung chemischer Energie in mechanische Energie, vergleichbar mit den besten Automotoren; das sind 8 MW thermische Leistung, was bedeutet, dass der Drache 6 MW als Wärme abführen muss. In sehr kurzer Zeit wird es ein fliegender Feuerball sein.
@AlexP Es hat so viel anhaltende Kraft zur Verfügung, dass es nicht unbedingt die ganze Zeit über die ganze Kraft verbraucht, da es genug Kraft ist, um den Drachen 20 Meter über etwa eine Sekunde zu schieben. Angenommen, es verbraucht die Hälfte davon, 1.474.900 * 3, das sind 23.313 Grad Celsius zur Ableitung, über 700 m ^ 2 Oberfläche oder etwa 33 c Leistung m ^ 2. Wenn mir nichts fehlt, liegt das ungefähr im gleichen Bereich wie die menschliche Kerntemperatur. Wenn sie gesenkt werden muss, könnte dies meiner Meinung nach in der anderen Frage angesprochen werden, die ich bisher gestellt habe.
@Steve, das ist die höchste Zahl, die ich für Fledermäuse gesehen habe, aber ich stimme zu, dass sie zum Gleiten zu hoch wäre. Beachten Sie, dass ich in meiner Auftriebsgleichung einen Cl von nur 0,6 verwendet habe. Ich weiß nicht, was die beste Zahl wäre, da ich ein Laie bin, also habe ich niedrig gezielt. Ich weiß nicht genug über Reynolds-Zahlen, um mir diese Mathematik anzusehen, aber ich werde versuchen, zu sehen, was ich lernen kann. Ich vermute, Sie haben Recht und die maximale Cl sollte viel niedriger sein, aber ich denke nicht, dass der Drache muss sich 4 nähern, um so oder so in der Luft zu bleiben.
@Steve Abhängig von der genauen Struktur des Flügels hat der Drache eine Reynolds-Zahl zwischen 4 und 5,6 Millionen (laut meiner mit dem Online-Reynolds-Zahlenrechner überprüften Mathematik), was etwa dem 400- bis 60-fachen einer Fledermaus entspricht. Was ich lese, besagt, dass größere Reynolds-Zahlen besser, aber nicht schlechter sind als niedrige, da sie höhere Cls und niedrigere Cds ermöglichen. Wenn ich also nichts übersehe, scheint es eigentlich eine gute Nachricht für den Drachen zu sein.
Der vorherige Kommentar ist die Reynolds-Zahl bei 10 m/s.
Dieser Drache scheint für Rhamphorhynchus wie ein toter Wecker zu sein. Obwohl ich denke, dass Rhamfy ein bisschen angepisst wäre, wenn er Gharial-Fledermaus-Kröte-Roo genannt würde.

Antworten (3)

Es sieht so aus, als wollten Sie die Zauberkarte nicht ziehen.

Ich denke, dass man auf das Gurtband zwischen den Beinen verzichten kann. Ich denke, dass es zu nah an den Flügeln ist, um viel Stabilität zu bieten. Ich würde stattdessen den Schwanz abflachen (oder den Körper länger und den Schwanz kürzer machen, aber das wird Masse hinzufügen).

Ansonsten sehe ich keinen Grund, warum es nicht fliegen sollte, es sei denn, der Körper ist viel dichter als der eines Säugetiers.

Gehen hingegen kann angesichts der Gesamtgröße ein Problem darstellen. Wenn die Beinknochen nicht viel stärker sind als unsere, denke ich, dass die Beine für ihre Größe zu dünn sind.

Achten Sie auch nicht nur auf die Belastung auf der Oberfläche des Flügels, sondern verfolgen Sie diese Belastung entlang der Strukturelemente. Die Schultern (Flügelwurzel) werden stark beansprucht. Es muss vielleicht aufgepeppt werden. Möglicherweise benötigen Sie auch mehr "Finger" im Flügel, um die Belastung zu verringern, der die Wurzel jedes Fingers ausgesetzt ist.

Wenn es hohle Knochen hätte, würde das funktionieren, aber es wäre viel zerbrechlicher.

Es wird auch das Problem haben, dass es nicht in der Lage ist, das Blut von seinen Beinen zurück zu seinem Herzen zu pumpen. Schauen Sie sich Elefanten an. Die Haut um seine Füße und Unterschenkel ist sehr stark und soll wie ein Druckstrumpf wirken, um die Muskelbewegung zu unterstützen, das Blut wieder nach oben zu pumpen.

Aerodynamisch sieht es also gut aus, aber ich denke, dass das Würfelwurzelgesetz Sie in die Struktur beißen wird.

Ich werde versuchen, viele der Probleme anzusprechen, die Sie in einer anderen Frage angesprochen haben (Organsysteme, Knochen- und Gewebestärke und so weiter). Bei dieser Frage geht es mir hauptsächlich darum, ob ich die Aerodynamik richtig hinbekommen habe, wenn ich, wie Sie am Ende Ihrer Antwort sagen, gut darin bin, werde ich beginnen, meine nächsten Fragen zu diesem Drachen aufzuschreiben.
Was die Membran zwischen den Beinen und dem Schwanz betrifft, war dies ein Versuch, die Flügelbelastung etwas zu reduzieren, da ich diese so gering wie möglich halten möchte. Wenn es einen Grund gibt, der nicht funktionieren würde, wäre ich sehr dankbar, wenn Sie darauf näher eingehen könnten.
Als Referenz glaube ich, dass die Säugetierdichte ~ 1,5 g / cm ^ 3 beträgt. Die Dichte meines Drachen etwas unter die Hälfte machen.
@MyrddenWyllt, die Beinmembran reduziert zwar die Flügelbelastung, fügt jedoch nicht viel Stabilität hinzu. Die gesamte Flugstabilität muss "aktiv" sein. Es wird ständig Energie verbrauchen, indem es den Flügelschlag ändert, um stabil zu bleiben. Es ist machbar, besonders wenn es viel Beute gibt, aber das Fliegen ist kostengünstiger, wenn es einige Steuerflächen weiter hinten gibt.
@ShadoCat ah, danke für die Klarstellung, ich werde das im Hinterkopf behalten.
Denken Sie daran, dass dies eine wissenschaftlich fundierte Frage ist und daher Zitate erfordert, um Ihre Schlussfolgerungen zu untermauern. Sie sollten dies bearbeiten , um Verweise auf unterstützende Beweise aufzunehmen; Andernfalls kann dies als unzureichend gelöscht werden, wie das Antwortbanner anzeigt.
Wie Frostfyre erwähnt hat, hat dies das Etikett harte Wissenschaft , also müssen Sie Ihre Behauptungen entweder mit Zitaten (was für Drachen selten sein wird) oder Gleichungen untermauern. Der Mangel an unterstützendem Material hat dazu geführt, dass Ihre Antwort in der Bewertung für Antworten von geringer Qualität steht.

Flügel sind keine Propeller

Fledermäuse haben nur einen Auftriebskoeffizienten von ~3,9, weil ihre Flügel viel mehr Auf- und Abbewegungen ausführen als hin und her. Als Referenz: Ein Starrflügelflugzeug hat ein theoretisches Maximum von etwa 2. Dies bedeutet, dass Ihr Drache diesen Auftriebskoeffizienten erhält UND 10 m / s fliegt, dass Ihre Flügel tatsächlich viel mehr als 21 m / s beschleunigen.

In diesen Videos ( https://www.youtube.com/watch?v=Ni_mS4cKPXY , https://www.youtube.com/watch?v=JAP2I-t3FGs ) können Sie sehen, dass die Flügel einer Fledermaus etwa 130 bedecken -140 Grad Bogen pro Schlag und dass jeder Schlag ihn nur etwa 1/6 so weit nach vorne bewegt, wie sich der Flügel nach oben oder unten bewegt. Wenn Ihre Flügel also jeweils etwa 17 m lang sind, bedeutet dies, dass sich Ihre Flügelspitzen etwa 40 m pro voller Klappe bewegen und Sie ~ 6,67 m vorwärts bewegen; Um also mit der Fledermausflügelmechanik eine Geschwindigkeit von 10 m/s zu erreichen, muss Ihr Drache 1,5 Schläge pro Sekunde ausführen, wobei Ihre Flügelspitzen tatsächlich etwa 60 m/s zurücklegen, während sie mit durchschnittlich 120 m/s^2 beschleunigen Zeit...

Da Ihre Flügel tatsächlich viel mehr Kraft ausüben, als Sie erwartet haben, müssen Sie einige Dinge ein wenig verkleinern und ein Flügelklappenprofil finden, das für Sie funktioniert. Anstelle des Auftriebs-Koeffekts einer Fledermaus sollten Sie sich wahrscheinlich große Vögel wie den Albatros oder den Andenkondor ansehen, die eigentlich nur sehr wenig flattern. Weniger Flattern ist besser für große fliegende Tiere, da es nicht nur die Knochen, sondern auch die Muskeln und Bänder, die den Knochen Struktur verleihen, weniger belastet.

Die Fläche eines fledermausförmigen Flügels errechnet sich aus A = (F x D5) + 0,5 (D5 x D3). F = die Unterarmlänge, D5 = Ziffer 5, D3 = Ziffer 3 Jedes Quadrat auf deiner Karte ist ~1,85 Meter lang, also hat dein Drache eine Flügelfläche von ~220 m^2, einschließlich der Hinterbeine und des Schwanzes. Unter der Annahme einer normalen Luftdichte auf Meereshöhe sollte es eine Abwürgegeschwindigkeit von 42,5 km/h haben. Solange Ihr Drache sich also mit oder mehr als 42,5 km/h starten kann, sollte er fliegen.

Könnte dieser sehr spezifische Drache fliegen?
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