Anpassungen eines sehr spezifischen Drachen an diese Kombination aus Größe und Flug

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

  • Die Aerodynamik oder Machbarkeit seines Fluges, behandelt hier

  • Stoffwechselanforderungen.

  • Wie sich ein solches Wesen entwickelt hat bzw. dessen Plausibilität.

Was ich frage, ist: Wie gut werden meine vorgeschlagenen Anpassungen funktionieren und welche anderen Anpassungen benötigt der Drache möglicherweise?

Ich dachte mir, ob mein Drache vom Boden abheben kann oder nicht, diese Frage und die nachfolgenden Antworten könnten die Grundlage für andere Besucher dieser Website liefern, die daran interessiert sind, große fliegende Kreaturen zu entwickeln.

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

Eine Zeichnung des fraglichen Drachen.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Höhe: 6,5 Meter

Länge: 19 Meter

Volumen: 11,9 Kubikmeter

Kopf-/Halsvolumen: 1,3 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

Abhebekraft am Körper: 2,1 Gravitation

Flügelmuskelquerschnitt: 21.600 cm^2

Flügelmuskelkraft: 756.000 Watt

Klappenzeit: 2 Sekunden

Klappenbeschleunigung**: 21 Meter pro Sekunde

Anpassungen, die große Größe + Flug erleichtern:

Stärkegebende Mineralien in Knochen wurden durch Graphenschaum ersetzt, wodurch die Festigkeit enorm gesteigert und die Dichte von 700 kg/m^3 (Vogeldichte) auf 650 kg/m^3 reduziert wurde.*

Kollagen wurde durch ein Material ersetzt, das der Schleppleinen-Spinnenseide ähnelt, wodurch die Festigkeit enorm erhöht und die Dichte von 650 kg/m^3 auf 614 kg/m^3 reduziert wird.**

Kohlenstoff-Nanoröhren arbeiteten in das Nervensystem ein und ermöglichten eine erhöhte Signalübertragungsgeschwindigkeit. Und in das Bindegewebe, wo eine größere Steifigkeit als die Schürfkübelanpassung zulassen würde.

Lungen Wie die eines Vogels, wesentlich effizienter beim Gasaustausch als die Lungen der meisten Tetrapoden.

Aufgrund der erhöhten Bindegewebsstärke kann das Patagium ziemlich dünn bleiben, wodurch ein Gasaustausch über den Bereich des Flügels vorgeformt werden kann, wie dies bei Fledermäusen der Fall ist.

Gibt es Probleme mit diesen Anpassungen oder funktionieren sie wie erwartet? Welche anderen Anpassungen könnte der Drache benötigen, um zu überleben und als so großer fliegender Organismus zu funktionieren?

*Der Körper besteht zu ca. 15 % aus Knochen, der zu ca. 50 % aus Mineralstoffen besteht, deren Hauptbestandteil Kalzium mit einer Dichte von 1,54 g/cm^3 ist, im Gegensatz zu Graphenschaum mit einer Dichte von 0,06 g/cm^3 .

** Der Drachenkörper sollte zu etwa 16 % aus Protein bestehen, davon zu etwa 35 % aus Kollagen. Kollagen hat eine Dichte von 5 g/cm^3, im Gegensatz zur Dichte von Schleppseide mit 1,3 g/cm^3.

Frage: Wie gut werden meine vorgeschlagenen Anpassungen funktionieren und welche anderen Anpassungen könnte der Drache benötigen?

Ich schlage vor, das Hard-Science-Tag zu löschen, da dies Ihre Frage praktisch unbeantwortbar macht, und es durch das Science-Based-Tag zu ersetzen. Hard-Science erfordert Zitate und Gleichungen, diese sind für Ihre Frage nicht erforderlich.
@a4android reicht aus.
Ihr Diagramm erinnert mich tatsächlich an ähnliche Diagramme des Quetzalcoatlus (die Flügelspannweite beträgt jedoch fast das 4-fache). Eine zusätzliche Modifikation, die Sie vornehmen könnten, besteht darin, die Flügel einfach etwas mehr auszustrecken.
@MichaelRichardson Obwohl eine Vergrößerung der Spannweite und damit der Flügelfläche die Flügelbelastung verringern und den Auftrieb erhöhen würde, finden Sie meine Frage zur Aerodynamik, wenn Sie dem Link oben im Beitrag folgen. Soweit ich das beurteilen kann, sind die Flügel des Drachen mehr als ausreichend, daher werde ich sie als solche behandeln, es sei denn, jemand kann Gründe dafür angeben, dass sie nicht im oben genannten Thread enthalten sind. Ich möchte einfach vermeiden, den Drachen zu unhandlich zu machen, und ich denke, wo er sich gerade befindet, ist eine gute Balance.
Sie haben das wahrscheinlich schon gesehen, aber ... worldbuilding.stackexchange.com/questions/30184/…
@ErinThursby Wie zu Beginn des Beitrags angegeben, kann die Aerodynamik hier angesprochen werden, worldbuilding.stackexchange.com/q/76422/18511 . Obwohl ich den Link schätze, da ich diesen vergessen hatte, habe ich einige ziemlich gründliche Berechnungen in Bezug auf Flügelfläche und Auftrieb angestellt, und bisher hat sich niemand zu Problemen damit geäußert.
@MyrddenWyllt ja, ich sehe keine mathematischen Probleme, aber da Sie über Ihre Frage als Ressource für diejenigen gesprochen haben, die große geflügelte Kreaturen bauen möchten, dachte ich, ich würde sie der Mischung hinzufügen.
Eine Frage, die Sie vielleicht berücksichtigen sollten, ist, welche Art von Flieger Ihr Drache sein soll. Im Moment ist er wie ein Flieger mit hoher Energieabgabe, langsamer Geschwindigkeit und hoher Manövrierfähigkeit gebaut. Wenn Sie möchten, dass es aufsteigt, möchten Sie möglicherweise längere, schmalere Flügel. jeb.biologists.org/content/218/5/653

Antworten (2)

Das ist kein Drache. Das ist ein Flugzeug

Diese Reihe von Fragen ist grundlegend fehlerhaft. Was wir hier haben, ist ein 7 Tonnen schweres Gebilde, das wie ein Vogel geformt ist, mit Strukturelementen aus exotischen Materialien ("Graphenschaum"), mit Flugflächen aus Seide, mit Signalleitungen aus Kohlenstoffnanoröhren, die 2600 produzieren kann PS. Dies ist ein Flugzeug , keine biologische Einheit.

Ja, wir wissen, dass Flugzeuge dieser Größe fliegen können, das steht außer Frage. Nein, es gibt keine Möglichkeit, dass dies ein Lebewesen ist. Lebewesen bestehen nicht aus Graphenschaum.

2 MW (2600 PS) sind 478 kcal/Sek. Nehmen wir an, dass die Entität im Flug 50 % der maximalen Leistung verbraucht; das sind etwa 240 kcal/sec. Muskeln haben einen Wirkungsgrad von etwa 20 %, dh um 1 W mechanische Leistung zu erzeugen, verbrauchen sie 5 W chemische Energie, wovon 4 W als Wärme abgegeben werden. Nehmen wir an, der Drache hat bessere Muskeln mit einer Effizienz von 33 %, und nehmen wir an, er frisst Speck (5000 kcal pro Kilogramm). Für fünf Flugminuten benötigt der Drache 300 × 240 / 0,33 = 216 000 kcal oder etwa 43 kg Speck (oder 80 kg Lamm): Er muss für 5 Flugminuten ein Schwein fressen. Es muss 2 MW abführen; Nehmen wir an, es verfügt über ein hervorragendes Wärmeübertragungssystem, das 40 W/m² pro Grad Celsius abführen kann, und es stehen 400 m² Fläche zur Verfügung: Der Temperaturunterschied zwischen Blut und Luft müsste 2 000 000 / 40 / 400 betragen = 125 °C; Wenn die Luft 20° C hat, muss das Blut 145° C haben ...

Und das geht über seinen Grundumsatz hinaus; es muss zwangsläufig warmblütig sein, um seine Innentemperatur regulieren zu können; ein 7 Tonnen schweres warmblütiges Tier verbraucht im Ruhezustand etwa 7 kW (1,67 kcal/s) . An einem Tag benötigt er 24 × 3600 × 1,67 = 144 516 kcal oder etwa 30 kg Speck (oder 60 kg Lammfleisch) pro Tag , nur um zu überleben .

Um fair zu sein, die PS-Zahlen werden vollständig durch Mathematik erreicht, die auf menschlicher Muskelkraft basiert. Da Graphene-Schaum ein Material ist, das vollständig aus Kohlenstoff besteht, schien es ein plausibles Material zu sein, um den Knochen Festigkeit zu verleihen, und es gibt einen guten Grund dafür, dass es das nicht ist, ich wäre daran interessiert, es zu hören. Spinnenseide ist ein faseriges Material, das hauptsächlich aus Proteinen besteht, ähnlich wie Kollagen. Und Kohlenstoff-Nanoröhrchen, wie Graphen, bestehen vollständig aus Kohlenstoff, was ein Problem mit einer biologischen Einheit ist, die in der Lage ist, sie herzustellen, das weitaus relevanter ist als jede Ähnlichkeit mit Verkabelung.
Die Wärmeableitung scheint in der Tat ein Problem zu sein, und das liegt im Rahmen der Frage, wie oder ob sie überwunden werden könnte, etwas, das ich froh bin, dass Sie es angesprochen haben. Ich habe jedoch ausdrücklich erklärt, dass ich mich zu diesem Zeitpunkt nicht mit Stoffwechselanforderungen befasse.
@MyrddenWyllt: Das Problem ist, dass Lebewesen kein Graphen oder Kohlenstoffnanoröhren produzieren. Sie produzieren keine gewebten Stoffe. Sie tun es einfach nicht. Keines der bekannten Verfahren zur Herstellung von Graphen oder Kohlenstoff-Nanotunes ähnelt etwas Biologischem.
Die Seide würde nicht gewebt, sondern ähnlich wie die Kollagenstruktur angeordnet, die sie ersetzt. Wenn es, wie Sie sagen, keine Möglichkeit gibt, Kohlenstoff-Nanomaterialien durch einen biologischen Prozess herzustellen, ist es viel hilfreicher, mir zu sagen, dass dies derzeit kein Organismus tut. Wenn Sie Einwände gegen einen bestimmten Aspekt des Drachen haben, ist das in Ordnung. Ich habe dies hier vor allem deshalb veröffentlicht, um die Einwände der Leute zu hören. Ich schätze es einfach, die Begründung hinter den Informationen zu sehen, die ich bekomme.
Quetzalcoatlus war größer als eine Cessna (wenn auch kleiner als der Drache von OP).
@cobaltduck: Quetzalcoatlus hatte 70 bis 250 kg bei einer Flügelspannweite von 10 bis 12 Metern. Der Drache des OP hat 7000 kg bei einer Spannweite von 38 Metern: Er ist 25- bis 100-mal schwerer und 27- bis 54-mal voluminöser. Diese Art von Größenunterschied ist ziemlich wichtig.
Obwohl Ihre Mathematik beeindruckend ist, brauchen wir wirklich nur aktives Flügelschlagen, während Sie Geschwindigkeit oder Höhe anpassen. Ansonsten sollte dieses Ding ziemlich effizient gleiten können, also könnte ein Schwein für bis zu 30 Minuten Flug reichen, was ausreichen sollte, um mehr Schweine zu jagen?
@dot_Sp0T: "Effizientes" Gleiten bedeutet eine Sache für ein leichtes Segelflugzeug und eine ganz andere für einen sieben Tonnen schweren Drachen ... Quetzalcoatlus hätte möglicherweise mit thermischen Strömungen aufsteigen können, der sieben Tonnen schwere Drache viel weniger.
@dot_Sp0T - "Dieses Ding sollte ziemlich effizient gleiten können" Stimmt nicht im Entferntesten. Effizientes Gleiten erfordert Flügel mit hohem Streckungsverhältnis, und das ist hier nicht der Fall. Außerdem beträgt die Flächenbelastung 24 kg/m², was über dem Bereich liegt, der bei bestehenden Vögeln zu finden ist. Schließlich verwenden große Segelflieger normalerweise tiefe Schlitze in den Flügeln, um den Luftwiderstand zu verringern, und die Flügel des Drachen sind dazu nicht in der Lage. Also kein Gleiten.

Das Hinzufügen von Graphen macht die Knochen stärker, aber nicht leichter.

Sie können das Gewicht des Tieres nicht reduzieren, indem Sie das Knochenmaterial austauschen, weil es dann Kalzium und Phosphor auf andere Weise speichern muss, Sie können sie nicht entfernen, sondern nur bewegen. Lebewesen mit Muskeln benötigen eine sehr enge Bandbreite an Kalziumkonzentration im Körper, um zu funktionieren. Eine feste Menge an Kalzium im Körper verteilt zu haben, ist der effizienteste Weg, dies zu erreichen. Dinosaurier, Vögel und Flugsaurier machen Knochen hohl, um bei gleichem Gewicht eine größere Struktur zu schaffen, wobei das Gesamtverhältnis von Knochenoberfläche zu Körpermasse gleich bleibt . Tatsächlich können Sie dieses Verhältnis nicht sehr stark ändern, da sich die Knochenoberfläche (die dem Körpergewebe ausgesetzt ist) nicht stark ändern kann. http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/early/2010/03/13/rspb.2010.0117.short

So werden deine Drachenknochen stärker, aber du wirst kein Gewicht verlieren.

Anpassungen eines sehr spezifischen Drachen an diese Kombination aus Größe und Flug
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