--Tripura维曼拿模型设计与制作

谢松 李芝杰 马驰原 沈海军

一、 Tripura维曼拿结构

根据玛赫西手稿（下简称“手稿”）记载，Tripura维曼拿是一种由太阳能驱动的载具，通过改变其自身形态，可在海洋、陆地、天空中运行。

手稿中描述道：“它有三个部分。第一部分可以在陆地上旅行。第二部分可以在水下和水上旅行。第三部分在天空中旅行。通过keelakas把这三部分结合起来，这个维曼拿飞机就可以在空中飞行了。”根据这段描述，人们将Tripura维曼拿想象成如图1所示的构造：它拥有轮船般的舰桥与尾舵，潜艇般的壳体，用以飞行的螺旋桨，以及用以在地面上行驶的车轮。

图1 Tripura维曼拿想象图

Tripura 维曼拿由三个层组成，其横截面如图2所示。

图2 Tripura维曼拿横截面示意图

手稿中记载：“第一层为7英尺高，屋顶用间隔10英尺的nalikaa keelakas固定。中间间隔为20英尺，每根龙骨上应连接带喙端的电线。配件应能像雨伞一样打开和关闭。像帐篷顶一样的布覆盖整个地板。……二楼应该比一楼小一点。如果第一层是100英尺宽，第二层应该是80英尺宽。地板应为80英尺宽，3英尺厚，由trinetra金属制成。其配件应与一楼相同，并与发电机的电线适当连接。……在安装维曼拿的三楼时，应遵循与安装二楼相同的程序。与第二层的地板和第一层的屋顶上的固定装置一样，固定装置也应放置在连接第二层的屋顶和第三层的皮塔内。……在三楼东北部，应准备一个小木屋，以容纳发电机。它应该是用索玛安卡罗哈做的。”可以看出，作者对Tripura 维曼拿各层的整体与局部尺寸有一个较为细致的把握。

同时，作者对各层的内设也有描述，如“为供应二楼侧面的室内空气，应固定6英寸宽的空气管，由ksheeree pata或牛奶布制成，用酸清洗，从一楼隔墙到维曼拿顶部，顶部覆盖旋转金属盖，用电动吸气泵工作。注入管道的空气将充满二楼和一楼，为机组人员和乘客提供舒适的空气。”这是新风系统；又如“在两层楼的屋顶上方，应固定铺开和封闭的keelakas。为了分开地板，可折叠的链式配件应每隔10英尺固定一次。发电机的电线应连接到配件上，以便通过它们的操作将地板分离，分离的地板在地面和空中同时移动。”这是某种类似于电梯的传输装置，便于人员、货物流动；再比如“在维曼拿的前面应该竖起一根桅杆，在它的底部应该固定两个青铜钟，以便向机组人员和乘客显示时间。在每一个房间的地板上，如在铁路上，都应安装报警链，以便在有危险的情况下，住户可以呼救。”这是通信系统，可以向机上人员传递有限的信息。

  此外，通过上述文段可以看出，一层主要为动力系统和能源系统，二层主要为机组成员工作、乘客居住的场所，三层为控制系统与各种航行仪器设置的空间。

二、 Tripura维曼拿的能量系统

Tripura维曼拿的能源来自于太阳能，通过某个未知原理的光电转换装置（下称光电管），太阳能被转换为电能，电能驱动光电管旋转，转换为动能，而后再输出为电能，接着进入储能装置，并向各处输送。

手稿中写道：“旋转的Ghutikas应该放在它们的中心，Ghutikas将吸引太阳光并将其通过管子。尖喙里的晶体会把它们吸进去，内部的新纪元水晶和阿姆舒密特拉水晶也起到相同的作用。”

据此推测，Ghutikas可能是一种可随着太阳方位调整姿态的采光装置，它将始终对准太阳，并以极高的效率吸收光线。因此，Ghutikas吸收光线的范围应该是相当宽广，可能具备一定的扭曲、汇聚一定范围内光路的能力，类似大质量星体引起的引力透镜效应。维曼拿的制造者对光、引力、空间曲率的理解与运用必须是相当深刻的。而光电管端部与内部的水晶，应当是某种棱镜装置，能对光线起到汇聚与增幅的效果。

手稿中写道：“电力将被玻璃罩吸收，并输送到电晶体。然后里面的karnikas会接收到它，并用力将其送至中心管。”

由此可见，光电管中填充的主体物质为“电晶体”，是一种可将光能转换为电能的晶体。但这初次生成的电能应当是相当驳杂且紊乱的，因此需要进一步的处理，也就是将其转换为动能，再二次转换为电能。

图3 Tripura维曼拿能源装置想象图

   手稿中写道：“当中央搅拌器旋转时，其他搅拌器也旋转。能量会进入酸中，其中的晶体会高速旋转，将能量强化到1080 linkas的程度。”

由此可以推测，电晶体所产生的电能在金属光电管间产生了强大的磁场，带动光电管的中心管与环绕管以相反的方向高速旋转，并连接某种类似于轮机的发电装置上，从而向外输出稳定的电流。

手稿中写道：“这种力量应该由Ganapa-yantra在摇篮前收集，并储存在中央仓库。Ganapa-yantra是一个机器形状像维格尼什瓦拉。……在它的头部有一个管状的像大象的躯干一样的突起物，上面覆盖着玻璃，里面有电线，固定在摇篮的前部，从颈部到肚脐连接到Ganapa image。三英寸的齿轮是固定的，这样其颈部的一个大轮子在流经后备箱或长鼻的电流的作用下会旋转，进而使其他轮子也处于运动状态。一卷电线应该放在中间。……填充5匙吉瓦瓦卡酸，并在里面放置217个bhaamukha graamukha manis或珠子。”

显然，Ganapa-yantra是一种储能装置。文中提到，其主体部分是一个可在电流作用下旋转的“大轮子”，其转轴中填充了良性导体，外壳也包覆着线圈，似乎是一种使用动能来存储电能的飞轮电池。飞轮电池的构造如图4所示，是一种储能密度高，放能深度大的储能结构，包含真空室、磁悬浮、电力电子变换器等核心技术。这种电池目前在许多领域已有应用（图5-图7）。

图4 飞轮电池构造          图5 飞轮电池实物

图6 使用飞轮电池为电磁弹射器供电     图7 使用飞轮电池的“Express 4”渡轮     

手稿中写道：“需要制作5把2英寸宽的雨伞，并在雨伞上粘上5颗大甘草大小的太阳晶体。雨伞应该固定在海螺上，用阿姆舒帕玻璃罩着。这将吸引太阳光的力量，并传递到雨伞上的晶体上，使晶体和雨伞以1000 linkas强力旋转，进而将力量传递到海螺中的酸和里面的晶体，并可通过电线传输给其他设备。为了精确测量它的力，应该安装一个仪表，此外还需要温度计和其他必要的设备。”

可以看出，电能释放装置类似于发电机，它可能是通过磁场使飞轮带动转子以设定好的转速旋转，并向外输出电流。

三、 Tripura维曼拿的防御系统

手稿中写道：“为了抵御强气流、暴风雨和高温，三台机器应该安装在炮塔的后部、两侧和两侧。这三台机器分别是三面气动保护装置、强太阳辐射调节装置和暴风雨保护装置。”由此可见，Tripura维曼拿为了在高空甚至是近地空间安全飞行，设置了完善的防御系统。

1 ）三面气动保护装置

手稿中写道：“这种装置必须由瓦鲁纳金属制成。经过复杂的配方和制作，最终得到的瓦鲁纳金属的特性与钻石非常相似。为此，应为维曼拿制作一个盖子，附有必要的配件，以便展开和折叠，并与从维曼拿内部引出的电线连接。电荷将渗透到所有的地方，就像帕提卡上的摩尼人一样。三条蛇脸的基拉卡应该被固定。它们在狂风吹来的时候，会吸进狂风，把狂风吹到高处，这样，对维曼拿的风力就会受到抑制，从而避免危险。”

从此段中提到的“吸进狂风”“吹到高处”等信息，可以猜测，所谓的三面气动保护装置可能是一种具备三维矢量功能的涵道结构，可以引导气流平滑地通过，而不产生危险的紊流。如图8-图9所示，历史上的飞机设计师们对涵道式飞行器进行了多次探索。

图8 卡普罗尼TALIEDOSTIPA涵道验证机      图9  贝尔X-22A垂直起降验证机

2） 暴风雨防御装置

手稿中写道：“防雨风暴应该是由克朗查金属制成的，这种金属有摧毁暴风雨的能力。使用由这种金属制成的合金材料制作3英尺宽、与维曼拿一样高的管子，并把它们固定在四周。……从发电机引出的电线应穿过玻璃管并与管道连接。当水流通过它们进入潘查萨摩尼时，其中的集中力与电力混合，将强烈地对抗暴雨的力量，扰乱气流，从而稀释减弱暴雨，使其失效。因此，瓦尔肖帕哈拉卡·扬特拉应该固定在维曼拿上。”

从此段描述中可以看出，所谓的暴风雨防御装置（下称避雨管）是通过两种作用来削弱暴风雨的：一是“水的集中力”，笔者推测其可能指的是水分子间的氢键作用。该装置通过构建一层包围机身的真空薄膜，破坏雨水中水分子的氢键，使雨滴快速瓦解，要实现这一功能，就要求维曼拿的制造者对真空的制造、分子间作用力的调节都熟练掌握；二是“电力”，即磁场排斥雨水，其技术含量是非常高的，因为要达到磁场排斥雨水的效果，就必须使雨水和避雨管带上同样的电荷，这表明，维曼拿的制造者一定掌握了磁单极子的制备技术，对电磁力这一基本力的理解达到了极深的程度。此外，笼罩全机的磁场将会极为强大，如何使其不影响维曼拿自身的运转，做到电磁兼容，是非常困难的。         

图10 氢键示意图           图11 磁单极子假想图

 3） 强太阳辐射调节装置

手稿中写道：“这种装置由aathapaashana loha制成。这种金属有调节太阳辐射强度的能力。经过一系列复杂的配方与工艺，最终得到轻质的、橙色的、耐热的、不易破碎的合金。……在每个容器中，应使用酸清洗并放置121级耐热晶体。然后用金属制成一个10英尺宽的伞形，固定在3根管子上，旋转的keelakas固定在伞盖下半英尺。在这上面，应该固定3个3英尺宽、形状像蒸煮锅的卡拉萨。……在这三个185号的冷扩散晶体上，应该是固定的。三个黑色云母轮应该固定在上面。他们应该覆盖着钱德里卡工具或白色丝棉。应在其上放置一个装有酸根的容器，其中浸有耐热晶体。……雨伞的运动会使热浪受到干扰而旋转。然后，吸热的云母轮吸收热量，这些热量通过根酸将变冷并熄灭。机组人员和乘客将从免受强温度场的影响。”

由此可以推测，所谓的强太阳辐射调节装置（下称隔热伞），应当是一种伞状的遮光板或防热罩，但这种隔热伞与一般意义上的隔热装置在原理上有所不同。如图所示的詹姆斯-韦伯太空望远镜，其配备的巨大的遮阳板台座，是通过多级反射来隔绝热量的，其主要材料为聚酰亚胺，正反面均附有一层100纳米厚的铝，最外侧两层掺硅，每层隔热罩均可以阻挡约90%的热量；如图所示的帕克太阳探测器，其配备的盾形隔热罩，是通过反射+隔热材料来实现功能的，其主体由轻质碳泡沫芯制成，夹在两块碳-碳复合材料面板之间。朝阳表面还涂有特殊的白色涂层，可反射大部分落在其上的阳光。而碳-碳复合材料由嵌入碳基体中的碳纤维组成。重量轻，耐高温，结构稳定。泡沫芯几乎97%的体积是空气，可作为良好的隔热材料。但是，根据手稿中描述，维曼拿Tripura的隔热伞是由导热性能良好的合金制成，虽然本身耐热，却不能隔热，只是起到吸收、传导热量的作用，其隔热功能的实现，最终靠的是安装有“冷扩散晶体”的“云母轮”。可以猜测，所谓冷扩散晶体，应当是一种比热容极高的物质，它将在吸收大量热量后熔融，然后在流经散热管路的过程中向外散热，最后在云母轮上重结晶，开始下一个循环。

   图12 詹姆斯-韦伯太空望远镜                 图13  帕克太阳探测器

四、Tripura维曼拿的动力系统

1） 空中动力

    空中飞行时，维曼拿机翼展开，机身前端的主螺旋桨提供向前的动力，六对侧螺旋桨桨轴指向斜上方，提供部分升力与前进动力，同时，通过侧螺旋桨x轴出力差实现偏航、z轴出力差实现滚转。机身俯仰则由尾翼控制。三面气动保护装置保持开启状态，减小空气阻力，并辅助稳定机身姿态。

2）地面动力

    地面行驶时，机翼收起，主螺旋桨收起，六对侧螺旋桨桨轴指向侧面，成为手稿中所描述的“地轮”，侧螺旋桨涵道旋转，推动维曼拿向前运动，同时，通过两侧地轮旋转的差速实现转向。由于维曼拿的六对地轮是独立驱动的，因此具有较强的越野能力。而地轮轴亦可通过液压作动筒顶升机体，赋予了维曼拿出色的通过性。

3）水面动力

    水面航行时，主螺旋桨收起，六对侧螺旋桨桨轴向前，提供前进动力，并通过侧螺旋桨差速实现维曼拿的转向。机翼向下倾斜，接触水面，使维曼拿成为三体船构型，增强其高速航行时的稳定性。此外，维曼拿也可进入地效飞行姿态，此时，侧螺旋桨桨轴向上提供升力，三面气动保护装置指向前方，涵道出力提高，提供前进动力，机翼展开，形成地效升力。

1.4.4 水下动力

    水下航行时，机翼收起，尾翼充当升降舵，六对侧螺旋桨桨轴向前，提供前进动力，并通过侧螺旋桨差速实现维曼拿的转向。主螺旋桨桨叶向后收起，高速旋转，制造空泡，同时，暴风雨防御装置“避雨管”开启，生成包覆机身的真空薄膜，破坏附面层水分子间相互作用，使维曼拿在水中受到的阻力大大减小，得以快速航行。

五、Tripura维曼拿的建模

       建模部分在CATIA中进行。分为维曼拿主体建模、动力系统建模、内部结构建模。

1）主体建模

       首先建造维曼拿的的舱体部分，该部分包含六对侧螺旋桨的内部传动机构、能量转化系统及部分主螺旋桨和尾舵的动力装置。基底部分采用样条曲线绘制减少阻力的外形，采用凸台特征建立起基底，再利用圆角特征将外部的直角改为圆角以减少阻力。舱体部分从底部到顶部分为三层，舱体部分包含了维曼拿的控制系统、仓库、休息室、观光室等。舱体呈现变形的“椭球体”，前端为流线型设计，减小在空中或水中的行动时的阻力。

       该部分通过采用多截面曲线建出模型的外形，通过抽壳功能将其建成一个壳体。另外，切除前端的一部分实体建出用以安装主螺旋桨的部位。基底和舱体的模型如图14所示。

图14  舱体建模

2）动力系统建模

       维曼拿的动力系统主螺旋桨和六对侧螺旋桨。主螺旋桨提供在空中飞行的前进动力，六对侧螺旋桨提供部分前进的的动力和部分升力；在水面或水中运行时，侧螺旋提供前进动力；在陆地前进，侧螺旋桨化作滚轮向前推进。

       辅助动力系统运作的有维曼拿两端的机翼，在空中飞行时展开，在陆地或水中收起以减小阻力、增加灵活性。尾舵辅助动力系统的功能用于实现在空中和水下的俯仰动作。建成的模型如图15所示。

图15 动力系统建模

       在维曼拿的上端平层建造一个出口，维曼拿的整体外形如图16所示。

图16 维曼拿整体外形

3）内部结构建模

       在整体外形的基础上，在舱体的内部建模、刻画维曼拿的内部细节，并将维曼拿的舱体镂空以清晰观察内部结构。

       舱体建模第一层主要包括仓库和燃料室，燃料室为图中的空心圆柱体部分，用于存在储能物质和能量转换系统。能量转换系统经过一系列转化步骤将太阳能转化为电能并向各处输送。仓库如图17中空心长方体所示，可以用以存放少数弹药、各种生活必需品等。第一层中还包括部分传动系统用以传递机械运行控制维曼拿的动力系统和能量分配系统。

图17 舱体第一层内部

       第一层与第二层隔开，前后都有形如“电梯”的运送装置连接第一层和第二次。第二层结构主要包括客舱和休息室，客舱之间相互隔开，犹如一个个小房间。如图18所示。从客舱和休息室的窗户可以看到维曼拿外部的景观，在空中饱览浩瀚星海，陆地上领略大好河山，水面上目击波涛汹涌，深海里游览海底世界。

图18 舱体第二层内部

       维曼拿舱体的第三层是核心层，这里有维曼拿的控制室，控制室里配备驾驶娴熟的驾驶员，自由转换维曼拿形态以适应不同的运作环境，调整维曼拿的运行速率，监测维曼拿上的各种系统、仪器的正常工作。当然，维曼拿在第三层配备了观光室、茶水间和娱乐室。尽管在第二层的休息室也能包揽外面的风景，但第三层配有设备以提供更好的体验，如“太利眼”望远镜，能放大几百上千倍，再远的距离也近在眼前。

图19 舱体第三层内部及结构外形

六、Tripura维曼拿模型制作

       通过3D打印将维曼拿的舱体、机翼、尾舵等分别打印出来，利用胶水组装。如图20和图21所示。

图20 连接舱体和机翼

图21 连接舱体和尾舵

组装完成模型的整体如图所示。

图22  维曼拿结构模型

 七、总 结

   Tripura维曼拿是一种由太阳能驱动的载具，通过改变其自身形态，可在海洋、陆地、天空中运行。维曼拿维曼拿通过蒙皮外壳吸收太能能，经过二次转化将太能能转化为电能输送到各处；并且，维曼拿建立上中下三层，三层各具有不同的作用和功能，一层动力装置、能量系统、传动系统等，二层主要为乘客和机组人员的休息和活动空间，三层为驾驶舱和游览观光娱乐场所，给乘客提供舒适的体验。

   作为一款给乘客提供极致体验的运载器，维曼拿攻击力不强，只在仓科配备了极少数的弹药用于自卫反击，但是维曼拿的防御力极强，内有三面气动保护装置、暴风雨防御装置和强太阳辐射装置，并且配备了安全性极强的外壳。配有主螺旋桨和6对侧螺旋桨，维曼拿的机动性能也很优异。

  基于上述设想，我们在CAD软件设计了维曼拿运载器，并加入了一下现代元素，将维曼拿模型3D打印出来进行组装，力求美观呈现出Tripura维曼拿运载器。

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