德国工程师弗朗茨·勒洛
这个看似简单的胖三角是最简单的等宽曲线 。想象一下这个神奇的属性 。在一个平面下安装几个勒罗伊三角形作为轮子 。如果你移动飞机,你不会感觉到飞机的丝毫波动 。这时,一些学生又产生了疑问 。既然勒罗伊三角形的随机移动宽度总是一样的,那它能不能当轮子用?答案几乎是不可能的 。为什么呢?
在勒罗伊三角骑着有轮子的自行车
虽然说勒罗伊三角形的宽度在任何旋转条件下都不会改变,但它的旋转中心点是实时波动的 。想象一下,如果你骑一辆以Leroy三角为轮子的自行车,前后轮轴承的位置就是旋转中心,这个中心总是忽高忽低,这样这辆车就可以骑了,但是感觉就像是在飞机上骑跷跷板,好像并不是特别的漂亮 。然而,有些人从这个奇怪的脂肪三角形中获得了灵感,并创造了一项伟大的发明 。
滚动勒罗伊三角形时,飞机根本不动 。
德国人Figas Wankel注意到,当Leroy三角形在一条直线上翻转时,上下宽度总是相同的,旋转的中心是中间区域的一个小圆 。如果采用勒罗伊三角形作为转子,在转子中间加入偏心轴,然后构造特定的腔体,就可以避免旋转过程中的中心波动问题,让转子继续旋转做功 。
转子发动机的发明者
但是,勒罗伊三角有三个明显的角度,在实际加工过程中不容易实现,当转子高速旋转时,必然会带来更多的磨损,因此使用锐角是不可行的 。于是汪克尔采用了变形的勒罗伊三角形,即让一个圆绕着原勒罗伊三角形的边滚动,用圆的最大边的轨迹重构一个改进的勒罗伊三角形 。可以想象,如果这个外围圆的直径相对于勒罗伊三角形更大,最终的轨迹会更平滑 。我们仍然可以证明这样的曲线是等宽的,所以用这样光滑的勒罗伊三角形作为发动机转子更合适 。
转子模型
理论上是可行的,但在实际制造过程中,汪克尔仍需克服各种问题,才有可能将转子发动机变为现实 。1927年,经过无数次试验,汪克尔基本解决了气密性、润滑性等一系列技术难题 。1967年,日本东洋公司首次在汽车上安装转子发动机 。后来,坚持研究几十年的马自达公司,让转子发动机大放异彩 。1991年6月23日,马自达创造了历史 。在当日举行的24小时勒芒耐力赛中,搭载转子发动机的马自达787B以领先第二名两圈的巨大优势夺得冠军!
创造历史的马自达神车787B
转子发动机虽然也有燃烧不充分、污染严重、油耗高的缺点,但与传统的活塞式发动机有很大的不同,其体积小,从发电就能产生惊人的动力 。它的出现确实给人们追求动力带来了耳目一新的感觉,原来的发动机还能这样 。
清扫车的外形也是Leroy三角 。
为什么井盖基本都是圆的?这个问题真的可以有成千上万个答案,每个答案都能让人信服 。从纯数学的角度,我们得出了这么多经典的结论,真是出乎人们的意料 。在了解了井盖的原理后,我们发现了勒罗伊三角形,并从勒罗伊三角形的特点出发,提出了等宽曲线的概念,然后将勒罗伊三角形付诸实践,建造了一台旋转式发动机 。
我相信井盖的科学将永远延续下去 。
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