第132章 请教数学家（2/2）

直线传播的微粒，但您告诉我们光是波。那么，水流在螺旋叶片间的流动，难道不也是一种波吗？」

这话一出，托马斯·杨的胸口顿时一疼。

他走到黑板前，看着那些关于光程差的公式。

作为一名科学家，他深知明轮的缺陷，那是牛顿力学在宏观世界的一次拙劣应用。

而螺旋桨，那种将旋转转化为线性推进的扭曲曲面，本质上不正是一种寻求最优解的数学之美吗？

「您看，托马斯先生，」富尔顿趁热打铁，「杜根少将想请您用牛顿的方法，也就是微积分，去推翻那些人对牛顿的僵化理解。这不仅单纯的为一家造船厂担任技术顾问，这是你对那些老顽固的复仇。」

这话又把托马斯·杨激的脑袋一疼。

富尔顿不急不慢地继续说道：「托马斯先生，杜根少将认为，目前的螺旋桨之所以失败，是因为工匠在盲目试错，缺乏对流体动力学的理解。我们需要的不是铁锤和凿子，而是数学。少将让我转告您，叶片不应是平板，而应是扭曲的曲面。但他不知道具体的曲率是多少，这需要您用微积分来定义。」

「曲面？」托马斯·杨原本涣散的眼神逐渐聚焦。

他直接转身走到墙边挂着的一块巨大的黑木板前，上面密密麻麻写满了各种三角函数

的公式。

「你所说的螺旋面推进器」，我听说过，和阿基米德螺旋差不多的东西。其内核在于将旋转运动转化为轴向推力，同时尽量减少能量的无谓损耗。」

托马斯·杨背对着富尔顿，手指在空中虚划著名，「目前的失败，无非是两个原因：一是攻角不对，二是叶片形状产生了过多的涡流。」

他猛地转过身，眼中闪烁着发现新课题的光芒：「富尔顿，你知道为什么明轮效率低吗？因为它有一半的桨叶在空气中空转，而且在水中的部分还会产生滑流。但如果把推进器放到水下，利用水的不可压缩性————」

「但这正是难点！」富尔顿忍不住插嘴，「我们尝试过把螺旋桨放在水下，但阻力太大，轴很容易断，而且根本推不动船！」

「所以说，原因就是你们的叶片设计得太蠢！」杨毫不客气地打断了他，「你们用的是平板，或者是简单的扭曲铁片。那不是推进，那是搅拌！真正的螺旋面，其截面应当是一个不断变化的扭曲曲面，使得水流在进入和离开叶片时，速度和压力的变化是连续的，而不是突变的。」

托马斯·杨走到书桌前，抽出一张全新的纸，开始飞快地绘制草图。

「看这里，」他用笔尖点着一个类似扭曲梯子的图形，「假设水流是理想流体，忽略粘性阻力。如果叶片角度是固定的，那么在旋转过程中，其攻角会不断变化，导致升力损失。除非————」

杨的笔尖在纸上飞速舞动，各种希腊字母符号如流水般涌出：α（攻角）、β（安装角）、η（效率）、V（流速）、n（转速）。

「————除非我们将叶片设计成一种等螺距的螺旋面。你看，如果我们把叶片沿径向切开，每一个截面的安装角β必须随着半径r的增加而减小，这样才能保证在任一半径处，水流的入流角都相等。只有这样，才能最大程度地减少诱导阻力。」

富尔顿看着那些鬼画符般的公式，额头渗出了冷汗。

他虽然懂机械，但对这种高端数学完全是一窍不通。

「托马斯先生，这些————这些符号能保证它转得动吗？能保证它不断裂吗？」

「数学不能保证铁的质量，富尔顿先生。」杨擡起头，冷冷地看着他，「但数学可以保证，如果你的叶片是按照这个曲面方程铸造的，那么它在水中的推力将比你们现在试的那些破烂高出百分之四十以上。而且，它能承受更高的转速，因为它受力均匀。」

杨将草图推向富尔顿，语气缓和了一些，带着一种艺术家完成杰作后的满足感：「给我三个月。给我提供你们发动机的最大功率、每分钟转速、以及预计的船体吃水和排水量。我会计算出最佳的盘面比、叶梢速度比和螺距。到时候，你们只需要照着图纸铸造即可。」

「谢谢你，托马斯先生！」富尔顿正要上前和托马斯·杨握手。

托马斯·杨却把图纸收了回去，「我的顾问费————我们还没谈妥我的顾问费呢！」

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