我造了一件钢铁侠战衣，防弹抗爆，能！上！天！
初中物理知识就够了
乾明 晓查 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
无数人心心念的钢铁侠战衣，被人高度仿真做出来了：
出手者，是久负盛名的美国特效工程师、著名极客节目《流言终结者》主持人Adam Savage。
在他新做的一档节目Savage Builds中，介绍了这一壮举。
与其他钢铁侠战衣的Cosplay者相比，Adam的战衣明显精良了太多，而且防弹抗爆：
最关键的是，这个战甲真！能！上！天！
要知道，漫威电影中，第一代钢铁侠战衣的雏形也不过如此。
视频放出来之后，瞬间在社交网络上刷屏，惊叹之声无处不在，而且想要者甚多。
那么，这样一个能飞的钢铁侠战衣，是怎么造出来的呢？
飞行原理
我们先从原理讲起。
在Adam Savage造出钢铁侠战衣后不久，科技媒体《连线》杂志就发表了一篇文章，从物理学的角度，详细分析了背后的原理。
而且所需物理知识，没有超出九年义务教育范畴。
如果足够细心，你一定记得“钢铁侠”刚开始飞行时候，手臂会略微张开，保持一定角度。
这并非只是剧情效果需要。
因为这样一来，就会受到4个力的作用：有向下的重力（mg），来自背包喷射产生的向上的推力（FB），以及来自两个手臂喷射装置向上的倾斜的力（FR和FL），各个力的方向与构造大致如下图所示：
初中物理老师告诉我们，在这种状态下，想要钢铁侠悬浮在空中，需要各方合力保持为零，
其对应的公式如下：
那么，如果不改变喷射推力，怎么从悬停状态变成到加速起飞呢？
其中的关键是两个喷射臂的推力角。从上面的受力分析图来看，人在水平方向上受到的力有两个，来自左右喷射臂。
如下图所示，θ代表手臂与水平方向的夹角，力的大小分别是FRcosθ、FLcosθ。
在悬浮状态下， FRcosθ = FLcosθ，它们大小相等方向相反，相互抵消。
垂直方向上，人受到的力有4个，分别是来自喷射背包、喷射臂以及地球引力。假设战衣驾驶员处于悬停状态，则y方向上的合力必须为零。
FRsinθ + FLsinθ + FB – mg = 0
想飞起来，就把手臂贴近身体，此时手臂与水平方向的夹角θ增大，sinθ也在增大，总的升力将会大于重力。
同样的，当把手臂逐渐放平减小θ时，总的升力将小于重力，人就可以缓缓落回地面。
如果你是钢铁侠，想要操控战衣飞到别的地方去，就需要改一改喷射方向。
为了加速前进，你需要将你的手朝向后方，或者把身体向前倾斜，喷射器就会把你的身体向前推。反之亦然。
只有原理还不够，要让一个人飞起来，大致需要多少能量呢？一年前，《连线》也发文推算过这个问题。
喷气背包的原理是吸入空气喷向下方，产生向上的反作用力。推力对空气做功等于空气获得的动能。
由此算出推力的大小。
其中，ρ代表空气密度，A是喷射器截面面积，v是空气最终喷出的速度。当这个力等于重力的时候，人就能做到悬停。
此时喷射器的功率为：
人+钢铁侠战衣的总重量为90kg，总共有6个喷射器、每个直径都是10厘米，带入其中的算出功率为78千瓦或者104马力。
实际上Adam拍摄所用的钢铁侠战衣功率比这个结果大得多，约1000马力。
原理简单上手难
可以看出，钢铁侠战衣的基本原理并不复杂，但实际的制造过程却比这个复杂得多。
不过，得益于现代工业的发展，Adam在制作的过程中使用了很多现成技术。
首先，战衣上的各个部件，都是通过3D打印制作，原料是钛合金，其防弹的能力也是来自于此。
飞行则是依靠战衣上的三个小型喷射引擎，它们来自喷气背包公司Gravity Industries。
如上述分析，战衣的背部一个，左右手臂上分别有一个，这样的设置，让驾驶者只需要动一下胳膊就能够调整飞行姿势。
不过，与真正的钢铁侠战衣不同的是，喷气背包和喷嘴不可能和真正的史塔克战衣一样小。
常规动力在钢铁侠胸前的弧形反应堆面前不值一提。
Gravity Industries仅仅能提供1000马力的功率，托尼·斯塔克的反应堆使用的是核能，每秒就能输出8千兆焦耳，大致相当于每秒烧掉200多升汽油，功率是前者的1万倍以上。
所以制作钢铁侠战衣最大的瓶颈和智能手机一样，都是电池续航太短，斯塔克的那颗弧形反应堆才是核心难题。
当然，最核心的地方还在于，动力引擎与战甲并不能集成在一起。
以至于不少人看到Adam的钢铁侠战衣之后，第一反应就是，这不是红警里面的火箭飞行兵吗？
说实话，还真有点像~
参考链接：
连线杂志报道：
https://www.wired.com/story/the-physics-of-actually-flying-around-in-an-iron-man-suit/
Adam Savage造出钢铁侠视频地址：
https://www.discovery.com/tv-shows/savage-builds/full-episodes/building-iron-man
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