仅凭一根在风中旋转的圆柱（仅凭一根在风中旋转的圆柱）

我们先来看一个巨大的球体，滚着滚着。。。就滚上了天。

这是上世纪80年代Magenn Power公司制造的一款试验性球形飞艇，它的原理并不复杂，因为大家经常能见到这种现象，那就是——香蕉球！

1852年马格努斯描述了这种效应，它的作用机制比较复杂，但可以简化理解为在流体中旋转的物体，导致其上下两侧流速不同而产生的压力差形成了偏转力。

流体运动和物体的旋转方向与速度决定了偏转力的方向和大小，应用库塔-茹科夫斯基定理进行计算。

马格努斯效应力的作用是很大的，例如本来应该会几乎垂直下落的篮球，若是将它旋转着扔下去就会漂移出很远的距离。

上旋球的飞行弧线要更低、更短，下旋球的马格努斯作用力的方向是向上的抵消了一部分重力所以飞的会更远一些，有的使用球形弹丸的玩具枪就会设计成出膛下旋以增加射程。有踢足球经验的同学可能比较清楚，迎着来球底部轻轻搓一脚，虽然力量不大但球却可以缓慢的在空中多飞一会。

Magenn Power公司马格努斯飞艇的核心部件就是一个巨大的氦气球，具备浮离地面的能力，然后在飞行过程中球体内部的机械结构使其向后旋转，随着旋转速度和前进速度的增加，飞艇的升力变大就会飞得更高，旋转减速甚至倒转就能快速下降。因为它的旋转特性，飞行的稳定性会大幅提高，阻力也会有所降低，这是一项非常有创意又很实用的设计，很具未来科幻感。

不过遗憾的是，与其它飞艇一样受制于结构强度和动力的矛盾约束，由于巨大的空气阻力在大风中飞行异常艰难，若是提升动力不仅带来重量的增加，其轻型结构强度也难以承受。但愿在未来材料学发展的支持下，马格努斯飞艇能够重获新生，这家伙像极了独立日2里面从时空漩涡中惊艳出场的那个智能（生命？）球。

基础研究的重要性是无可替代的，最基本的现象与规律被发现和研究以后，在实际应用中就可能会将其发挥到极致。

既然在风中旋转就能产生升力，那么对当时非常重要的海上航运来说就可能是一个良好的契机，因为机帆船一直是一个梦想中的完美事物，有风则借力、无风靠机动。

但机帆船的缺点也是非常明显的，首先就是操作复杂，升帆、降帆、还需要根据风向与风速变化不断调整帆位，要使用更多的人力，其次是巨大的风帆会严重占据甲板面积影响载货，恶劣天气中的甲板操作也增加了船员的危险性，机帆船已经不适用于现代化的大型轮船。

而利用马格努斯效应推进就会避免上述的很多问题，只需一名船员在控制室内自动化操作圆柱体的旋转速度和旋转方向即可，能够最大程度上利用侧风升力。德国工程师弗莱特纳在1924年建造了第一艘实验性转子船，安装了两根高15米、直径3米由电力系统驱动的转子。

但可能是由于当时的机械与传动及转换系统的效率问题限制，这艘船用于驱动转子的动力消耗与传统的螺旋桨推进方式相比并没有优势，在经济性上无法与廉价燃料竞争，因此这种驱动方式被长期搁置了。

直到上世纪80年代第二次石油危机，暴涨的原油价格令航运业又重新拾起了对转子帆的兴趣，考虑将其作为提高燃油效率的一种方式。德国Enercon公司2010年建造了一艘长130米的万吨轮，安装有2个螺旋桨、4个高27米直径4米的转子，使用柴油机废气的汽轮机驱动转子来利用风力辅助航行，以达到节省燃油的目的。

Enercon公司经过长期的研究和测试后认为，与相同尺寸的传统货轮相比，他们的转子船可以节省高达25%的燃料。

实际上转子船对燃料的节省程度与航速和风力高度相关，船速越慢（阻力小）、风力发挥的效能越高，例如在航速28公里时节省15%，那么在18公里时节省下来的就可能会高达44%。综合来看在燃料节省与环境排放压力日趋增大的情况下，转子辅助航行技术的确具有一定的应用前景。所以，参与转子船改造实验和测试的航运公司开始增加，例如这艘只安装了一个图腾般的转子看上去怪怪的游轮。。。

10万吨大型油轮上的转子帆。

这艘货轮更酷，在船的一侧安装有导轨，转子可以灵活的在上面移动，碍事的时候能收纳到一边。

机动帆船，最终可能会以这种圆柱形的、用碳纤维和玻璃纤维制成的需要更少动力驱动的、轻型转子帆形式转世重生。

既然转子相对于空气运动就能产生垂直的力，那么飞上天似乎也可以考虑一下。

在直升机应用之前，固定翼飞机很难做到低速巡航飞行，想要飞得更慢比提高速度难得多，但却有很多的实际场景需求。于是，马格努斯效应就上场了，第一架转子翼飞机1910年就试飞了。

还制造过这样的。

不过似乎仍然是受限于当时的飞机制造水平，试飞并不是很成功，美国军方和NASA也都做过评估分析，但最终都没有继续。有几个主要的因素可能是导致放弃的原因，首先是高速旋转的转子翼会产生强烈的陀螺效应，稳定性很强致使飞机难以灵活的改变飞行姿态、操控性很差；其次是转子翼若因意外停止了旋转，那么失去升力的飞机是无法滑翔迫降的。

不过当今的航模爱好者可是将马格努斯飞行器发展到了极致，各种古怪奇葩的东西都能飞上天！

甚至两个肯德基全家桶也行！

只要能够让圆柱体保持旋转，同时螺旋桨带动飞行器前进，那么就可以飞起来。下面这个只有圆柱体和可操控方向的螺旋桨，但没有任何机翼也没有起落架的就需要扔出去获得初速才能飞。

而这种圆柱体本身没有动力、不能自主旋转的也可以，只要叶片结构的转子翼能迎着风被吹动转起来就能提供升力，从而在螺旋桨的推进下飞行，当然也得抛出去获得初始转动才可以。

别不信，有视频为证，这些稀奇古怪的东西都能飞起来！

也许有一天，它们能够以飞行汽车的形态出现。

当然，现在尝试好像有点为时尚早，在这方面主流机构还没有什么投入。

但是将转子融合进机翼，改良气动布局、增加升力还是可行的。

NASA试飞过这种类型的样机，能够大幅提高低速性能，将转子嵌入到了机翼后部的襟翼之间，用传动轴连接两个转子以防单个失效或转速不同。

虽然对马格努斯效应的利用进行了很多尝试，但我们也看到了距离规模性应用还很遥远，而比较有潜力的一个方向可能会是便携式的风力发电。因为距离地面比较高一些的地方风力更大，所以风力发电机越造越高，但这东西是无法移动的。若是使用一种能被风吹着转动的圆柱形物体就可能会解决这个问题，马格努斯效应会产生升力，让这个东西升到更高的空中。

在这个便携式的装置中，安装了发电机系统，用固定缆绳内的导线将电传输到地面，充上氦气让它飘离地面，被风吹动旋转以后就能升到2、300米的高空充分利用风力，可以在野外临时性的快速搭建使用，对此的研究相对多一些。

最近几天不是媒体上说川普认为风力发电机致癌吗？实际上指的就是巨型风力发电机带来的噪音污染问题，马格努斯螺旋桨表示也可以凑一下热闹。。。

马格努斯效应在电机带动旋转的麻花柱上能够产生比较大的升力，即使只有常规螺旋桨约四分之一的低转速也能够驱动重型发电机，大幅降低的转速使得风力发电机的噪音大为减小，可能与风声相差不大，也能有效降低鸟撞上叶片而死亡的概率。

上述这些应用，全部始于对一个小小的香蕉球现象所引发的研究而带来的，整个过程十分的有趣，也能令我们意识到基础研究的重要价值的确无可替代，哪怕十分微小而不起眼的一个未知问题都可能会带来意想不到的发现。

就如同苹果为什么会掉到地上，这是一个再正常不过的常识了，难不成还能掉到天上去？烧糊涂了吧～～但在天经地义了成千上万年之后，终于有一天砸到了牛顿的头上。。。人类进程自此开启了加速模式，不过现在又隐隐显现出了减速的趋势，那么，属于你的那个苹果究竟在哪里呢？

来源：人类旅程

编辑：Shiny

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