神秘的黑洞展項設計方案.doc

神秘的黑洞項目技術方案1. 技術方案1.1. 引力場模擬本展品采用漏斗狀臺面模擬黑洞引力場，其漏斗形的引力場曲面形狀決定了小球軌跡的真實性及觀賞性，是影響本展品展示效果的關鍵因素。1.1.1. 引力場曲面形狀理論推導引力場曲面的作用是模擬黑洞的引力場，利用小球的自重在曲面上的水平分力，模擬小球受黑洞的引力。要求小球在曲面上任意點的水平力為指向黑洞中心，且與小球據(jù)黑洞中心的距離成正比，以符合萬有引力公式。由于我們所模擬的空間在特定平面內(nèi)，且萬有引力空間上僅與半徑有關，故曲面為繞黑洞中心的回轉(zhuǎn)體，故我們只需推導該回轉(zhuǎn)體的側(cè)母線即可。圖中F：小球所受的水平分力； N：支反力； m1：小球質(zhì)量； m1g小球自身重力?？汕蟮茫篎=m1gtg其中tg為曲線的斜率，用k表示。得：F= m1gk萬有引力公式：F引=G（m1m2）/r2令F引= F得：Gm1m2/r2= m1gk整理得：Gm2/(gr2)=k上式即為漏斗形引力場曲面的側(cè)母線的斜率方程。將r改為x，對斜率方程進行不定積分即得到下面所需的原方程。y=- m2G /g1/x曲線形狀：圖1. 引力場曲面的側(cè)母線回轉(zhuǎn)為曲面如下：圖2.引力場曲面公式中G、g的值按實際值選取，設計過程中需對m2進行調(diào)整，并進行仿真，以取得較好的展示效果。1.2. 黑洞引力場布置展品需在1500mm圓形臺面內(nèi)布置兩個黑洞引力場。見下圖圖2.黑洞引力場及發(fā)射裝置布置發(fā)射裝置置于黑洞中心連線的正下方，發(fā)射角度范圍約90度，可體驗小球各種接近和逃逸黑洞的軌跡。漏斗形引力場之外的平面均有微小的、指向回球滾道的坡度，可使小球在任意情況下，均無法停留在平面范圍內(nèi)。設立橢圓形擋邊，擋邊與平面為圓弧過渡，可使小球在貼近擋邊運行時速度損失減小。2. 設備布置圖3.設備布置示意圖2.1. 小球回收系統(tǒng)漏斗下方設置滾道，可使小球自動滾回發(fā)射位置下方。設有鏈式提升裝置，自動將球提升至發(fā)射位置。2.2. 彈射發(fā)射位置設有手動彈射器，可將小球彈出。彈射器發(fā)射角度可調(diào)節(jié)，且彈射力度可調(diào)節(jié)。2.3. 圖像系統(tǒng)黑洞上方設有攝像機，可將小球運動軌跡在水平面上的投影顯示在大屏幕上，便于觀眾觀察和正確的理解原理。3. 制作工藝3.1. 臺面臺面上含有兩個漏斗形引力場曲面，形狀要求精確，表面耐磨性好。臺面采用玻璃鋼材質(zhì)，表面涂超硬聚酯漆，具有造型精確，表面硬度高、耐磨損的特點。漏斗形黑洞引力場由數(shù)控機床加工側(cè)母線樣板，采用回轉(zhuǎn)法制作模具，經(jīng)玻璃鋼翻制，制作出兩個黑洞漏斗。兩個漏斗與臺面拼合粘接，刮膩子并打磨光滑。然后，進行小球滾動實驗，并精確調(diào)整平面區(qū)域坡度。通過實驗后，整體用玻璃鋼翻制陰模，然后再從陰模上翻制出平臺最終形狀。表面經(jīng)打磨后，涂聚酯漆，并經(jīng)高溫烘干后成型。保留平臺陰模，如日后平臺有損壞、磨損，可直接從陰模上翻制。3.2. 臺座臺座采用鋼結構骨架，外殼為玻璃鋼結構，具有造型美觀，制作方便的特點。臺面置于臺座內(nèi)部上方，臺座