广告

2008年。给你一个喷气背包。

少数勇敢的人已经实现了个人动力飞行。

Google NewsGoogle News Preferred Source

新闻简报

注册我们的电子邮件新闻简报,获取最新的科学新闻

注册

谁不想像鸟儿一样在开阔的天空中飞翔,背后只有一对翅膀和一个喷气发动机?少数人——比如瑞士飞行员伊夫·罗西(见下文视频),他设计的硬质机翼配有喷气发动机——已经成功了,至少在飞机将他们带到适当的高度之后。现在,德国ESG Elektroniksystem和Drager Aerospace的研究人员正着眼于军队的喷气背包幻想。他们正在为终极的秘密突袭开发一种高科技硬质机翼喷气背包——“狮鹫”(Gryphon),让伞兵拥有战斗机的机动性。

广告

穿着装有喷气燃料、重达110磅的“狮鹫”,伞兵将从33,000英尺的高度跳下飞机,飞向目的地。流过5英尺9英寸机翼的空气将产生升力,而阻力会减缓速度,重力则将其向下拉。几秒钟后,发动机将启动。这时,航空航天设计中一个长期存在的挑战——机动性和稳定性之间的斗争——就会出现。过多的稳定性会使转弯困难。过多的机动性则会使设备难以控制,危及飞行员。为了解决这个问题,“狮鹫”的设计者们计划增加一个计算机化转向系统,以增加稳定性,同时允许飞行员进行足以进行滚转和转向的控制,这与战斗机上已使用的系统非常相似。

当然,终极的喷气背包幻想并不包括从飞机上跳下。但目前还没有哪个带翼喷气背包能提供真正的从地面到空中的飞行。飞机在跑道上的快速移动产生了将其送入空中的空气动力学助推。要从静止状态起飞,飞行员需要足够的向上推力来克服自身的重量。美国宇航局研究飞行历史的工程师汤姆·本森说:“他们必须把自己绑在火箭上。”“或者,一个非常非常强大的喷气发动机。”

虽然“狮鹫”被设想为对军用降落伞的改进,但其设计者也关注极限运动市场——而计算机化转向控制系统可能正是未来喷气背包飞行员所需要的。但目前,如果你想像鸟儿一样飞行——包括爬升、俯冲和下降——你最好是一个德国伞兵,或者是一个技艺精湛的胆大妄为的发明家。

牛顿应该为喷气背包获得荣誉吗?虽然飞行的具体细节很复杂,但飞行的基本描述却很简单:重力将你向下拉,升力将你向上推,推力使你前进,阻力将你向后拉。关键要素是升力,它是唯一能让我们摆脱重力束缚的力量。通常,升力是通过伯努利原理来解释的,该原理认为,因为机翼顶部的空气比底部流动得更快(机翼底部是平直的,而机翼顶部是弯曲的,所以流过机翼的空气在相同时间内走得更远),所以机翼上方的气压较低。机翼上方的低压会“吸”着机翼(以及希望中的飞机)向上,就像你嘴里的低压能把苏打水吸进吸管一样。

但许多物理学家认为,这种传统的教科书解释是不完整的。从牛顿运动定律的角度来看飞行,机翼的主要功能是向下推空气。机翼向后倾斜,所以当空气在飞行中推到机翼表面时(机翼实际上是推向空气,但效果是一样的),空气会被重新定向向下。根据牛顿第三定律(“作用力与反作用力大小相等,方向相反”),被向下推的空气会将飞机向上推。这——以及伯努利效应——就产生了飞机的升力。

牛顿的解释说明了为什么我们需要喷气背包中的“喷气”动力。所有机翼都能做的就是减缓下落。但是,通过一套火箭发动机提供的向前推力,机翼会撞击更多的空气,将更多的空气向下推,从而将喷气背包(以及希望中穿戴它的人)向上推。这就是为什么伊夫·罗西的机翼包含四个火箭发动机,以及为什么“狮鹫”最终将使用火箭动力。

保持好奇

加入我们的列表

订阅我们的每周科学更新

查看我们的 隐私政策

订阅杂志

订阅可享封面价高达六折优惠 《发现》杂志。

订阅
广告

1篇免费文章