让人变身成“飞鼠”的翼装飞行

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Image caption (图片来源:Getty Images)

在英国南安普敦大学(University of Southampton)的RJ·米切尔风洞装置(RJ Mitchell Wind Tunnel)中,高空跳伞员安吉洛·格鲁比西茨(Angelo Grubisic)正御风而行,在空气冲击流的全力夹持下,其速度达到每小时90英里(时速135公里);期间,他像标本盒里的飞蛾一般被拴好扣牢。这可不是为了好玩:此时此刻,他正引领着一次破纪录的尝试,意欲将航空工程学原理运用到翼装高空跳伞极限运动中来,从而解决翼装设计领域里迄今仍缺乏明确规则的问题。

格鲁比西茨的本职工作是南安普顿大学的航天器推进及航天学的讲师;同时,他还是一名拥有500多次跳伞纪录的极限运动爱好者。今时今日,他正将自己的兴趣爱好与科研工作结合起来,与10名航空专业的学生一道,利用南安普顿大学的航空分析和测试工具,设计一款新型超空气动力学翼装。

这支来自南安普顿的研究团队致力于打造一款承受阻力更小、飞行时间更久的翼装,并将藉此打破现有的多项纪录、创造数个人类翼装飞行的新纪录,其中便包括了起跳高度纪录、最大速度纪录、最远距离纪录以及翼装飞行持续时长纪录。

此外,它不仅赋予了研发团队吹嘘的资格,而且还会为我们带来实打实的效益:新型翼装很可能有利于救人性命。在翼装飞行运动领域,有一项越来越危险的分支项目,即所谓的“低空翼装飞行”,低空跳伞(Base Jumping)的一种。在这项运动中,飞行员从悬崖而非飞机上纵身跃下,飞经山坡和树林上空,间或甚至还会掠过细长的沟渠和岩洞,期间其飞行高度仅有几十英尺。在此过程中,一件能延长飞行时间的翼装很可能会让一切大不相同。尽管如此,也有部分专家认为更为炫酷的翼装只会使冒险玩命的形式更为多样化,而并无别的裨益。

Image caption 风洞试验为我们呈现了翼装周围的空气流场情况。(图片来源:University of Southampton)

格鲁比西茨团队并不打算进行诸如此类的各种低空飞行。他表示:“我们非常厌恶风险,喜欢中规中矩”。他们将这个准备创记录的计划称为“伊卡洛斯项目(Project Icarus)”。在飞行进程中捕捉翼装的三维几何图像是项目里的一项工作,由一个特殊的胸挂背心完成(其形如一块罗马式胸部盔甲),顾名思义,要将它绑在飞行员的胸部。绑好后,翼装飞行员经由连接到胸挂背心的接线柱,悬挂在风洞的顶板上。等拴好扣牢,飞行员便在各种风力条件下接受激光扫描,计算机借此建构精确无误的三维计算机模型。

接下来,他们将这些捕获而来的模型数据导入到计算机流体动力学软件中。然后,启动一个计算机集群,让它们以超级计算机的速度运转软件,共同对数据进行处理,从而精准模拟被拴住的翼装飞行员周围的空气流通情况。随后,基于这些数据结果,研究团队中的空气动力学专家能够对翼装周围的空气流动状况、涡流的形成方式以及相应的阻力产生路径进行分析,同时示意他们可以通过多种途径改进翼装及飞行员的头盔,从而获得最佳的空气动力性能。

在完成此项工作之后,他们就可以打造全新的翼装飞行服了;而且,他们还可以在实际飞行测试以前,通过风洞试验对其进行检验。飞行员的胸挂背心连接到可沿六个不同轴线移动的系统上,“这使我们能够以非常高的精度测量翼装产生的各种力矩,”格鲁比西茨如是说。

研究人员挑战的这个领域,有着戏剧般的历史变迁,尽管事实上,我们并没有完全搞清楚第一身翼装飞行服出自谁手——这是因为有许多想做“鸟人”而未得的人穿着不堪一击的翼装飞行服,从高耸的建筑物和热气球上一跃而下,一命呜呼。其中,由不幸殒命的裁缝师弗朗茨·艾香德(Franz Reichelt)所穿戴的新奇玩意儿恐怕是最接近现代翼装的飞行服了。他身着自己打造的翼装服,于1912年2月从巴黎埃菲尔铁塔的第一段跳下来,一命呜呼。他未及打开自己研发的混合了降落伞和人造翅膜的大型装备,就猛地撞到了地面上。同样,这起事故的影像也被抓拍留存了下来。格鲁比西茨表示:“现场非常狰狞,几乎形同自杀。”

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Image caption 目前,翼装飞行的最高速度纪录(于2011年创造)为225英里/小时(361千米/小时)。(图片来源:Getty Images)

在翼装发展历程上,将(用于缓冲并实现安全着陆的)降落伞装置与(用于延长自由落体进程的)翼装飞行服区分开来是关键性的一步。在上世纪30年代,跳伞运动员们小试牛刀,在跳伞时身穿成套飞行服,借此可在水平面上滑翔一段后,再打开降落伞。而关键性的一着出现在上世纪90年代:来自法国和美国的先行者制作了成套的飞行服,其结构坚硬并以肋状物支撑,从而实现传统意义上的翼形飞行;此外,他们的尝试先后取得成功,为这一领域带来了商机,出现了多家翼装制造企业。

现如今,翼装由柔软而富有弹性尼龙材料制成;进气口使翼装能在飞行过程中充气膨胀,当飞行员伸展手臂时,这样的设计令其双臂下方和两腿之间形成增压膜,从而产生升力——此时的飞行员略有几分像一只飞鼠。但是,威尔特郡(Wiltshire)内瑟拉文(Netheravon)陆军跳伞协会(Army Parachute Association)的杰姬·哈珀(Jackie Harper)指出,翼装怎样飞行、安全程度如何很大程度上取决于穿着者自身的操纵技术。她表示:“毕竟,拥有一辆一级方程式赛车,并不会使你摇身一变成为最好的车手”。

在传统的高空跳伞中,跳伞运动员迅速达到每小时120英里(时速192公里)的终端速度。但在翼装飞行过程中,水平最高超的飞行员可以将垂直下降的速度减少到每小时40英里(时速64公里),同时显著提高自身的前进速度。哈珀指出:“在大多数时候,高空跳伞的感觉就像是在往下坠落。可要是你身着翼装,就不会觉得自己在往下掉了。因为你可以实实在在地感觉到自己在快速前进。而且,你的速度越快,你就越能较好地感受到升力的作用。也就是说,你真的是感觉自己在飞呢。”

目前,翼装飞行速度的最高纪录(于2011年设立)为每小时226英里(时速361公里)。而伊卡洛斯项目团队希望凭借他们的新型翼装,把最高速度纪录提高到每小时280英里(时速450公里)以上。然而,他们并不打算仅凭先进的航空学知识来实现这一目标:他们希望通过绝对起跳高度来博得一些优势。他们企图借用一架波音C-17“全球霸王III”(Globemaster III)运输机,试图从45,000英尺的高度起跳,并打破四项世界纪录。

Image caption 在风洞试验期间,飞行员被拴好固定在风洞装置上。(图片来源:University of Southampton)

格鲁比西茨指出:“在那个高度位置上,空气密度很低,因而在最初的俯冲进程中,翼装飞行员速度会非常高”。他补充道,就算不借用C-17飞机,一个热气球或许也足以达到同样的效果。

此外,之所以要飞到如此的高度进行起跳,还有别的原因:在翼装飞行领域,现有的纪录频频被打破——而以高达45,000英尺的高度起跳,将会使其他跳伞者更加难以超越他们创造的纪录。例如,2015年8月,哈珀从2万英尺的高空跳下,创造了翼装飞行最长距离的纪录:11.2英里(17.9公里)。然而,才到今年5月,来自美国的凯尔·洛布普里斯(Kyle Lobpries)就从35,000英尺的高空跳下,将翼装飞行距离延长到了18.8英里,打破了哈珀的纪录。

此外,洛布普里斯还飞了8.4分钟,打破了哈珀之夫斯蒂芬(Stephen)所创造的5.9分钟最长飞行时间纪录。而在那架班机的巡航高度,无论洛布普里斯,还是格鲁比西茨,都会缺氧。

那么,在扫描并运算完成现有翼装飞行服的性能之后,伊卡洛斯项目团队究竟还可以做些什么,让他们的翼装别具优势呢?格鲁比西茨表示:“现在,我们正在检测诸如翼剖面、翼平面(形状)等的细节,同时研究由头盔和降落伞包等配件所带来的阻力问题。此外,由于人体可以说是非流线型的,所以由飞行员四肢所带来的阻力问题也在我们的考量范围之内”。

就像空客公司和波音公司对其大型客机所做的修改,在翼装飞行服的翼梢添加具有减阻效力的小翼同样切实可行。就风洞试验的结果来看,向上弯曲的混纺制小翼似乎带来了一些令人鼓舞的效果。

这种科学方法得到Tonysuits公司创始人托尼·乌拉加洛(Tony Uragallo)的支持。Tonysuits公司是一家总部设在佛罗里达州(Florida)的翼装飞行服制造商,其产品通常被视为市面上最好的行货。但他坦言自己总是通过反复摸索,才能设计出产品。乌拉加洛表示:“安吉洛现在采用的设计之道,百分之百就是未来翼装飞行服的设计之道”。

Image caption 伊卡洛斯项目团队正在研究翼形会如何影响翼装飞行,他们甚至还考察头盔所造成的阻力对翼装飞行的影响。(图片来源:University of Southampton)

然而,哈珀对此并不全然赞同,她说:“风洞应出色地提供关于翼装周围气流的数据,这有助于翼装设计;但鉴于翼装被拴在风洞里,我不能确定它能否百分之百地精确反映出飞行员在自由落体进程中所处的真实位置。”

当此之时,低空跳伞者的死亡率不断攀升,其中许多人都身着翼装。Blinc杂志低空跳伞死亡者数据库显示,仅在今年8月份,就有15名低空跳伞者殒命,其中8人死时身穿翼装。

格鲁比西茨指出,眼下有许许多多的翼装飞行员死去,置他们于死地的,有些是“他们一开始”从崖面上起跳的时候“就错漏百出”,而另一些则是在接近地面时,遭遇翼装失速问题。他分析道:“如果你在离地30英尺的低空位置出现翼装失速问题,那么你早已深陷困境。”翼装出现失速问题的原因之一便是其设计不一定精良。对此,伊卡洛斯项目团队希望在他们性能出众、打破纪录的翼装的保驾护航下,用户能够获得更加长久、更加安全的体验。

对此,他们很可能说到做到。然而,本身就是高空跳伞员的乌拉加洛多少有些不以为然,他表示翼装飞行的安全更多地取决于心态。“毫无疑问,更加优质的飞行套装会令飞行进程更加安全;但是,那些个家伙会更有恃无恐地想要飞越更高的巅峰。”

“事实上,真正置人于死地的并不是翼装。”

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