讓人變身成「飛鼠」的翼裝飛行

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Image caption (圖片來源:Getty Images)

在英國南安普敦大學(University of Southampton)的RJ·米切爾風洞裝置(RJ Mitchell Wind Tunnel)中,高空跳傘員安吉洛·格魯比西茨(Angelo Grubisic)正御風而行,在空氣衝擊流的全力夾持下,其速度達到每小時90英里(時速135公里);期間,他像標本盒裏的飛蛾一般被拴好扣牢。這可不是為了好玩:此時此刻,他正引領著一次破紀錄的嘗試,意欲將航空工程學原理運用到翼裝高空跳傘極限運動中來,從而解決翼裝設計領域裏迄今仍缺乏明確規則的問題。

格魯比西茨的本職工作是南安普頓大學的航天器推進及航天學的講師;同時,他還是一名擁有500多次跳傘紀錄的極限運動愛好者。今時今日,他正將自己的興趣愛好與科研工作結合起來,與10名航空專業的學生一道,利用南安普頓大學的航空分析和測試工具,設計一款新型超空氣動力學翼裝。

這支來自南安普頓的研究團隊致力於打造一款承受阻力更小、飛行時間更久的翼裝,並將藉此打破現有的多項紀錄、創造數個人類翼裝飛行的新紀錄,其中便包括了起跳高度紀錄、最大速度紀錄、最遠距離紀錄以及翼裝飛行持續時長紀錄。

此外,它不僅賦予了研發團隊吹噓的資格,而且還會為我們帶來實打實的效益:新型翼裝很可能有利於救人性命。在翼裝飛行運動領域,有一項越來越危險的分支項目,即所謂的「低空翼裝飛行」,低空跳傘(Base Jumping)的一種。在這項運動中,飛行員從懸崖而非飛機上縱身躍下,飛經山坡和樹林上空,間或甚至還會掠過細長的溝渠和岩洞,期間其飛行高度僅有幾十英尺。在此過程中,一件能延長飛行時間的翼裝很可能會讓一切大不相同。儘管如此,也有部分專家認為更為炫酷的翼裝只會使冒險玩命的形式更為多樣化,而並無別的裨益。

Image caption 風洞試驗為我們呈現了翼裝周圍的空氣流場情況。(圖片來源:University of Southampton)

格魯比西茨團隊並不打算進行諸如此類的各種低空飛行。他表示:「我們非常厭惡風險,喜歡中規中矩」。他們將這個凖備創記錄的計劃稱為「伊卡洛斯項目(Project Icarus)」。在飛行進程中捕捉翼裝的三維幾何圖像是項目裏的一項工作,由一個特殊的胸掛背心完成(其形如一塊羅馬式胸部盔甲),顧名思義,要將它綁在飛行員的胸部。綁好後,翼裝飛行員經由連接到胸掛背心的接線柱,懸掛在風洞的頂板上。等拴好扣牢,飛行員便在各種風力條件下接受激光掃描,計算機借此建構精確無誤的三維計算機模型。

接下來,他們將這些捕獲而來的模型數據導入到計算機流體動力學軟件中。然後,啟動一個計算機集群,讓它們以超級計算機的速度運轉軟件,共同對數據進行處理,從而精凖模擬被拴住的翼裝飛行員周圍的空氣流通情況。隨後,基於這些數據結果,研究團隊中的空氣動力學專家能夠對翼裝周圍的空氣流動狀況、渦流的形成方式以及相應的阻力產生路徑進行分析,同時示意他們可以通過多種途徑改進翼裝及飛行員的頭盔,從而獲得最佳的空氣動力性能。

在完成此項工作之後,他們就可以打造全新的翼裝飛行服了;而且,他們還可以在實際飛行測試以前,通過風洞試驗對其進行檢驗。飛行員的胸掛背心連接到可沿六個不同軸線移動的系統上,「這使我們能夠以非常高的精度測量翼裝產生的各種力矩,」格魯比西茨如是說。

研究人員挑戰的這個領域,有著戲劇般的歷史變遷,儘管事實上,我們並沒有完全搞清楚第一身翼裝飛行服出自誰手——這是因為有許多想做「鳥人」而未得的人穿著不堪一擊的翼裝飛行服,從高聳的建築物和熱氣球上一躍而下,一命嗚呼。其中,由不幸殞命的裁縫師弗朗茨·艾香德(Franz Reichelt)所穿戴的新奇玩意兒恐怕是最接近現代翼裝的飛行服了。他身著自己打造的翼裝服,於1912年2月從巴黎埃菲爾鐵塔的第一段跳下來,一命嗚呼。他未及打開自己研發的混合了降落傘和人造翅膜的大型裝備,就猛地撞到了地面上。同樣,這起事故的影像也被抓拍留存了下來。格魯比西茨表示:「現場非常猙獰,幾乎形同自殺。」

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Image caption 目前,翼裝飛行的最高速度紀錄(於2011年創造)為225英里/小時(361千米/小時)。(圖片來源:Getty Images)

在翼裝發展歷程上,將(用於緩衝並實現安全著陸的)降落傘裝置與(用於延長自由落體進程的)翼裝飛行服區分開來是關鍵性的一步。在上世紀30年代,跳傘運動員們小試牛刀,在跳傘時身穿成套飛行服,借此可在水平面上滑翔一段後,再打開降落傘。而關鍵性的一著出現在上世紀90年代:來自法國和美國的先行者製作了成套的飛行服,其結構堅硬並以肋狀物支撐,從而實現傳統意義上的翼形飛行;此外,他們的嘗試先後取得成功,為這一領域帶來了商機,出現了多家翼裝製造企業。

現如今,翼裝由柔軟而富有彈性尼龍材料製成;進氣口使翼裝能在飛行過程中充氣膨脹,當飛行員伸展手臂時,這樣的設計令其雙臂下方和兩腿之間形成增壓膜,從而產生升力——此時的飛行員略有幾分像一隻飛鼠。但是,威爾特郡(Wiltshire)內瑟拉文(Netheravon)陸軍跳傘協會(Army Parachute Association)的傑姬·哈珀(Jackie Harper)指出,翼裝怎樣飛行、安全程度如何很大程度上取決於穿著者自身的操縱技術。她表示:「畢竟,擁有一輛一級方程式賽車,並不會使你搖身一變成為最好的車手」。

在傳統的高空跳傘中,跳傘運動員迅速達到每小時120英里(時速192公里)的終端速度。但在翼裝飛行過程中,水平最高超的飛行員可以將垂直下降的速度減少到每小時40英里(時速64公里),同時顯著提高自身的前進速度。哈珀指出:「在大多數時候,高空跳傘的感覺就像是在往下墜落。可要是你身著翼裝,就不會覺得自己在往下掉了。因為你可以實實在在地感覺到自己在快速前進。而且,你的速度越快,你就越能較好地感受到升力的作用。也就是說,你真的是感覺自己在飛呢。」

目前,翼裝飛行速度的最高紀錄(於2011年設立)為每小時226英里(時速361公里)。而伊卡洛斯項目團隊希望憑借他們的新型翼裝,把最高速度紀錄提高到每小時280英里(時速450公里)以上。然而,他們並不打算僅憑先進的航空學知識來實現這一目標:他們希望通過絕對起跳高度來博得一些優勢。他們企圖借用一架波音C-17「全球霸王III」(Globemaster III)運輸機,試圖從45,000英尺的高度起跳,並打破四項世界紀錄。

Image caption 在風洞試驗期間,飛行員被拴好固定在風洞裝置上。(圖片來源:University of Southampton)

格魯比西茨指出:「在那個高度位置上,空氣密度很低,因而在最初的俯衝進程中,翼裝飛行員速度會非常高」。他補充道,就算不借用C-17飛機,一個熱氣球或許也足以達到同樣的效果。

此外,之所以要飛到如此的高度進行起跳,還有別的原因:在翼裝飛行領域,現有的紀錄頻頻被打破——而以高達45,000英尺的高度起跳,將會使其他跳傘者更加難以超越他們創造的紀錄。例如,2015年8月,哈珀從2萬英尺的高空跳下,創造了翼裝飛行最長距離的紀錄:11.2英里(17.9公里)。然而,才到今年5月,來自美國的凱爾·洛布普里斯(Kyle Lobpries)就從35,000英尺的高空跳下,將翼裝飛行距離延長到了18.8英里,打破了哈珀的紀錄。

此外,洛布普里斯還飛了8.4分鐘,打破了哈珀之夫斯蒂芬(Stephen)所創造的5.9分鐘最長飛行時間紀錄。而在那架班機的巡航高度,無論洛布普里斯,還是格魯比西茨,都會缺氧。

那麼,在掃描並運算完成現有翼裝飛行服的性能之後,伊卡洛斯項目團隊究竟還可以做些什麼,讓他們的翼裝別具優勢呢?格魯比西茨表示:「現在,我們正在檢測諸如翼剖面、翼平面(形狀)等的細節,同時研究由頭盔和降落傘包等配件所帶來的阻力問題。此外,由於人體可以說是非流線型的,所以由飛行員四肢所帶來的阻力問題也在我們的考量範圍之內」。

就像空客公司和波音公司對其大型客機所做的修改,在翼裝飛行服的翼梢添加具有減阻效力的小翼同樣切實可行。就風洞試驗的結果來看,向上彎曲的混紡制小翼似乎帶來了一些令人鼓舞的效果。

這種科學方法得到Tonysuits公司創始人托尼·烏拉加洛(Tony Uragallo)的支持。Tonysuits公司是一家總部設在佛羅里達州(Florida)的翼裝飛行服製造商,其產品通常被視為市面上最好的行貨。但他坦言自己總是通過反覆摸索,才能設計出產品。烏拉加洛表示:「安吉洛現在採用的設計之道,百分之百就是未來翼裝飛行服的設計之道」。

Image caption 伊卡洛斯項目團隊正在研究翼形會如何影響翼裝飛行,他們甚至還考察頭盔所造成的阻力對翼裝飛行的影響。(圖片來源:University of Southampton)

然而,哈珀對此並不全然贊同,她說:「風洞應出色地提供關於翼裝周圍氣流的數據,這有助於翼裝設計;但鑒於翼裝被拴在風洞裏,我不能確定它能否百分之百地精確反映出飛行員在自由落體進程中所處的真實位置。」

當此之時,低空跳傘者的死亡率不斷攀升,其中許多人都身著翼裝。Blinc雜誌低空跳傘死亡者數據庫顯示,僅在今年8月份,就有15名低空跳傘者殞命,其中8人死時身穿翼裝。

格魯比西茨指出,眼下有許許多多的翼裝飛行員死去,置他們於死地的,有些是「他們一開始」從崖面上起跳的時候「就錯漏百出」,而另一些則是在接近地面時,遭遇翼裝失速問題。他分析道:「如果你在離地30英尺的低空位置出現翼裝失速問題,那麼你早已深陷困境。」翼裝出現失速問題的原因之一便是其設計不一定精良。對此,伊卡洛斯項目團隊希望在他們性能出眾、打破紀錄的翼裝的保駕護航下,用戶能夠獲得更加長久、更加安全的體驗。

對此,他們很可能說到做到。然而,本身就是高空跳傘員的烏拉加洛多少有些不以為然,他表示翼裝飛行的安全更多地取決於心態。「毫無疑問,更加優質的飛行套裝會令飛行進程更加安全;但是,那些個家伙會更有恃無恐地想要飛越更高的巔峰。」

「事實上,真正置人於死地的並不是翼裝。」

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