惊叹!“神兵天降”原来是这样的!单兵飞行器大揭秘!太科幻了!
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电影《蜘蛛侠3》中,“绿魔”使用的飞行滑板,可以载人在空中飞行,高速飞行中还异常灵活,随意穿梭在高楼之间。
事实上,这种科幻感十足的装备并不是只出现在电影中,在现实中,类似的单兵飞行器也是实打实地被应用在特种部队中。
单兵飞行器作为一种辅助单兵,短距离飞行的武器装备,一直备受各国关注,不过,受限于缺少安全保障,飞行时间较短,噪声过大等缺点,这类装备从未真正投入实战。
那么,单兵飞行器究竟是未来战场的战力倍增器,还是只是一个不实用的玩具呢?
下面我们一起来了解一下,这些科幻感十足的单兵飞行器发展史
试想一下,配备了单兵飞行器的士兵,能够无视地形和障碍物,跨越前沿战场,实施空降作业,这场景多么炫酷,这将大大改变复杂环境中的战术战法。
这种让单兵,具备飞行能力的科技装备,是当前军事大国的重点前沿项目,而其中重要的研究方向之一就是“喷气背包”。
早期喷气背包
喷气背包是一种通过控制器控制喷气推力的大小,以让使用者达到一定的飞行速度和高度,并能实现软着陆的飞行器。
其实喷气背包虽然看起来未来感十足,却并不能算得上一项新技术,早在1967年,贝尔公司就发明了一种喷射背包并试飞成功。
1984年,洛杉矶奥运会开幕式上,一男子借助飞行背包飞抵体育场,令在场观众大开眼界。
其实,在上世纪五六十年代,就有过类似的设计,但是早期的这种单人飞行器,更有点像一种简易的直升机,上世纪60年代中后期,美国的贝尔公司研制出了火箭背包,实现了便携式的携带,单人的操纵。
而且可以实现空中悬停,但在技术上还不是特别的完善,缺点较多,它留空的时间比较短,往往也就只能飞行个10几秒,20几秒。
代达罗斯喷气背包
英国重力工业公司开发的喷气背包,名字起源于古希腊神话中的建筑师和工匠之神“代达罗斯”。
代达罗斯喷气背包,飞行的时间可以达到10分钟左右,2023年初,印度陆军测试“代达罗斯喷气背包”后,宣布进行采购此款背包。
代达罗斯喷气背包如果正式列装,将成为第一款实用化的喷气背包。
代达罗斯飞行服,主要依靠两臂上及背上,分别安装的6个发动机提供动力,使用时,通过手臂的不同姿势,进行发动机喷口的控制,达到调整飞行姿态的最终目的。
为了能够及时调整飞行态势,它还装备了一台先进的索尼平显,以及相应的安全系统和安全气囊。
这款颇具科幻色彩的喷气飞行套装,此前也进行了多次表演性质的飞行演示。
其中有一次,英国皇家海军陆战队士兵,使用喷气背包从一艘小艇上腾空而起,轻松的降落在远处的巡逻舰上。
可以想象一下,如果是特战队员配备了这种喷气背包,不仅可以迅速飞越山头,占领制高点,还可以起到“神兵天降”的奇效。
代达罗斯喷气背包,总重27公斤,五台微型涡喷发动机的总推力为144公斤,可供体重85公斤以下的人员,飞行8到10分钟,最高速度为每小时137公里。
据英国重力公司发布的战术训练视频显示,土兵操控代达罗斯飞行器,降落后能立即拔出步枪准备射击。
射击完成后,随即将步枪挂回胸前,双手插入拳套中,就能再次起飞,而士兵穿戴好代达罗斯并完成检查起飞的时间则为36秒。
无视地形和障碍物,快速灵活的把机动力量投送到任务区,完成任务后又快速返回,这听起来似乎很有诱惑力。
但是,实际情况也并不尽如人意,代达罗斯喷气背包,缺点同样明显。
首先,它的燃料补充非常的复杂,需要专门的燃料系统及块头巨大且重的燃料罐,单兵几乎是无法携带的。
另外,整个的飞行学习过程非常漫长,并没有一个标准化的教学的流程,必须要在反复测试的过程中,让人去适应这种喷气背包。
除此之外,飞行者的双手,是并联发动机的,因此,在实战中,飞行时,是无法操纵武器装备的。
另外,在飞行中,特别是在夜间,发动机的噪声非常巨大,飞行本身也会发出红色的热信号特征,这使得飞行者非常容易暴露目标,使自己处于危险的境地。
旋翼式单兵飞行器
随着航空学、空气动力学以及火箭技术的快速发展,一款借鉴了直升机升空原理的旋翼式单兵飞行器诞生了。
为了满足单兵飞行器必须体积小、重量轻、容易操作、稳定可靠,且能在有限的空间里,直接起降的要求,科学家们首先想到的,就是将能够直上直下的直升机尽可能小型化。
20世纪50年代,美国航空技术天才查尔斯.齐莫尔曼,利用人体自动平衡原理,研制了一款单边旋翼飞行器。
操作员站在一个小型平台上,通过手柄往左或者往右倾斜,自然的调整飞行平衡,操作时也可以通过拉转,使它不至于倾斜过度。
平台下方则是由80马力活塞发动机驱动的两幅桨叶,与旋翼在顶部的直升机不同的是,这款飞行器反其道而行之,把桨叶设在底部。
这种设计更易于人员操作,但仍未解决另一大问题,就是飞行速度太慢,仅能达到32公里/小时,这使得他非常容易受到攻击。
同时,这种旋翼飞行器的直径约为0.9米,叶片以80马力高速运转,士兵必须高度警惕,避免旋翼撞击在地面或障碍物上。
低空向前飞行时,飞行器一旦撞击地面,桨叶必然会被撞碎,飞行器也必将坠毁,这就决定了这款飞行器只能在空旷的地形飞行,才能确保安全,存在很大的局限性。
为了使飞行器,能在有障碍物时自由飞行,工程师们不断在实验中研发改进。
航空工程师斯坦利.希勒,为原本裸露的桨叶外围加装了涵道,形成涵道风扇式设计,这意味着它可以在有树枝或者干扰物的环境中飞行,而不会伤害到旋翼叶片,导致飞行器坠毁。
希勒还为飞行器安装了油门踏板,可以通过改变自身重心来控制它。
希勒设计的空中平台,在空中持续飞行的动力来自两个螺旋桨,各由一台40马力的引擎驱动。
两台螺旋桨,一个顺时针,一个逆时针,按相反的方向旋转,使气流更加平滑,能更好的帮助飞行平台平稳起降。
当空气被螺旋桨搅动时,经过涡道风扇的表面,由此产生的升力和动力相结合,并在飞行平台下方产生空气柱。
加之飞行平台的曲线型设计,希勒设计的这款飞行器在空中的稳定得到极大提升。
但这款飞行器结构复杂,任何一台引擎故障都会导致飞行器坠毁,出于安全考虑,他为飞行器配置了一台备用引擎,结果使得,飞行器太重。
最终,由于操控过于复杂,并不适合单兵飞行,这款单兵旋翼飞行器被彻底放弃。
尽管单兵旋翼飞行器经过工程师的多年改进,已经有了一定进步,技术也相对成熟,是它尺寸偏大,操纵危险,仍然制约着单兵飞行器的发展。
直到火箭技术的引入,才为单兵飞行器注入了新的动力,单兵飞行器的命运开始也重此发生了改变。
火箭背包飞行器
火箭背包飞行器是一种单人机动飞行器,根据反冲原理设计制作,依靠高温燃气的喷射形成推力。
上世纪60年代初,美国贝尔航天实验室,首席航天工程师温德尔.摩尔,提出了大胆的火箭腰带设计概念。
他利用高压气体,将过氧化氢推入一个装有银网的小箱子里,箱子位于士兵的头部后方的背包内。
当过氧化氢与银接触后,会在催化作用下,喷发出高温高压的蒸气,能产生大约1000马力的功率,足以将135公斤的人与设备推向空中。
1961年4月,27岁的试飞员哈尔.格雷厄姆,使用火箭腰带试飞,飞行进行了13秒,高度34米,证明温德尔.摩尔的火箭腰带是可以将人类送上天空的。
设备安全性能的提高,一直是研发者关注的重点,为了让飞行器变得更容易操控,温德尔.摩尔把火箭腰带的手控装置,改成了与摩托车一样的旋转手柄。
一边用来变换方向,一边则用来控制动力系统,如果操控者想向前,则就按一下手柄,如果想转弯,只需转到相应的方向就能实现。
在进一步完善了“火箭腰带”的操控性后,1961年6月,为包括美国时任总统肯尼迪在内的美国军政要员成功进行了飞行演示。
后续测试中,还展示了飞越悬崖河谷,发射迷你火箭命中吉普车的能力,在试验中发现,要控制好火箭引擎巨大的推力,仍是一个不小的挑战。
当猛地打开阀门后,它会瞬间释放出70%的推力,这会让人失重,然后飘离地面,只剩下30%的动力储备,供飞行员控制设备。
这给了研究太空行走装备的工程师们灵感,他们借鉴了摩尔的设计,他们发现能在地球上提供21秒动力的火箭装置,在太空中的续航时间却可达2小时。
借助火箭动力背包,宇航员在太空中就可以实现短距离的可控飞行,大大提升了太空行走能力。
在遭遇火箭腰带的改良瓶颈后,温德尔.摩尔将动力源改为微型涡轮喷气式发动机,飞行时间延长至25分钟。
但令人遗憾的是,温德尔.摩尔51岁就离世了,喷气式背包因此一直停留在技术验证样机阶段。
随着航空技术,新材料技术,以及微电子控制技术的飞速发展,研究单兵飞行器的技术可行性有了本质的提升。
法国新型单兵飞行器
如今的单兵飞行器,不再是成建制步兵部队配备的消耗性装备了,而是成为了主要由特种部队使用的高级装备。
2019年法国阅兵仪式上,扎帕塔公司创始人,法国喷气滑雪世界冠军弗兰基.扎帕塔就操纵着飞行踏板。
他手持一支HK416F自动步枪,在法国总统马克龙及一众国家领导人面前展示了单兵飞行能力。
电影中的场景也真的变成了现实。
据推测,这款新型单兵飞行器的燃料箱放在后背的背包里,整个飞行器看上去相当“迷你”。
这款酷似滑板的新型单兵飞行器,整体重量约20KG,由本体、燃料背包和遥控器三部分组成。
飞行器上有4个250马力的涡轮增压引擎,外加两侧控制平衡辅助引擎,4个引擎负责在下面控制推进与转向,两侧的引擎负责控制姿态稳定。
燃料背包内装载着航空燃油,燃油经过导管在涡轮引擎处点燃产生向下急冲气体,将飞行者推向空中。
可提供最高10分钟的持续飞行,手持遥控器则可以操控动力大小,相当于油门,操作这款单兵飞行器也非常科幻。
只需要戴上头盔按下动力键,飞行者就可以从原地垂直起飞,如果执行平飞动作,加速度可以达到150公里/小时,还可以时行空中悬停。
为了能够精准地控制这套系统的稳定运行,研发团队还开发了一套专门的算法,每一个飞行引擎,都可以单独调整角度以及推进力。
在飞行途中,一个引擎坏掉,其余三个可以继续工作,保证安全飞行,
法国的飞行踏板在空中飞行时,还可以随时调整姿态,而且操作难度较小,在飞行过程中,土兵还可以手持武器,进行空中作战,非常灵活实用。
结束语
虽然看起来单兵飞行器在航空界还是属于非主流,但是它无论是在民用,还是军用领域的潜力都是不可小视的。
从原理设计到加工制造,从材料结构到动力装置,从飞行控制到安全保障,随着相关技术的发展和成熟,在不久的将来,各国的单兵飞行器也将从试验场走向实战场。
未来,也将诞生出更多更加科幻的单兵飞行器,也将成为各国特种部队的标配。