單人飛行器說飛就飛不是夢

風(fēng)伊萬

“易飛板”單人飛行器。最快時(shí)速120千米，留空時(shí)間12分鐘。

頭上腳下，旋動(dòng)起來

在人類歷史上，冒出過形形色色的飛行裝置，最終成為主流的是重于空氣的航空器。其中，適合單人駕駛的有滑翔機(jī)、滑翔傘、固定翼飛機(jī)、直升機(jī)和旋翼機(jī)等，但對使用場地和操作技能都有一定的門檻，就不能像騎自行車或開摩托車那樣簡單方便、出門就走嗎？這要求單人飛行器必須體積小重量輕，容易操作，穩(wěn)定可靠，而且能在有限的空間中直接起降。顯然，首先會(huì)被想到的就是將能夠直上直下的直升機(jī)盡可能小型化。

早在第二次世界大戰(zhàn)期間，有位奧地利工程師就在搗鼓便攜式直升機(jī)，讓操作者直接背上一對直徑6米的共軸反轉(zhuǎn)槳葉和小型動(dòng)力系統(tǒng)（電影《G型神探》中從帽子里伸出的飛行旋翼說不定就脫胎于此），后來又增加了支架和座位來減輕人體負(fù)擔(dān)。戰(zhàn)后不久，美國人對這招也很感興趣?；羝ぶ鄙龣C(jī)公司的HX-1同樣采用背負(fù)式的共軸雙旋翼組件，但木質(zhì)旋翼旋轉(zhuǎn)起來讓站立的飛行員很難保持平衡，于是也改為坐姿操作。類似的設(shè)計(jì)還有本迪克斯J型和洛特隆XM-1等試驗(yàn)性的單座直升機(jī)。

采用共軸雙旋翼的好處是無需尾槳來抵消旋轉(zhuǎn)力矩，縮小了機(jī)身“三圍”，另一個(gè)要減肥的就是發(fā)動(dòng)機(jī)了。1947年麥克唐納公司就設(shè)計(jì)了在旋翼翼尖上安裝小型沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的XH-20，1952年美國直升機(jī)公司試飛的XH-26則在翼尖上改用脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，機(jī)體無需容納發(fā)動(dòng)機(jī)就能進(jìn)一步瘦身。這種“噴氣吉普”計(jì)劃提供給美國陸軍和空軍，除了用于偵察巡邏，還可以折疊打包后空投到戰(zhàn)場上，讓被困人員就地裝配再駕駛它飛出重圍。

美國海軍也沒閑著，跟凱利特旋冀機(jī)公司合作研制以翼尖過氧化氫火箭發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的KH-15單座直升機(jī)，結(jié)合陀螺穩(wěn)定操控裝置，可讓操作者松桿飛行達(dá)4分鐘。還有一款是旋翼裝備公司的RH-1“針輪”背包式直升機(jī)，可以作為單人逃生工具。至于海軍陸戰(zhàn)隊(duì)就曾在1957年少量裝備過希勒飛機(jī)公司的ROE-1超輕型直升機(jī)，同樣便于快速拆卸和組裝，空投給落入敵后的飛行員自行脫困。

這些單人飛行器看上去就是低配版的直升機(jī)，省去了機(jī)身外殼，“裸奔”的飛行員頭頂上可就是高速旋轉(zhuǎn)的“刀片”。也有反其道而行之，把槳葉設(shè)在腳底下的。遠(yuǎn)在第一次世界大戰(zhàn)當(dāng)中，奧匈帝國研制過一種欲取代偵察氣球的PKZ直升機(jī)，把觀測員安置在最上方的圓筒里，下方是一對共軸反轉(zhuǎn)槳葉和發(fā)動(dòng)機(jī)，底盤上還裝有多個(gè)充氣氣囊作緩沖。雖然有后來移居美國的航空大拿馮·卡門相助，但動(dòng)力和穩(wěn)定性等方面的先天不足還是讓這位“偵察兵”夭折了。

到了冷戰(zhàn)初期，美國陸軍也開始尋求一種單兵飛行載具充當(dāng)戰(zhàn)場偵察兵。德·拉科納直升機(jī)公司為此設(shè)計(jì)了HZ-1垂直飛行器，在氣囊支撐的十字底座上安裝發(fā)動(dòng)機(jī)和旋翼，頂端是人員操作平臺(tái)，結(jié)構(gòu)與PKZ如出一轍，倒是小巧了許多。利用當(dāng)時(shí)新開發(fā)的姿態(tài)控制技術(shù)，駕駛者只需傾斜身體調(diào)整重心就可以改變飛行方向，據(jù)稱普通士兵經(jīng)過20分鐘訓(xùn)練就能開飛。可惜只是看上去很美，這種“空中自行車”存在氣動(dòng)缺陷，操作起來并不好使，過低的旋翼還容易打到地面物體，站在上面的人員如何安全逃生也很讓人撓頭。

在美國陸軍主導(dǎo)的垂直/短距起降飛行器項(xiàng)目中，希勒公司的VZ-1同樣采用姿態(tài)控制技術(shù)，但就將旋翼葉片裝入桶形機(jī)身內(nèi)?？巳R斯勒的VZ-6是讓飛行員坐在前后兩個(gè)水平大風(fēng)扇之間，而柯蒂斯-萊特的VZ-7更像一輛小車，在乘員座位后面安裝了4具螺旋槳，但這些“飛行吉普”都因性能不佳半途而廢了。蘇聯(lián)時(shí)期，卡莫夫設(shè)計(jì)局為特種作戰(zhàn)研制了卡-56超輕型雙旋翼直升機(jī)，拆卸后可以裝入魚雷大小的容器里，便于用潛艇秘密“快遞”。

不僅是軍方和大企業(yè)，民間航空牛人們也樂此不疲。比如美國亞當(dāng)斯-威爾遜公司在1958年推出了簡易型的“愛好者直升機(jī)”，采用25千瓦的摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，只需900美元就可買回家自己組裝。由俄裔工程師創(chuàng)辦的本森飛機(jī)公司以研制可供DIY的旋翼滑翔機(jī)、動(dòng)力旋翼機(jī)和小型直升機(jī)見長，也曾經(jīng)試制過可垂直起降的“飛行吉普”。其中箱型機(jī)身的B-10是在飛行員前后設(shè)置兩具旋翼，而B-12更是夸張地在一副水平框架上安裝了10具螺旋槳，堪稱現(xiàn)代“魔法飛毯”。

盡管這些早期的嘗試大多以失敗告終，但在單人飛行器上，相對成熟的旋翼技術(shù)仍是最可行的突破口。美國一家小型航空制造公司在1994年試飛了PAM100B“個(gè)人飛升機(jī)”，在固定式起落架上用兩臺(tái)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)（后改為一臺(tái)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)）驅(qū)動(dòng)乘員平臺(tái)下方的一對共軸旋翼，還有兩具小螺旋槳用于方向調(diào)整。日本的Gen H-4號(hào)稱“世界上最小的單人直升機(jī)”，空重僅有70千克，采用背負(fù)式結(jié)構(gòu)，由4臺(tái)自制的小型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為飛行員頭頂上一對直徑4米的共軸旋翼提供動(dòng)力，從2000年起進(jìn)行試飛和展示。這類機(jī)型都是以向飛行愛好者提供組裝套件為目的而設(shè)計(jì)的，單價(jià)約為5N8萬美元。

背包上身，一飛沖天

對個(gè)人飛行器來說，旋翼雖然好用，尺寸偏大卻是硬傷。能不能更精簡呢？在1965年上映的電影《007之霹靂彈》中，王牌特工詹姆斯·邦德亮出了又一種神奇道具——飛行背包，往身上一套就騰空而起。這應(yīng)該是廣大觀眾第一次見識(shí)到真有這樣的黑科技存在。這種穿戴式的飛行裝備通過噴出高速氣流，利用反作用力將人推向空中，早在一百年前就有人提出過設(shè)計(jì)概念。最初的實(shí)踐者是把充滿高壓氮?dú)獾墓拮釉谘?，?dāng)成增強(qiáng)跳躍能力的助推器，后來宇航員進(jìn)行太空行走時(shí)用到的噴氣背包也是靠氮?dú)馔七M(jìn)的。

克萊斯勒的VZ-6“飛行吉普”。上世紀(jì)六七十年代，美國和蘇聯(lián)嘗試研發(fā)了很多單人飛行器，但當(dāng)時(shí)沒有先進(jìn)的飛控。飛行完全由人操控.因此這些飛行器都不具備實(shí)用價(jià)值。

美國的貝爾航空系統(tǒng)公司在上世紀(jì)60年代初研制出“火箭腰帶”，實(shí)際就是一種帶噴管的飛行背包，采用過氧化氫為燃料，通過小型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可產(chǎn)生127千牛的推力，總重量57千克。不過能攜帶的燃料畢竟有限，滯空時(shí)間只有21秒。直到30年后，經(jīng)過改進(jìn)的RB 2000型火箭腰帶也只能在最多30米的高度晃悠半分鐘。目前，能夠進(jìn)入市場的火箭推進(jìn)背包寥寥無幾。其中墨西哥航天科技公司是世界上第一家可以定制全套火箭腰帶的企業(yè)，提供不同規(guī)格的發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料箱、控制系統(tǒng)和飛行服等進(jìn)行配套組裝。美國噴氣背包國際公司的H202系列飛行背包最高能升至76米，但只能在空中維持33秒。另一家雷電航空系統(tǒng)公司生產(chǎn)的TP-R2G2型飛行背包在采用過氧化氫加噴射燃油的雙燃料模式后，留空時(shí)間增加到75秒。

火箭推進(jìn)式的飛行背包雖說結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，但燃料消耗過快的固有缺點(diǎn)使其難有作為，只能偶爾到影視劇里或儀式典禮上充當(dāng)“表演嘉賓”炫炫技了。那么背上飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)行不行呢？貝爾公司在1965年就著手開發(fā)“噴氣腰帶”，選擇了威廉姆斯國際公司的WR19小型渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)（主要用于巡航導(dǎo)彈），使用普通航空燃油，設(shè)計(jì)飛行時(shí)間可達(dá)25分鐘。這一指標(biāo)雖然碾壓火箭腰帶，然而噴氣組件當(dāng)時(shí)過于復(fù)雜笨重，安全系數(shù)也不高，真是魚和熊掌不可兼得。

威廉姆斯公司自己也利用WR19發(fā)動(dòng)機(jī)研制了X-Jet單人垂直起降飛行器，將發(fā)動(dòng)機(jī)裝在帶起落架的桶型機(jī)身內(nèi)，人員站立操縱，通過調(diào)整動(dòng)力輸出改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這種“飛行講壇”最大時(shí)速接近100千米，可懸空45分鐘，可惜實(shí)用性跟直升機(jī)比還是遜色不少，最終也沒能進(jìn)入軍方的法眼。

拔地而起有難度，那就來個(gè)從天而降吧。瑞士空軍退役飛行員伊夫·羅西就設(shè)計(jì)了一套單人動(dòng)力飛翼背包，將翼展2.4米的碳纖維復(fù)合材料機(jī)翼與4臺(tái)以煤油為燃料的“噴氣貓”小型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)組合起來，并配上特制的飛行防護(hù)服。這種飛翼無法自主起飛，需要由其它飛行器帶到空中投放，自由飛行時(shí)最高時(shí)速可達(dá)300千米，燃料耗盡后靠打開降落傘著陸。經(jīng)過反復(fù)測試，羅西改進(jìn)了飛翼的穩(wěn)定性和操控性，在2008年首次公開展示。后來他還成功飛越了阿爾卑斯山、英吉利海峽和科羅拉多大峽谷等地，被譽(yù)為“噴氣俠”。

八仙上天，各顯神通

經(jīng)歷過蹣跚曲折的初級發(fā)展階段，單人飛行器開始闖出自己的一片天。雖然這在航空界還屬于非主流，但無論在軍用還是民用領(lǐng)域的潛力可都不容小視。如今從原理設(shè)計(jì)到加工制造，從材料結(jié)構(gòu)到動(dòng)力裝置，從飛行控制到安全保障，都有各種高科技加持，于是腦洞大開的“各路神仙”紛紛到天空中躍躍欲試。

新西蘭馬丁飛機(jī)公司的噴氣背包稱得上是同類中的佼佼者，使用的是由汽油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的兩具涵道風(fēng)扇，配備有電傳操縱系統(tǒng)和彈射降落傘。其體型比傳統(tǒng)意義的背包要大得多，即使采用了高強(qiáng)度復(fù)合材料，重量也超過300千克，飛行員可背不動(dòng)，已經(jīng)算是超輕型直升機(jī)了。馬丁噴氣背包最高時(shí)速為74千米，升限約900米，續(xù)航時(shí)間達(dá)30分鐘，市場售價(jià)為25萬美元。據(jù)報(bào)道，2015年阿聯(lián)酋迪拜就一次下單20套，將用于高層建筑的消防救災(zāi)。

同樣采用涵道風(fēng)扇的還有美國遠(yuǎn)行航太公司的“獨(dú)行者XFV”，外形更像一架雙旋翼直升機(jī)，結(jié)構(gòu)相當(dāng)緊湊，讓飛行員如同穿上一套外骨骼裝備。其飛行原理和操縱方式也與直升機(jī)差不多，最高時(shí)速達(dá)100千米，可連續(xù)飛行2小時(shí)。飛行員配備有平視顯示頭盔和彈射降落傘，用兩側(cè)手柄控制動(dòng)力輸出和飛行運(yùn)動(dòng)。據(jù)稱改進(jìn)型的“跳蟲EFV”也已試飛成功，并與美國國防高級研究計(jì)劃局簽訂了合作協(xié)議。

以遙控航模和無人機(jī)起家的日本Hirobo公司近幾年加大對載人飛行器的研發(fā)，推出了HX-1電動(dòng)直升機(jī)，共軸雙旋翼和單人座艙的造型顯得簡潔而有未來感。采用電池驅(qū)動(dòng)具有安靜環(huán)保、簡化結(jié)構(gòu)、操縱靈活等優(yōu)點(diǎn)，能夠以100千米的時(shí)速連續(xù)飛行30分鐘。HX-1不僅可由飛行員直接駕駛，也可遠(yuǎn)程遙控接送乘客，成為代步或救援的理想工具，預(yù)計(jì)售價(jià)為37.5萬美元。

德國的Volo直升機(jī)公司也在開發(fā)純電動(dòng)直升機(jī)，其VC1型的機(jī)身框架上裝有4組16個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的水平旋翼，乘員高高在上，下方是大號(hào)緩沖氣囊。VC2的旋翼增加到18個(gè)，乘員位置改到機(jī)身中間，支架和氣囊也改為三角布局。這樣的設(shè)計(jì)當(dāng)然沒有什么實(shí)用性，是為了后續(xù)的電動(dòng)飛行出租車項(xiàng)目進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證。

美國Opener公司最近曝光了名為“黑蠅”（BlackFly）的單座飛行汽車，流線型機(jī)身的前后機(jī)翼上各安裝4具電動(dòng)螺旋槳，通過偏轉(zhuǎn)機(jī)翼和螺旋槳就可輕松實(shí)現(xiàn)垂直起降和水平飛行。這種飛車總重量僅有255千克，號(hào)稱“任何人都能駕駛”，一次充電可飛行64千米，具有自動(dòng)返航功能和應(yīng)急降落傘?？罩锌蛙嚬菊谘邪l(fā)的單座自動(dòng)巡航電動(dòng)飛車“瓦哈娜”也采用了類似的布局方案。

伊夫·羅西使用動(dòng)力飛翼背包與“法國巡邏兵”特技表演隊(duì)編隊(duì)飛行。

美國Opener公司研發(fā)的“黑蠅”飛行汽車。

除了比較常規(guī)的設(shè)計(jì)，還不乏玩“偏門”的。像是美國特技跳傘員特洛伊-哈特曼也打造了自己的飛行背包，由2臺(tái)小型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，特別加上了一具滑翔翼傘，借助足夠的風(fēng)力就可以從地面起飛，應(yīng)該算是一種背負(fù)式動(dòng)力滑翔傘。德國人弗里茨·昂格爾設(shè)計(jì)的“天空閃光”飛行背包與羅西飛翼類似，裝有3.4米長的飛翼和兩臺(tái)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，不同的是他在飛行服的胸腹部裝上了輪子，可以趴著從地面上滑跑起飛，簡直就是一架人體飛機(jī)。美國航空航天局的“海鸚鵡”就更高大上了，這是類似V-22“魚鷹”那樣的小型傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，機(jī)身包裹著人體，可站立著垂直起降再轉(zhuǎn)為水平飛行，兩翼上的螺旋槳由高能磷酸鐵鋰電池供電，時(shí)速高達(dá)240千米，不過還處于概念階段。

還記得《蜘蛛俠3》中反派綠魔使用的飛行滑板嗎？法國運(yùn)動(dòng)健將弗蘭克·扎帕塔推出的噴氣懸浮滑板（Flyboard Air）就是同款，比普通滑板大不了多少，操縱系統(tǒng)也很簡單，卻可以在空中做出相當(dāng)炫酷的花樣動(dòng)作，懸空時(shí)間有6分鐘。另一種“易飛板”（EZ-Fly）加上了扶手支架，提高了穩(wěn)定性，時(shí)速最快有120千米，可持續(xù)飛行12分鐘。

想成為高富帥鋼鐵俠？英國發(fā)明家理查德·布朗寧的代達(dá)羅斯飛行背包就能滿足你。發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料背在后背，燃?xì)鈬娍诰脱b在手腳上，靠移動(dòng)四肢改變飛行方向，還配有頭盔顯示器，讓你可以在空中?？?0分鐘，不過至少要25萬美元才能弄到一套喔。

當(dāng)然也有相對廉價(jià)的。俄羅斯無人機(jī)廠商Hoversurf展示了面向消費(fèi)市場的“天蝎3”單人飛行器，坐上去跟騎摩托無異，只是車輪被前后4組電動(dòng)旋翼取代，實(shí)現(xiàn)真正的急速飛馳，據(jù)說迪拜警方就很感興趣。而來自匈牙利的飛行自行車Flike，也就是fly和bike兩個(gè)單詞的結(jié)合體，形如放大版的無人機(jī)，采用聚合物電池驅(qū)動(dòng)3組共軸雙旋翼，可進(jìn)行15-20分鐘的懸?；?0～40分鐘的巡航飛行。還有人將兩臺(tái)動(dòng)力傘用的旋翼前后水平安裝，讓人騎在中間，成為懸浮自行車……

不難想象，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和成熟，說飛就飛的夢想與現(xiàn)實(shí)之間眼看只有一步之遙了。是不是很心動(dòng)呢？不過“獨(dú)行俠”們恐怕還要等等，第一批正式裝備單人飛行器的應(yīng)該得是空中交警吧。

責(zé)任編輯：王鑫邦