单人飞行器：人人能飞翔？

　　吴国术

　　在希腊神话中，曾有一位名叫伊卡洛斯的人想要逃离克里特岛，他与其父代达罗斯用蜡将羽毛粘成了一对翅膀，像鸟一样飞了起来。这个故事的结局并不完美，伊卡洛斯翅膀上的封蜡在飞行中被太阳晒化，他也掉进了海里，再也无法飞翔。

　　时间进入2010年，“伊卡洛斯之翼”进化成了一种新型的电力驱动单人飞机，也许，它会让你真的像小鸟一样在天空中翱翔。

　　令人惊叹的“海雀”

　　美国国家航空航天局(NASA)近日公布了一种仅供一个人飞行的电力驱动隐形飞机——“海雀(Puffin)”的数字视频，这种超静音、可悬浮的概念飞机，使用了碳纤维复合材料，外形上看起来像一套飞行服或是带了个座位的飞行背包，它将会大大改变我们对“飞行”概念的传统认知。

　　NASA的兰利研究中心位于弗吉尼亚州汉普顿市，这里的航空航天工程师马克·摩尔是“海雀”设计团队的一员，他和来自美国国家航空航天局、麻省理工学院、佐治亚理工学院、美国航空航天研究所，以及M-DOT航天公司的同事一起提出了这个奇妙的创意。

　　“如果你见过地面上的海雀，就会发现它看起来相当笨拙，翅膀也太小，似乎不能飞行，而我们的飞机看起来就跟自然界中的海雀一样。” 对为什么将飞机命名为“海雀”，摩尔解释说：“它被称为自然界中最环保的鸟类，因为它会把自己的排泄物隐藏起来。我们设计的飞机也很环保，因为它基本上没有排放出什么尾气。此外，海雀大多趋于独居，只有在陆地上进行交配时才会聚集在一起，而我们的飞机正是一个单人操作的装置。”

　　从某种程度上来说，“海雀”相当于私人版的V-22“鱼鹰”，后者是集直升机和固定翼飞机优点于一身的倾斜旋翼机，在提高美军两栖作战能力及全球作战保障能力等方面被寄予厚望。“海雀”的机翼也采用了这一设计概念，只不过其设计更简洁、更低调，关键的悬停、超静音和垂直起降功能也不比“鱼鹰”逊色。

　　当停降在地面时，“海雀”的尾部能分开变成四条腿，以充当机体的起落架，确保它能稳稳站立。当飞行员准备起飞时，机翼上的襟翼会倾斜，以便使2.3米宽的螺旋桨旋翼产生的上升气流发生偏移，这样就可以确保飞机在起飞前一直停留在地面上并做好起飞准备，同时也可以防止乱流将其刮倒。当它垂直起飞上升后，先悬停，然后俯身进行水平飞行，此时，飞行员采用俯卧姿势，犹如趴在滑翔机内一样。当降落时，它的四条外伸弹性腿架将会扩展开来，以支撑这架机身长达3.7米，翼幅4.1米的飞机。

　　“海雀”由碳纤维复合材料制造而成，机身重量为135公斤(不包括45公斤重的可充电磷酸锂电池)。在理论上，“海雀”的巡航速度为240公里/小时，而极限速度则超过480公里/小时。其飞行高度也没有上限——由于它不像气体发动机那样需要吸气，因此在空气稀薄的地方飞行也不会受到限制——现有条件下，在电能减少迫使其下降前，它的飞行高度可达到约9150米。

　　尽管使用现今最先进的锂电池，“海雀”的样机也仅能达到80公里左右的航程，马克·摩尔表示，研究人员正计划在未来5至7年内将现有电池的能量密度提升3倍，到2017年，“海雀”的航程达到240公里应当不成问题。

　　“海雀”在设计上选用了电动机，而非内燃机作为动力装置，主要是因为电动机不论其尺寸大小，总能保证动力效率，而内燃机受到体积限制，体积越小，其效率就会变得越低；并且，由于运动机件少，电动机的可靠性约可达到活塞发动机的10倍，甚至是20倍以上。并且，与效率仅为18%~23%的内燃机相比，电动机的动力效率高达95%。因此，这种电动飞机只需60马力的发动机就可以将一个人提升起来。这意味着，电动飞机比普通飞机具有更优的静音效果——当它飞行到150米左右的高空时，其噪音为50分贝，这跟一般人说话的音量差不多。

　　“海雀”配备了两个电动机，其中任何一个电动机一旦失灵，另一个还能给主旋翼提供足够的动力。在紧急情况下，飞机还可以进行强迫性紧急硬着陆，因为它的起落支架足以承受全部负荷的冲力，而不仅仅是缓冲飞行员。在这点上，“海雀”与其它一些单人飞行器有很大的不同。

　　广泛的应用前景

　　超静音的特性使得“海雀”具备了潜在的特殊军事功能，可以作为特种部队和其他部队执行秘密军事任务的理想选择：由于电动机的效率非常之高，但它们产生的热量却很低，这就意味着它们在执行军事任务时的热信号非常低，从而达到很高的红外隐形效果；同时，电动机也不像内燃机那样在引擎附近需要大量冷空气来降低热量，从而有效地减少了空气阻力带来的影响。事实上，设计者的最初目的就是让它能够从潜艇上起飞，如果将其设定为无人驾驶的模式，还可以进行物资运输。

　　更加安静也意味着它具有更加大众化的应用前景，比如在个人旅行和快递服务领域。起降“海雀”的机场可以位于人口中心附近，甚至建在住宅区里面，而不用担心会造成扰民，这样可以显著减少城市中的通勤时间。

　　美国飞机飞行效率比较基金会(CAFE)主席布瑞恩·希里表示：“海雀是一种令人兴奋的设计概念，它的身上集合了许多当前先进的技术。在我看来，如果海雀要成为一个可市场化的大众机型，还需要为其设计出一个常规的座椅、一些杯架，以及一个较短的滑行跑道和正面着陆舱门。不过，开启人们的想象力才是关键的第一步。”该基金会位于美国加利福尼亚州的圣罗莎，每年都会举办一次电动飞机研讨会。

　　在今年三月份之前，NASA的研究人员计划完成一架大小为“海雀”三分之一大小的悬浮式测试样机，在那之后的三个月里，他们将考察它从巡航到悬浮飞行的转换性能。不过，他们的目光已经不再仅仅停留在现有的“海雀”上。项目组接下来的计划是给原型机装上不止两对旋翼，这样可以在当其中一个旋翼被枪炮击中时，其余的系统还可以发挥作用，让飞机保持正常运作。

　　全球各地的发明家一直都在努力研制供个人使用的空中交通工具。比如，美国加州的Samson Motorworks公司就一直在开发一种陆空两用的摩托车，这相当于放在私人车库里的一架飞机——其采用的是鸭嘴式造型，后部装有大的飞机机翼，前部还有水平翼。目前，该公司提出了两种设计款式，其中一个型号名为Skybike，采用缩叠式机翼的设计，另一个名为Switchblade的型号则采用可折叠的剪刀式机翼。这两款机型均配置有前后碟式制动、玻璃驾驶舱、雷电保护系统、副点火电池系统、导航无线电、航道校正等设备。Switchblade在陆地上的速度可超过155公里/小时，在空中飞行时达到215公里/小时；而Skybike在陆地上的速度可达到128公里/小时，飞行时则为209公里/小时。

　　Terrafugia公司则开发了“变形者”，其创新之处在于拥有可折叠的机翼。驾驶者只需按一个按钮，机翼便会自动展开，30秒内即可从汽车变形为飞机。除变形速度快外，它还耗油少，十分经济，每升汽油空中行驶距离约为12.75公里，巡航时速可达185公里，陆上最高时速可达128公里。由于使用无铅汽油，“变形者”只需去普通加油站加油即可。Terrafugia公司介绍说，收起机翼后，“变形者”和普通汽车大小相近，可存放在车库中。

　　此外，荷兰人约翰·巴克也开发了一种“飞行汽车”，使用汽油引擎，供一人乘坐。在陆地上，它形似概念三轮机动车，路面最高时速可达200公里。它飞行的秘密藏在顶部和尾端，那里有可折叠的叶轮、推进器和机尾。这样一套简单飞行装备可保证飞行汽车在5秒内从静止状态加速到时速90公里，飞行时速最高达190公里。飞行汽车可到达空中1200米高度，加满油后一次最远可飞行近550公里。飞行汽车起飞滑行只需50米，着陆滑行甚至不到5米。在空中，飞行汽车像极了007系列电影《雷霆谷》里肖恩·康纳利驾驶的小型旋翼飞机，其顶部叶轮可调整转速以控制飞行高度，尾部的推进器负责提供前行动力，获专利的自动平衡装置可保证飞行汽车转弯时自动倾斜。

　　来源：2010年2月16日出版的《环球》杂志 第4期

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