工業(yè)四足機(jī)器人,俗稱“機(jī)器狗”,已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。根據(jù)數(shù)據(jù),由我國宇樹科技研發(fā)的Unitree B2 的最快移動(dòng)速度可以達(dá)到每秒6米,是目前行動(dòng)能力最快的工業(yè)級(jí)機(jī)器狗之一。它還具備出色的跳躍能力和攀爬能力——不久之前,在一場受到大量關(guān)注的機(jī)器狗爬樓梯對(duì)決中,它輕松戰(zhàn)勝了波士頓動(dòng)力的Spot 機(jī)器狗。
物理啟蒙
·八年級(jí)物理“飛機(jī)的升力”
·機(jī)翼上下表面就存在著壓強(qiáng)差,因而有壓力差,這就是產(chǎn)生升力的原因。
嫦娥六號(hào)完成月球背面采樣、神舟十八號(hào)航天員又一次出艙活動(dòng)……似乎,你我都習(xí)慣了中國航天接連不斷的好消息。每每看到宇航員在太空中的視頻,你是否也希望,有一天能如同他們一樣,感受那飛一般的感覺呢?別急,雖然飛上太空還有些遙不可及,但飛離大地,已經(jīng)觸手可及。
單人飛行器首選:動(dòng)力滑翔傘
動(dòng)力滑翔傘,相信你在極限運(yùn)動(dòng)視頻中已經(jīng)見過。它誕生于20 世紀(jì)70 年代,由螺旋槳?jiǎng)恿ν七M(jìn)器和滑翔傘兩部分組成。作為迄今為止體積和重量最小的單人飛行器,動(dòng)力滑翔傘已經(jīng)逐漸普及。不少風(fēng)景優(yōu)美的自然景區(qū),都設(shè)有動(dòng)力滑翔傘項(xiàng)目的體驗(yàn)、培訓(xùn)與證書考核。
不過,動(dòng)力滑翔傘的缺點(diǎn)也顯而易見:首先,它的操控精度不高;其次,雖然它有螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力,但在飛行過程中依然嚴(yán)重受限于天氣變化;而后,它的航行速度也達(dá)不到很高的速度區(qū)間;還有在安全方面,若在飛行過程中,它的滑翔傘出現(xiàn)故障,大概率會(huì)危及生命。
像是動(dòng)漫:噴氣式滑翔機(jī)
參照動(dòng)力滑翔傘的構(gòu)造,工程師開發(fā)出了操控更好、動(dòng)力更強(qiáng)、安全系數(shù)更高的噴氣式滑翔機(jī)。
顧名思義,噴氣式滑翔機(jī)是噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)與滑翔機(jī)的組合體。其中最具代表性的OpenSky M-02J,它儼然借鑒了動(dòng)畫《風(fēng)之谷》中的設(shè)計(jì)——機(jī)體長度設(shè)定為2.67 米,同時(shí)將機(jī)身長度和翼展長度的比例控制在1:4 以下,從而以相對(duì)較低的物料成本達(dá)到飛行系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
據(jù)悉,OpenSky M-02J 可以搭載一名體重約80 千克的成年人,以90 公里的時(shí)速飛行。它的發(fā)動(dòng)機(jī)能持續(xù)提供15 分鐘的動(dòng)力。而在燃料耗盡之后,它還能憑借出色的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì),以滑翔姿態(tài)繼續(xù)飛行,直至平穩(wěn)落地。
其實(shí),OpenSky M-02J 在設(shè)計(jì)原理上與民航客機(jī)更加接近,只是起飛和降落的條件大幅降低,在地面空間相對(duì)開闊的郊野非常適用。但若換作是建筑密度較高的城市環(huán)境,它便難以適配。而這,還得看噴氣背包。
奢侈的飛行神器:噴氣背包
若是要追溯噴氣背包的出現(xiàn),它甚至比動(dòng)力滑翔傘更早,在20 世紀(jì)60 年代,美國的工程師沿用火箭的飛行原理,將火箭推進(jìn)器的工程結(jié)構(gòu)縮小到可以單人掛載的標(biāo)準(zhǔn),便有了基于噴氣推進(jìn)器的噴氣背包。通過操控噴氣推進(jìn)器的推力大小,操控者可以精準(zhǔn)地操控飛行的速度與高度。
雖然出現(xiàn)得更早,但噴氣背包卻始終未能普及。一是因?yàn)樗甙旱氖褂煤途S護(hù)成本,畢竟推進(jìn)器的能源消耗和穩(wěn)定程度都比不上通用的發(fā)動(dòng)機(jī);二是出于安全性的考量,滑翔傘和滑翔機(jī)都具備無動(dòng)力滑行降落的能力,而噴氣背包在燃料耗盡之后,只能做自由落體運(yùn)動(dòng)……
于是乎,噴氣背包一直局限于軍事和部分特定工程領(lǐng)域。不過在每一次公開使用記錄中,尤其是JB 系列噴氣背包的展示表演中,這種單人飛行器總是讓人充滿了期待。
改進(jìn)的懸停法寶:旋翼飛行背包
噴氣背包無法普及,不代表旋翼飛行背包不行。時(shí)至今日,隨著旋翼技術(shù)的不斷進(jìn)步,飛行背包再度成為工程師們眼中的香饃饃——噴氣推進(jìn)器的種種不足,在如今越來越成熟、越來越具有性價(jià)比的旋翼技術(shù)面前,似乎已經(jīng)不再是多大的問題。
CopterPack 就是飛行背包的代表之一。它通過背包的電池組供能,依靠兩組旋翼提供動(dòng)力,不僅能在狹窄的高建筑密度空間垂直起降,同時(shí)還具備直升機(jī)才有的空中懸停和自動(dòng)平衡能力,這讓駕駛員可以在航行過程中完成更多動(dòng)作,極大地?cái)U(kuò)展了單人飛行器的使用空間。此外,得益于碳纖維的旋翼材質(zhì),CopterPack 還擁有自重輕和強(qiáng)度高的雙重特性,大幅提升了飛行背包的巡航里程和安全系數(shù)。
空中漂移:飛行滑板
說到這里,不管是滑翔傘也好,飛行背包也罷,都是工程師在20 世紀(jì)航空航天技術(shù)的基礎(chǔ)上,完成微型化之后的產(chǎn)物。好在,在技術(shù)日新月異的今天,工程師對(duì)于單人飛行器的展望,沒有局限在前人的視野之內(nèi)——飛行滑板就是最新的答案。而這,似乎具有更強(qiáng)的科技感和未來感。
所謂飛行滑板,即使用旋翼和磁懸浮等系統(tǒng)提供升力的載人滑板。目前,有一眾科技公司都推出飛行滑板。其中,Omni Hoverboard 已經(jīng)成熟到幾乎可以完全商用化,它的飛行高度已達(dá)275 米,已經(jīng)可以滿足絕大部分個(gè)人需求。另一款Flyboard Air 還要更優(yōu)秀,它理論上能達(dá)到3000米的飛行高度,足以讓我們擁抱整個(gè)天空。
未來:天高任你飛
在飛行滑板等各式各樣的單人飛行器的激勵(lì)下,工程師近年來腦洞大開,設(shè)計(jì)出一系列造型特異和功能多樣的飛行器。有的像單座的空中小跑車,比如谷歌的BlackFly;有的類似小航空母艦的概念,比如小鵬推出的覆蓋低空飛行領(lǐng)域的旅航者、陸地航母和陸空一體飛行汽車等概念化產(chǎn)品。它們的試飛視頻一次次引爆了社交網(wǎng)絡(luò)——畢竟,有誰不想會(huì)飛呢?
如此這般,未來的單人飛行器,或許將如同今天的汽車一樣,走進(jìn)千家萬戶。到那時(shí),你我他的飛行夢想,或許也將如同嫦娥飛天的新聞一樣,讓人習(xí)以為常。
課堂內(nèi)外·初中版(科學(xué)少年)2024年7期