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降落伞起源于中国,在飞机问世后被广泛应用,不只是求生工具,也能表演。庆祝国庆时,飞行员高手表演跳伞技艺,做出各种高难度动作,假如你有幸看到的话,不仅要看热闹,更要看门道!
● 降落伞起源于中国
降落伞是利用空气阻力,使人或物从空中缓慢向下降落的一种器具。它是从杂技表演开始发展起来的,随着人类航空事业的发展,后来用作空中救生,进而用于空降作战。
早在公元前100年西汉时代的《史记·五帝本纪》中,就有降落伞原理应用的记载。史学家司马迁在他的著作中写到:“使舜上涂廪,瞽叟从下纵火焚廪。舜乃以两笠自杆而下,得不死。”
司马迁叙述的是,上古时代,有个叫舜的人,有次上到粮仓顶部,瞽叟从下面点起了大火,舜利用两个斗笠从上面跳下,没有被烧死。这是人类最早应用降落伞原理的记载。
相传1306年前后,在元朝的一位皇帝登基大典中,宫廷里表演了这样一个节目,杂技艺人用纸质巨伞,从很高的墙上飞跃而下。由于利用了空气阻力的原理,艺人飘然落地,安全无恙。这可以说是最早的跳伞实践了。
1977出版的《美国百科全书》中也写到:“早在1306年,中国的杂技演员们便使用过类似降落伞的装置。”这个跳伞杂技节目后来传到了东南亚,不久又传到了欧洲。
● 从灾难中得到启发
飞机问世后,为了飞行人员在飞机失事时救生,降落伞又有了进一步改进。1911年出现了能够将伞衣、伞绳等折叠包装起来放置在机舱内,适于飞行人员使用的降落伞,这种降落伞于1914年开始装备给轰炸机的空勤人员。
然而最初的降落伞很不完善,最大的缺点是稳定性差,飞行下降时摇摆得非常厉害,犹如荡秋千,着陆时常常摔伤。有一次在热气球飞行事故中,一名英国人跳伞逃生,不料降落伞顶端被火烧了大洞。这个英国人吓坏了,以为自己将直摔地面,必死无疑。没想到,他并没有直摔下去,只是下降的速度快了一些。更没有想到的是,降落伞竟变得“听话”起来,十分平稳。
科学家们从这次事故中受到启发,终于明白了过去降落伞不稳定的原因:一是降落伞下降时,伞衣周围的气流猛烈分离,使伞衣上的压力分布不均匀,伞衣内外的压力差悬殊,就如同反扣的碗在水中下沉一样。二是伞衣的形状不合适,不能很好地发挥作用。
于是,设计师们首先在降落伞顶端开出一些洞来,作为排气孔,以此来调节伞衣内外的压力差,从而消除降落伞下降时的摇摆现象,同时对伞衣乃至整个降落伞的结构进行了改造,使跳伞员易于操纵。从此,降落伞的安全性和实用性大大提高。
● 跳伞中的原理
空气阻力:降落伞向上的力就是空气阻力;降落伞设计的目的,在于增加物体落地所需要的时间,伞的面积越大下降时能产生的空气阻力越大,也就是有更大的空气浮力。
万有引力:考量降落伞,就牵涉万有引力——越重的物体坠落下降速度越快的原理;可以知道减轻降落伞的重量,便能使降落伞的坠落速度变慢,于是降落伞应采用质量轻的材料。
伞面形状:根据流体力学上说,伞面制成半球形可能可以产生比较大的空气阻力,所以制作技术上,都尽量做出类似半球状的降落伞。
柏努力定律:传统圆形降落伞(如:伞兵伞)的外观,像是一个倒碗公,由一片片伞布连接而成,下缘的地方进气,上升气流由下方口进伞体内部后,藉由伞形隔间(伞肋)来撑开降落伞。
当空气由下方进入伞体隔间后,伞衣会鼓起形成一个半圆体,空气通过时,因为伞肋的外层距离长,下层距离短,流速与压力成反比,所以空气的流速伞外层较快,伞内层慢,也就是上层空气流速快,所以空气压力小,反之,下层因为空气流速慢,所以压力比较大,因此造成一股由下往上推挤的“升力”。
● 降落伞如何转弯
开汽车时用方向盘就能左右转弯,开船时只要操纵方向舵就能左右改变航向。但我们看到空降兵在降落中,也能在空中左弯右拐时就难免有些疑问了,难道降落伞也有与汽车、轮船类似的方向盘、方向舵吗?
没错,降落伞也有类似方向盘、方向舵的称为操纵棒的设备。说它是设备,其实很简单。为了操纵降落伞方便,降落伞制造厂将降落伞绳都进行了编号。
人们通常在降落伞后面的两根伞绳,也就是编号的第一根和最后一根伞绳的下端缝上一根短绳,叫操纵绳,位于两根操纵带上。
在操纵绳下端拴了一个小棒称操纵棒。操纵降落伞左右转弯,就是通过操纵绳和操纵棒来进行的。
那么,这个操纵棒是怎样操作的呢?降落伞张开后,伞衣里的空气密度比伞衣外空气密度大(因为压力也变大),形成了内外空气压差。
如果使降落伞成倾斜状态,伞衣里的空气便会向倾斜高处的方向排出,排出空气所产生的作用力,又反作用于伞的倾斜面,于是便推动降落伞向倾斜方向运动。
根据这个原理,设计师在伞衣后面开了一个或几个排气口。当伞内空气从排气口排出时,就会给降落伞一个反作用力,使降落伞获得向前的水平运动速度。
空降兵须要向左转动时,拉下左操纵棒,排气口左边的伞衣就向内凹,排气口右边的伞衣就相对凸起,把排气的方向改为左后方,而空气产生的反作用力便推向右前方,于是伞衣便向左转了。同样,拉下右操纵棒,伞衣便向右转动了。
编辑/张烨
● 降落伞起源于中国
降落伞是利用空气阻力,使人或物从空中缓慢向下降落的一种器具。它是从杂技表演开始发展起来的,随着人类航空事业的发展,后来用作空中救生,进而用于空降作战。
早在公元前100年西汉时代的《史记·五帝本纪》中,就有降落伞原理应用的记载。史学家司马迁在他的著作中写到:“使舜上涂廪,瞽叟从下纵火焚廪。舜乃以两笠自杆而下,得不死。”
司马迁叙述的是,上古时代,有个叫舜的人,有次上到粮仓顶部,瞽叟从下面点起了大火,舜利用两个斗笠从上面跳下,没有被烧死。这是人类最早应用降落伞原理的记载。
相传1306年前后,在元朝的一位皇帝登基大典中,宫廷里表演了这样一个节目,杂技艺人用纸质巨伞,从很高的墙上飞跃而下。由于利用了空气阻力的原理,艺人飘然落地,安全无恙。这可以说是最早的跳伞实践了。
1977出版的《美国百科全书》中也写到:“早在1306年,中国的杂技演员们便使用过类似降落伞的装置。”这个跳伞杂技节目后来传到了东南亚,不久又传到了欧洲。
● 从灾难中得到启发
飞机问世后,为了飞行人员在飞机失事时救生,降落伞又有了进一步改进。1911年出现了能够将伞衣、伞绳等折叠包装起来放置在机舱内,适于飞行人员使用的降落伞,这种降落伞于1914年开始装备给轰炸机的空勤人员。
然而最初的降落伞很不完善,最大的缺点是稳定性差,飞行下降时摇摆得非常厉害,犹如荡秋千,着陆时常常摔伤。有一次在热气球飞行事故中,一名英国人跳伞逃生,不料降落伞顶端被火烧了大洞。这个英国人吓坏了,以为自己将直摔地面,必死无疑。没想到,他并没有直摔下去,只是下降的速度快了一些。更没有想到的是,降落伞竟变得“听话”起来,十分平稳。
科学家们从这次事故中受到启发,终于明白了过去降落伞不稳定的原因:一是降落伞下降时,伞衣周围的气流猛烈分离,使伞衣上的压力分布不均匀,伞衣内外的压力差悬殊,就如同反扣的碗在水中下沉一样。二是伞衣的形状不合适,不能很好地发挥作用。
于是,设计师们首先在降落伞顶端开出一些洞来,作为排气孔,以此来调节伞衣内外的压力差,从而消除降落伞下降时的摇摆现象,同时对伞衣乃至整个降落伞的结构进行了改造,使跳伞员易于操纵。从此,降落伞的安全性和实用性大大提高。
● 跳伞中的原理
空气阻力:降落伞向上的力就是空气阻力;降落伞设计的目的,在于增加物体落地所需要的时间,伞的面积越大下降时能产生的空气阻力越大,也就是有更大的空气浮力。
万有引力:考量降落伞,就牵涉万有引力——越重的物体坠落下降速度越快的原理;可以知道减轻降落伞的重量,便能使降落伞的坠落速度变慢,于是降落伞应采用质量轻的材料。
伞面形状:根据流体力学上说,伞面制成半球形可能可以产生比较大的空气阻力,所以制作技术上,都尽量做出类似半球状的降落伞。
柏努力定律:传统圆形降落伞(如:伞兵伞)的外观,像是一个倒碗公,由一片片伞布连接而成,下缘的地方进气,上升气流由下方口进伞体内部后,藉由伞形隔间(伞肋)来撑开降落伞。
当空气由下方进入伞体隔间后,伞衣会鼓起形成一个半圆体,空气通过时,因为伞肋的外层距离长,下层距离短,流速与压力成反比,所以空气的流速伞外层较快,伞内层慢,也就是上层空气流速快,所以空气压力小,反之,下层因为空气流速慢,所以压力比较大,因此造成一股由下往上推挤的“升力”。
● 降落伞如何转弯
开汽车时用方向盘就能左右转弯,开船时只要操纵方向舵就能左右改变航向。但我们看到空降兵在降落中,也能在空中左弯右拐时就难免有些疑问了,难道降落伞也有与汽车、轮船类似的方向盘、方向舵吗?
没错,降落伞也有类似方向盘、方向舵的称为操纵棒的设备。说它是设备,其实很简单。为了操纵降落伞方便,降落伞制造厂将降落伞绳都进行了编号。
人们通常在降落伞后面的两根伞绳,也就是编号的第一根和最后一根伞绳的下端缝上一根短绳,叫操纵绳,位于两根操纵带上。
在操纵绳下端拴了一个小棒称操纵棒。操纵降落伞左右转弯,就是通过操纵绳和操纵棒来进行的。
那么,这个操纵棒是怎样操作的呢?降落伞张开后,伞衣里的空气密度比伞衣外空气密度大(因为压力也变大),形成了内外空气压差。
如果使降落伞成倾斜状态,伞衣里的空气便会向倾斜高处的方向排出,排出空气所产生的作用力,又反作用于伞的倾斜面,于是便推动降落伞向倾斜方向运动。
根据这个原理,设计师在伞衣后面开了一个或几个排气口。当伞内空气从排气口排出时,就会给降落伞一个反作用力,使降落伞获得向前的水平运动速度。
空降兵须要向左转动时,拉下左操纵棒,排气口左边的伞衣就向内凹,排气口右边的伞衣就相对凸起,把排气的方向改为左后方,而空气产生的反作用力便推向右前方,于是伞衣便向左转了。同样,拉下右操纵棒,伞衣便向右转动了。
编辑/张烨