“鸟人”是怎样炼成的,翼服飞行怎么保证安全?

“鸟人”是怎样炼成的,翼服飞行怎么保证安全?

穿着翼服跳下来,其实很安全

那文章开头视频中的 Gary 为什么却可以不需要降落伞?实际上这里有两个重要因素:

翼服减缓了他下落的速度,并让他从垂直下落的运动变成向前滑行,这对增加制动距离(让运动的物体完全静止所需要的距离)很有帮助。

落点处的那些箱子提供了足够的制动距离,更长的制动距离意味着更小的制动减速度,而更小的制动减速度使受伤的几率变得更小。

你当然不会满意上面那样简单的解释,那么我们就来分析一下上面那个视频来感受一下现场(实际上这个分析来自连线网站的专栏作者 Rhett Allain )。根据 Sky.com 的报道,用18600个纸箱堆成的降落区大概有高 4 米,长 100 米,宽 10 米,而 Gary 在离这些箱子 1.6 公里( 1 英里)外的地方跳下。

这里用的软件是 Tracker Video Analysis ,它具有“校准点匹配”这个功能,就是能以背景中的一些物体为基准来重新放缩视频里的每一帧。

文章开头视频鸟瞰视角的片段其实非常适合分析。这个片段里 Gary 离箱子很近,这样一来我们就可以用箱子作为参照物。而且注意到镜头离Gary足够远,这使得透视效果的影响可以忽略不计。下面这张图展示了 Gary 在水平方向上的移动情况:

利用这张图可以算出他的水平速度为 38.5 m/s,也就是每小时138公里,。困难在于如何计算垂直方向上的数据?其实这里有一个技巧——我们可以利用 Gary 的影子。在这么短的时间内,太阳高度角可以看成固定的(也就是影锥角固定)。如果知道了这个角度和影子的位置,就能算出 Gary 任意时刻的高度来。如下图所示:

据此我得出的关于高度(y)的表达式如下:

如果那个 θ 角是固定的(而且地面是平的),那么Gary的高度与他和影子之间的水平距离成正比。在以下的分析过程中,我们把原点设在了箱子跑道的远端。如果 Gary 在离边缘 6 米的地方着陆了,那么就能得到影子的 x 值。

如果想得到垂直方向的速度,就需要知道 θ 角的数值。可以利用箱子和它们的影子来算出这个值。箱子的高度大概是 3.66 米,而影子有 4.06 米长,于是很容易算出 θ 角大约为 48°。现在就可以把影子的数据转换成高度的数据啦。

上面这些数据并不包括落地前的一段过程。因为这段时间影子从地面转移到了箱子上。事实上,选取影子在箱子上的片段来分析会更好,因为透视误差更小。下面的图展现的则是 Gary 接近箱子的过程。

从这些数据我们得到水平的速度只有 15.1 m/s(每小时54公里),这个值与前面的估算值(每小时138公里)以及报道中宣称的每小时 80 公里的水平速度都相差较大。但是这个图有个好处则在于可以看出 Gary 撞倒箱子之后水平速度的改变情况。

Gary 垂直方向的速度呢?让我们先从影子的位置(不是高度)看起:

这斜率并不是垂直速度。把这个斜率除以 tanθ,得到的就是垂直速度了。最终的计算结果是 8.68 m/s(每小时 31 公里),也就是说 Gary 最后降落到纸箱上时的竖直方向速度是 8.68 m/s。

以大约 9 m/s 的速度向下运动,这是个什么概念?需要从多高跳下才能在落地时得到同样的速度呢?如果利用功能原理,可以写出以下的公式:

答案为 4.1 米。从 4.1 米的高度落下来,还有一大堆箱子作为缓冲,不管是哪个部位先着陆我想都是安全的吧。

进阶阅读: 滑翔比:评价飞行器好坏的重要指标

参考资料:

[1] 维基百科: Wingsuit flying

[2] Wingsuit Flying and Basic Aerodynamics

[3] Skydiving Without a Parachute

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