航空体育运动是利用飞行器或其他器械进行的一项体育运动,它是伴随着飞行器的诞生和航空技术的发展而开展起来的。航空体育运动一般包括跳伞运动、飞行运动、气球运动、滑翔运动和航空模型运动等。
第一节 跳伞运动及降落伞的发展
现代降落伞的外形多样,有圆形、条形、翼形……但有一点是一致的,降落伞都是拱形或顶棚形的,并且在伞缘连接着多条拉带,人通过拉带悬挂在下方,拱顶被风吹或鼓起在上方,由于人体的重力和自由落体的原理,降落伞是缓慢往下降的,并最终落在地面上,因此叫降落伞。降落伞的工作过程分为自由坠落、拉直、充气、稳降四个阶段。其中充气阶段是指伞衣、伞绳全长拉直后,主伞开始充气直至伞衣全部充满这个过程。在降落伞四个阶段的研究中,伞衣的充气过程无疑是物理过程最为复杂,人们最难理解的一个阶段,也是目前航空界探讨的重要问题。
一、降落伞的渊源及其文化意蕴
伞的本字是“繖”,在古文中也叫“盖”、“伞盖”或“罗伞”。《通俗文》中说:“张帛避雨,谓之伞盖。”这就是说,伞最早是用来挡雨的,古人根据水流的特点,把伞做成顶棚状,好让雨水从四周快速地流落。
伞的雏形是“簦”,徐广注《史记》时曾经说,“笠有长柄者谓之簦。”这个“笠”实为古代的竹帽子,史称“笠帽”,是用竹箬棕皮等编成。《诗·小雅·无羊》说:“何蓑何笠”指的就是这种有尖顶的笠帽,也指竹篾编成的笠形覆盖物,如笠盖;笠覆。又篇海中也有记载,“簦笠以竹为之,无柄曰笠,有柄曰簦”;在《急就篇》中有更详尽地说明:“簦笠皆所以御雨,大而有把手执以行,谓之簦,小而无把手戴以行谓之笠。”簦是用来挡雨的用具,所以比戴在头上的笠要大一些,而且可以用手握着簦柄在雨里行走。但早期的簦是不能收放的,其形状与现代的伞无大区别,我们现在所说的防雨的伞,是到南北朝时才有。据清代麟庆编篡的《河工器具图说》引《玉屑》中说:“元魏之时,魏人以竹碎分并油纸造成伞,便于步行。”这段记载说明,魏时的伞是用竹为支架,外面用油纸蒙成,有长的握柄。雨伞在宋代又称为雨盖。如岳珂《木呈史》卷十一《番禺海獠》记载:“予之登也,挟二雨盖,去其柄。既得之,伺天大风,鼓以为翼,乃在平地,无伤也。”用伞防日晒的,《默记》卷中有载:“元丰末,王荆公在蒋山野次,跨驴出入。时正盛暑,而提刑李茂直往候见,即于道左遇之……语甚久,日转西矣,茂直令张伞,而日光正漏在荆公身上,茂直语左右,令称伞就相公。”都说明中国古代用伞主要是遮阳挡雨,在宋明朝就普遍使用了。
伞的形状作为遮挡作用可能更早,并且是盖子的样子。(晋)崔豹《古今注》卷上记载:“华盖,黄帝所作也。与蚩尤战于涿鹿之野,常有五色云气,金枝玉叶止于帝上,有花葩之象,故因而作华盖也。”其实文中说的“五色云气”、“金枝玉叶”是指阳光或霞光,或者是晕,天空中有一层高云,阳光或月光透过云中的冰晶时发生折射和反射,便会在太阳或月亮周围产生彩色光环,光环彩色的排序是内红外紫。称这七色彩环为日晕或月晕,统称为晕。由于有卷层云存在才出现晕,而卷层云常处在离锋面雨区数百里的地方,随着锋雨的推进,雨区不久可能移来,因此晕就往往成为阴雨天气的先兆。据此来看,黄帝时代已经会观测气象了,大概是看到晕的出现,预计大雨将来临,因此制作拱型盖,准备遮雨。另外从这一文献的“华盖”和天空出现的彩色现象来看,当时人们看到的也许就是一种叫“华”的气象。华,是指天空中有一层透光薄云,云中的水滴大小均匀,若是由冰晶组成的云则要求冰晶尺寸均匀。月光或阳光透射云层过程中,受到均匀云滴(水滴或冰晶)的衍射,结果会在月亮或太阳周围紧贴月盘或日盘形成内紫外红的彩环,称为华。因日光太亮,所以人们不易观察到日华,月华则比较常见。紧贴月盘的华又称华盖,通常华盖的紫色不太显著故内环呈青蓝色,其外呈黄色为主,最外呈红色。有时在华盖外隔一暗圈后还会出现一个甚至几个彩色排序与华盖相同,但亮度弱得多的同心光环,称为副华,所以黄帝根据五色云气制成华盖,应是彩色的。
据《史记》记载,五帝时其有人拿着华盖形(即笠)的伞从高处往下跳。故事说帝王虞舜的父亲瞽叟偏爱后妻生的儿子,而想害死舜。一次,瞽叟让舜上仓廪工作后,便在下面放起火来,想烧死舜。但舜却利用两个斗笠从仓廪上跳下,从而幸免遇难,后人认为舜就是我国第一个跳伞的试验者。伞在古代还是有等级划分的。《事物纪原》记载:“今天子用红黄二等,而庶僚通用青,其天子之以黄,盖自秦汉黄屋大纛之制也。”《通典》里说:“北齐庶姓王仪同以,翟尾扇伞,皇家三品以上,青朱里,其伞碧星,达于士人。”可见,皇帝所用伞,红黄二色,十分鲜艳,当然黄色代表权利,只有皇帝才能用,百姓、百官戴的伞是青色,是当时地位低的象征。到北齐时,三品以上大官所用伞里面可以为红色。到隋朝又有一变,《隋书·礼仪志五》说:“王,庶姓王,仪同三司以上,亲公主,雉尾伞,紫伞。皇宗及三品以上官,青伞朱里。其青伞碧里,达于士人,不禁。”不难看出,古代伞是身份的标识,所以只要一见伞的颜色,便知伞下是何人,等于说,伞就是撑伞者的标签。
在西方,13 世纪就有人想用伞从高空降落。1495 年,意大利的艺术大师达·芬奇曾画了一个形似金字塔的降落伞装置,但他仅有这种设想,没有付诸实践。并就该装置做了说明:“一个物体的阻力等于空气遇到的阻力……假如一个人有一具亚麻织的10.8米宽、10.8米高的帐篷,就可以从任何高度跳下,而不受伤。”可以断定一具长宽10.8米的达·芬奇伞以合理的阻力系数来衡量,那确实会使人安全着陆。这可能算是降落伞早期理论文献的记载了。1595 年意大利福·维拉泽奥用一个帆布制作了一个方框形的降落伞从一个高塔上跳下来,安全着陆,创造一个历史奇迹。1783 年,法国的一个叫勒·纳·旺西的人自制了一个直径4.2米的降落伞从蒙彼利埃的一座塔上跳下,据说他是寻找遇上火灾时逃生的方法。18世纪末,蒙哥菲尼兄弟发明了热气球,从此热气球代替了高塔,第一个从热气球上跳伞的人是法国的加纳林。1797 年,加纳林用小狗做实验,从几百米高空乘降落伞平安地降落到地面,动物的实验成功,说明人类也可以利用降落伞的空气阻力,从高处缓慢下降安全落地。后来加纳林亲自做试验,当气球升至1800米高度时,他割断了伞,在下降过程中,伞并不稳定,左右摇摆得很厉害,按此情状两脚接触到地面,一定会有很大的反冲力,后果难以预测。可是加纳林降到低空时,正好落在一匹马上,马给了他很大的缓冲,幸免于难。加纳林的成功使他顿时成名,成为名扬欧洲的英雄。
1903年,莱特兄弟造出第一架飞机,人们对飞机上跳伞有了期待,第一个从飞机上跳伞成功的是美国人格·莫顿。1911 年,俄国退役炮兵中尉克杰尼柯夫发明了世界上第一个能折叠的、固定在人身上的背包式降落伞,经过改进,这种伞就系在飞行员身上,供危急时刻使用。根据不同需要,可使用不同类型的降落伞。到20世纪20年代,飞机跳伞已开始普及,甚至连女子也加入到跳伞行列,此后,跳伞不再是生命冒险,而是在军事、救生、体育运动中的一门独立的技术,并加以推广。
二、现代跳伞运动与体育
跳伞作为一项航空运动,最早源于欧洲,此后在世界许多国家普遍开展,但尤以欧美各国开展得更加广泛。由于跳伞运动惊险刺激,能培养人们勇敢、机智、沉着和果断的品质,被人们称为勇敢者的运动。
尽管跳伞起源的很早,但真正把跳伞从救生、娱乐阶段推向运动竞赛阶段是在20世纪50年代中叶。1951年在荷兰的海牙举行的国际航空联合代表大会上,一致通过在1951年8月16日举行第一届世界跳伞锦标赛,地点定在南斯拉夫。一共有6个国家17名运动员报名参加了比赛。当时的比赛项目只有500米高空强制开伞、定点开伞与2000米高空延迟开伞等。第一届世界跳伞锦标赛冠军是法国运动员彼埃尔·拉尔德。虽然这一届国际跳伞锦标赛参加的国家不多(大多是欧洲国家),但它的影响是很大的,因为这标志着跳伞从军事走向体育运动的开始,为现代体育开辟了新的项目。
1954年,第二届世界跳伞锦标赛在法国举行, 7个国家的31名运动员(其中20名女运动员)参加了比赛。这届比赛最有历史意义的是,规定了以着陆点距靶心距离的远近来评判比赛胜负,谁离靶心最近,谁就获得冠军,这种测量离靶心远近制定胜负的方法是苏联代表捷藩诺夫提出来的。虽然这届比赛第一名的成绩距靶心有5米多远,成绩不佳,但这一比赛的方法一直保持至今。降落伞的形状也有特点,使用的是PD-47方型降落伞,这种伞很不好掌控,比赛中大多数人落地时距靶心都有二三十米远。
1956年7月,第三届世界跳伞锦标赛在苏联莫斯科杜申诺机场举行。这届跳伞锦标赛最有看点、最有创新的是伞形的大改进,当时捷克斯洛伐克人使用了一种圆形开缝伞,这种伞因开口处有气流流出从而可产生相反的作用力,能产生2~3 米/秒的向前水平速度,同时人可以操纵降落伞开口的大小及方向,使伞能作水平移动。由于可以操控,而使过去只能随风飘的伞改造成具有水平速度的降落伞,这种最具先进水平的伞形,让捷克人轻而易举夺得冠军。从此,人们在跳伞器具上大动脑筋,目的是想让伞更容易操纵,使落点更接近靶心而夺取冠军。
1958年8月3日,第四届世界跳伞锦标赛在捷克斯洛伐克的布底斯拉伐举行。这届比赛最引人注目的是特技跳伞,要求跳伞者在自由坠落过程中完成左右水平五个盘旋并一个后垂直筋斗组成的一套特技动作。可以说,这届跳伞锦标伞进一步完善了跳伞运动,此后的世界跳伞比赛中,比赛项目就为定点与特技两项,至今没有变动。
第五届世界跳伞锦标赛于1960 年8 月在保加利亚举行,当时美国人推出了一种倒T形开缝伞,比赛的结果无疑是具有先进伞形的美国人获胜,冠军是美国运动员理查·迪克·福登别里。第六届世界跳伞锦标赛没有什么突破,到第七届锦标赛,又是美国在伞型上给人以视觉的冲击,这届锦标赛上美国制造的圆形滑翔伞使水平速度更高,而且操纵性能更好,运动员可以自由操控下降和转弯,这让运动员脚踩靶心更有了信心,准确率比过去大有提高。60 年代初期,有些人很想突破美国的圆形滑翔伞,又出现三角形伞、心型伞,但是都没有大突破。
到60年代中期美国人多米纳·贾伯特提出了一种冲压式翼型伞的原理,并以Notre Dame 大学为主进行研制,由该校定名为Parafoil (翼伞,即parachute-Airfoil两字之头尾) ,推出了翼形降落伞。这种伞的优点是具有较大的滑翔能力,能产生较大的升力,伞衣面积也较小,又具有很好的操纵性,它不光采用了一般降落伞利用空气阻力减慢物体在空中下降速度的工作原理,而且还运用飞机翼形产生升力的原理在空中滑翔,运动员在操纵它滑向指定场地时,若把伞的后缘向下拉,伞的水平速度可接近于零,降落伞可垂直下降,有如鸟雀急速下落一般,跳伞运动员也可以像雀鸟那样轻巧落地,当时人们戏称这种降落为“雀降”。由于落地轻巧也大大提高了踩靶的命中率,所以这项成果也是开拓了降落伞落地技术的新的里程碑。
第十届世界跳伞锦标赛于1970年在南斯拉夫举行,这届比赛新的看点是美国人表演的造型跳伞,造型跳伞是人在跳伞过程中做各种各样的花样造型,并在空中形成某种图案,比如手牵手或多人拉手成三角形、五星形、垛形、T形、U形等,当人坠落到离地面大约1000 米左右高度时,才允许打开降落伞。1970年的造型跳伞只是一种表演,直到1973 年国际跳伞委员会正式把造型跳伞列入比赛项目。1980年国际跳伞委员会确定跳伞比赛为定点、特技、造型和踩伞造型比赛四类,从而使跳伞运动更加丰富多彩,颇具观赏性。
现在世界上又出现了“极限跳伞”,是当今在欧美最流行的空中极限运动。它的独特魅力在于跳伞者可以从正在飞行的各种飞行器上跳下,也可以从固定在高处的器械、陡峭的山顶甚至建筑物上纵身而下,通常起跳后伞并不是马上打开,而是由跳伞者自己控制开伞时间。以高度为标准的极限跳伞最有挑战性,人类最高跳伞纪录保持者乔·奇延尔在1960年成功从10.2万英尺(约3.1万米)高空跳下。当年,他在高空中急速下降过程中出现了眩晕现象,他甚至失去了意识和知觉,没能打开降落伞。幸好自动开伞装置及时启动,救了他一命。极限跳伞虽然不是一种竞赛跳伞运动,但却是一种人类挑战人体极限的尝试,对一个人的体能、意志,智力都是一种极限挑战。