喷气背包

喷气背包是佩戴在其使用气体或液体的射流通过空气推进穿用者背面的装置。这个概念已经存在于科幻小说中近一个世纪，并在1960年代得到广泛传播。实际的喷气背包使用多种机制开发，但由于地球大气层、重力、可利用燃料的能量密度低以及人体不适合人类的挑战，因此其用途比虚构的喷气背包更为有限。飞行，它们主要用于特技表演。由于明显的失重和在轨道上缺乏产生摩擦的气氛，喷气背包的实际用途是在宇航员的舱外活动中。

用最一般的术语来说，喷气背包是一种可穿戴设备，它允许用户通过提供推力来飞行。除了在微重力环境中使用外，该推力必须向上以克服重力，并且必须足以克服使用者，喷气背包本身及其燃料的重量。这必然要求射流组件在向下的方向上连续推动物质。

尽管某些设计的动力和/或质量来自外部的地面来源，但不受束缚的飞行需要将所有飞行燃料都携带在机组内部。这导致了与总质量比有关的问题，该问题将xxx飞行时间限制为数十秒，而不是科幻小说中设想的持续飞行。

俄罗斯发明家亚历山大·安德烈耶夫（Alexander F. Andreev）于1919年开发了xxx种包装设计。该项目得到了尼古拉·雷宁（Nikolai Rynin）和技术历史学家Yu的高度评价。V. Biryukov和SV Golotyuk。后来它获得了专利，但显然没有制造或测试。它是由氧气和甲烷驱动的（很可能是火箭），机翼长约1 m（3英尺）。

甲过氧化氢 -Powered引擎是基于过氧化氢的分解反应。使用了近乎纯净的（在贝尔火箭带中为90％）过氧化氢。纯过氧化氢相对稳定，但与催化剂（例如银）接触时，在不到1/10 毫秒的时间内分解为过热蒸汽和氧气的混合物，体积增加5,000倍：2 H ₂ O ₂ →2 H ₂ O + O ₂。反应是放热的即伴随着大量热量的释放（大约2,500 kJ / kg [5,800 BTU / lb]），在这种情况下，会在740°C [1,360°F]的温度下形成蒸汽-气体混合物。该热气体仅用作反应物料，并直接供入一个或多个喷嘴。

xxx的缺点是操作时间有限。蒸汽和氧气的射流可从相当轻的火箭提供很大的推力，但该射流的排气速度相对较低，因此比冲性较差。当前，这样的火箭带只能飞行约30秒（由于用户可以无助地携带有限数量的燃料）。

更常规的双推进剂可以使比冲量增加一倍以上。但是，尽管来自过氧化物发动机的废气非常热，但它们仍比替代推进剂产生的废气要凉得多。使用基于过氧化物的推进剂可xxx降低着火/爆炸的风险，这可能会对操作人员造成严重伤害。

例如，与主要排出大气中的空气以产生推力的涡轮喷气发动机相反，与使用涡轮喷气发动机的设备相比，火箭组件的制造要简单得多。温德尔·摩尔（Wendell Moore）的经典火箭组装结构可以在车间条件下进行，需要经过良好的工程培训和高水平的工具制造工艺。

这种火箭背包的主要缺点是：

• 飞行时间短（最长约30秒）。
• 过氧化物推进剂的高成本。
• 在最低降落伞高度以下飞行的固有危险，因此在发生事故或故障时，没有任何安全设备可以保护操作员。
• 鉴于没有双控制培训版本，因此可以安全地学习如何飞行。
• 手动飞行这种设备的xxx困难。

这些情况将火箭包的应用范围限制在非常壮观的公共演示飞行，即特技表演；例如，在1984年美国洛杉矶夏季奥运会开幕式上安排了一次飞行。

带有涡轮喷气发动机的组件以传统的基于煤油的喷气燃料为燃料。它们具有更高的效率，更大的高度和数分钟的飞行时间，但是它们结构复杂且非常昂贵。这个背包只有一个工作模型。它在1960年代进行了飞行测试，目前不再飞行。如果喷气背包和火箭背包的机翼像飞机的机翼，则飞行时间长得多。

1965年，贝尔航空系统公司与美国国防高级研究计划局（DARPA）签订了一项新合同，以开发带有涡轮喷气发动机的喷气式发动机组件。该项目被称为“喷气飞行带”，或简称为“喷气带”。Wendell Moore和燃气涡轮机专家John K. Hulbert 致力于设计新的涡轮喷气发动机组件。位于密歇根州沃德湖的威廉姆斯研究公司（现为威廉姆斯国际公司）于1969年设计并制造了符合贝尔规格的新型涡轮喷气发动机。它被称为WR19，额定推力为1,900牛顿（430磅力），重31千克（68磅）磅）。喷射带于1969年4月7日在尼亚加拉瀑布市立机场首次免费飞行。罗伯特·考特（Robert Courter）飞行员以7 m（23 ft）的高度绕圈飞行约100 m（330 ft），时速达45 km / h（28 mph）。以下飞行时间更长，最多5分钟。从理论上讲，这种新背包可以以高达135 km / h（84 mph）的速度飞行25分钟。

21世纪看到了一种将水用作高密度推进液的喷气背包的新方法。这需要非常大量的流体，这使得自给式喷气背包不可行。取而代之的是，这种方法使用长的挠性软管将水和飞行员的飞行设备中的引擎、燃料和流体分开，以将水输送到与飞行员的身体相连的喷嘴组件。这些发明被称为“水力喷射背包”，成功的设计已经将水上摩托艇技术用作在水体（海洋、湖泊或水池）中运行的动力装置，以提供所需的推进力。几种水力喷射背包方法已经成功测试并投入生产。流量可以由水上摩托车的节流阀操作员控制，也可以由飞行员使用远程执行器控制。

水力喷射背包的另一个重要区别是，它们既可以在水面以下也可以在水面以上操作。截至2013年，世界各地都有许多水力喷射背包租赁业务在运营。