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Sie sagten, es könnte nicht getan werden!

2021

Da Vinci entwarf 1485 die ältesten bekannten Pläne für ein Flugzeug mit menschlichem Antrieb. Doch erst 1977 flog der erste wirklich. Der Flug erfordert Auftrieb, wenn der nach oben drückende Nettoluftdruck dem Gewicht des Fahrzeugs entgegenwirkt. Viele gingen jahrelang davon aus, dass der Flug mehr Auftrieb und Kraft erfordert, als der menschliche Körper allein bereitstellen könnte (obwohl die Ermahnungen unzählige Fehlversuche kaum aufhalten konnten). Die Erfinder blieben jedoch bestehen.

Flugzeuge fliegen mit drei Grundkonfigurationen: Starrflügel, Schlagflügel und Rotoren. In den letzten 50 Jahren haben die Erfinder den Starrflügel- und Schlagflug erobert. Jetzt sind sie kurz davor, die bisher größte Herausforderung zu meistern: den vertikalen Start.

Um einen von Menschen betriebenen Hubschrauber zu fliegen, müsste ein Pilot wahrscheinlich 500 Watt Leistung produzieren. Laut Antonio Filippone, einem Luftfahrtingenieur an der Universität von Manchester in England, konnte selbst der leistungsstärkste Pilot diese Leistung nicht aufrechterhalten. Er hat zwei Artikel veröffentlicht, in denen theoretische, von Menschen angetriebene Hubschrauber analysiert wurden. "Sie können abheben, sagt er, aber für mehr als ein paar Sekunden ist es nicht möglich." Wir haben so etwas schon einmal gehört.

Starrflügelflug

Die Herausforderung : Für den Starrflügelflug ist ein effizientes Tragflächenprofil erforderlich, z. B. ein Flügel, der oben gekrümmt und unten flach ist. Während sich das Schaufelblatt vorwärts bewegt, strömt die Luft schneller über die Oberseite als darunter und erzeugt einen Druckunterschied. Wenn der Druck unter dem Fahrzeug den Druck übersteigt, entsteht eine Nettokraft nach oben. Die meisten Flugzeuge verwenden Motoren, um eine ausreichende Vorwärtsbewegung zu erzielen, aber die Leute können ein Fahrzeug nicht annähernd so schnell antreiben.

Die Lösung : Im Allgemeinen gilt: Je länger die Flügel sind, desto höher ist der Auftrieb. In den frühen 60er Jahren bauten Studenten der Southampton University ein 130-Pfund-Fahrzeug mit einer Spannweite von 80 Fuß und einem an einen Propeller angeschlossenen Fahrradgetriebe. Es flog eine dritte Meile, hatte aber erhebliche Steuerungsprobleme. 1977 entwarf der Ingenieur Paul MacCready für den Gossamer Condor ein 70-Pfund-Flugzeug aus Aluminium und Kunststoff mit einem Canard-Profil an einem Ausleger vor dem Rumpf. Es war wendiger als seine Vorgänger und flog in einer Entfernung von einer halben Meile mit einer Acht um die Markierungen und gewann den Preis der Royal Aeronautical Society für den ersten kontrollierten und dauerhaften Flug mit menschlichem Antrieb. Es gibt noch Raum für Verbesserungen. Beispielsweise haben Ingenieure das Airglow aus den 90er Jahren (hier zu sehen) mit gebogenen Flügelspitzen und kurvigeren Flügeln überarbeitet - Verbesserungen, die es in Kurven stabilisieren.

Schlagflügelflug

Die Herausforderung : Kleine Tiere wie Kolibris schlagen mit den Flügeln so schnell, dass sie nicht flattern, sondern mehr Luft nach unten drücken als nach oben und einen Aufwärtsdruck erzeugen. Aber im großen Maßstab ist es schwierig, schnell genug zu schlagen, um in der Luft zu bleiben. Größere Klappen erfordern daher einen Schub durch Vorwärtsschub. Stellen Sie sich einen Motor vor, der ein Schlagflügelflugzeug oder einen Ornithopter nach vorne drückt.

Die Lösung : Die Flügel größerer Vögel schlagen, aber sie drehen sich auch vorwärts und rückwärts, als würden sie mit einem Türknauf wackeln, wodurch ein zusätzlicher Vorwärtsschub erzeugt wird. Als Doktorand an der Universität von Toronto entwarfen der Luftfahrtingenieur Todd Reichert und seine Kommilitonen ihr Schiff Snowbird mit Flügeln, die beide auf und ab schlagen und sich um 10 Grad drehen. Sie verwendeten Computersimulationen, um ihr Design zu optimieren. Und sie gaben Snowbird eine breite Spannweite von 30 Metern und verwendeten Carbonfaser und Kevlar, um es leicht zu halten. Eine Person erzeugt Energie in dem 94-Pfund-Fahrzeug unter Verwendung einer Beinpresse, die derjenigen in Turnhallen ähnlich ist.

Am 2. August 2010 schleppte ein Auto auf einem Feld in Ontario das Fahrzeug vorwärts, bis es in die Luft glitt. Dann hielt das Auto an. Während Reichert die Beinpresse betätigte, schlug der Snowbird mit den Flügeln und flog für 19, 3 Sekunden in einer Höhe von 11 Fuß und legte 475 Fuß zurück.

Rotorflug

Die Herausforderung : Ein Hubschrauber fliegt, wenn seine sich drehenden Rotoren Luft nach unten drücken, wodurch der Luftdruck über dem Fahrzeug verringert und unter ihm erhöht wird. Im Gegensatz zu Flugzeugen und Ornithoptern können sich Hubschrauber nicht auf Vorwärtsbewegungen verlassen, was den Flug wesentlich schwieriger macht. Hubschrauber erzeugen auch Turbulenzen, die schwerwiegende Stabilitätsprobleme verursachen können. Mehrere Teams versuchen zu beweisen, dass sie den Vertikalflug erobern können, indem sie den Sikorsky-Preis der American Helicopter Society gewinnen, eine ständige Auszeichnung in Höhe von 250.000 USD für einen menschlichen Hubschrauber, der eine Minute lang schwebt und eine Mindesthöhe von drei Metern erreicht Aufenthalt in einem Umkreis von 10 Metern.

Die Konkurrenten : Der Gamera II- Hubschrauber des Teams der University of Maryland ist ein Quadcopter, ein Fahrzeug mit vier 42, 6 Fuß breiten Rotoren, die mit einem fahrradähnlichen Getriebe verbunden sind. Mehrere kleinere Rotoren in Bodennähe können sich leichter abheben als ein einziger großer. Sie gleichen sich auch für eine bessere Stabilität aus. Jede Änderung an ihrem Design hat zu besseren Ergebnissen geführt: Im Juni saß ein Pilot und trat mit Händen und Füßen in die Pedale, um die Gamera II 49, 9 Sekunden lang etwa einen Fuß über dem Boden zu heben, und im August setzte sich ein Pilot mit acht Fuß ab .

Der Luftfahrtingenieur Neal Saiki, der 1989 den ersten von Menschen betriebenen Hubschrauber zum Abheben entwarf, ist mit einem neuen Fahrzeug zurück: dem Upturn . Ein Pilot tritt in die Pedale, um seinen 85 Fuß breiten Rotor mit vier Blättern zu drehen, von denen zwei Propeller an ihren Enden haben, die für Stabilität sorgen. Jedes Blatt verfügt außerdem über eine einstellbare Klappe und einen Sensor zur Erkennung von Vibrationen und Gleichgewicht. Die Software von Saiki ändert die Winkel der Klappen in Echtzeit, um Wackelbewegungen auszugleichen. Im Juni hob ein Pilot den Upturn etwa 10 Sekunden lang um zwei Fuß an.

Die Konkurrenz heizt sich immer noch auf. Der Co-Designer von Snowbird, Todd Reichert, hat sich diesen Juli offiziell mit einer neuen Gruppe für den Hubschrauberpreis angemeldet, aber noch kein vollständiges Design seines Quadcopters veröffentlicht. Maryland verbessert sein Handwerk weiter. Saiki will einen stärkeren Piloten einsetzen. Und die Schwerkraft des Teams bekämpft sie alle auf ihrem Weg.

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