人力飛機

人力飛機

人力飛機的英文名稱為:human-poweredaircraft,人力飛機是無動力裝置,完全依靠人的體力驅動的飛機。人力飛機是超輕型飛行器種類中的品種之一。人力飛機是許多飛機愛好者實現飛行的有利途徑,愛好者們都在嘗試著自己製造飛機實現自己的飛翔夢。

概況

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依靠人的體力驅動的飛機。從試驗中已成功飛行的人力飛機來看,大都採用了腳踏車式驅動機構,即由人的雙腳驅動腳蹬,通過鏈輪再帶動推進式螺鏇槳鏇轉,從而驅動飛機前進,靠機翼產生升力,使飛機升空飛行。由於人力飛機翼展尺寸很長,達20多米,所以在20世紀60年代試飛成功的都只能作直線飛行。1978年首次完成了“8”字形航線飛行;1979年又首次飛越英吉利海峽成功,航程約35公里,航時2小時49分鐘。限於人力,人力飛機結構重量應儘可能輕,所以對其製造材料和工藝水平要求極高。這種飛機距實用階段尚有較大距離。

發展歷史

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早期人們模仿鳥類飛行,試圖製造靠人力驅動的撲翼機,都沒有成功。主要原因是人的體力有限,健壯的人在10分鐘內只能連續發出0.26千瓦(0.35馬力)的功率,按每公斤體重所能發出的功率計算,遠不如鳥類。其次,在當時的科學技術水平下,還不可能製造出重量很輕、飛行效率高的撲翼機。滑翔機的出現和發展又重新推動人力飛機的研製活動。20世紀30年代,有人在輕型滑翔機上安裝空氣螺鏇槳和類似腳踏車的腳踏傳動裝置,依靠人的雙腳蹬踏帶動螺鏇槳來產生飛行的動力,曾實現了短距離的平飛。60年代以後大量新型材料(碳纖維和芳綸纖維複合材料、聚苯乙烯泡沫塑膠、聚酯薄膜等)的問世為製造極輕的飛機機體創造了條件,人力飛機的空機重量可降低到僅30公斤左右。再加上大的機翼面積,使單位機翼面積上的載荷減少到與一般鳥類相同的水平。較低的飛行速度使人力飛機飛行所需的功率減小到人力能勝任的程度,為實現較長距離的飛行創造了條件。1979年美國的“蟬翼信天翁”號人力飛機首次完成了橫越英吉利海峽的飛行,平均時速12.7公里。人力飛機尚處於發展的初期,可望最先用於體育競技活動。

特種人力飛機種類

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1.腳踏車式:可以拿腳踏車改裝,就在公路跑車上加一至兩副薄板機翼與人體減阻整流罩。這樣的人力飛機靠腳踩車輪加速前進,起飛後車輪懸空不再有效,“飛車”靠機翼在空中滑翔一小段距離後落地。這樣的“飛車”在人力飛行的早期較多見,例如1921年法國運動員泡林“跳越”過十一米距離的那架,就是典型的腳踏車加前後薄板機翼的形式。
2.常規固定翼飛機:飛行原理類似於常規的動力滑翔機,專門用特種材料製作,為講究效率設計得比較奇特古怪。一般有前後機翼與機身,靠人力踩動的螺鏇漿推進起飛,故可以在起飛後繼續飛行。比較成功的那架是美國人麥克格里迪設計的“蟬翼信天翁號”,它在1979年由腳踏車運動員艾倫駕駛,用兩個多小時飛越了37KM寬的英法海峽。
3.撲翼機:據說鳥類的撲翼飛行比較高效率,維持飛行只要常規飛行的十分之一的動力,最早的航空飛行器有許多都是撲翼飛行設計,所以早年也有人把人力飛行成功的希望寄托在撲翼飛行方式上。但人類對鳥類的撲翼飛行原理了解甚少,對於撲翼飛行的複雜化機翼更是沒有經驗,所以至今還沒有能撲翼飛行的載人飛機上天,更不用說是靠人力的撲翼飛行。
4.鏇翼機:其難度比常規定翼飛機要大得多,結構與操縱也比常規定翼飛機要複雜化許多。在常規定翼飛機橫渡英法海峽的二十多年後,似乎還沒有成功的人力鏇翼機出現,真不知道當年徐正明的那架“飛車”是怎么搞出來的;也許只是拚命狂踩之下瞬間起跳了一點點的木製“跳跳蟲”,但這也就令人很佩服很嚮往了。

動力結構與操縱

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一般人在一分鐘內可以發出的最大功率約1馬力,在十分鐘內可以發出的功率約半馬力,這樣弱小的動力騎腳踏車還馬馬虎虎,要想升空可是太難。一般人力飛機的動力結構很接近腳踏車,都是用腳踩方式出力,用鏈條傳輸動力。與腳踏車不同的是,常規固定翼人力飛機不靠車輪推動,而是靠螺鏇漿推進飛機前進,因此鏈條傳動系統還要有轉向與變速機構。

人力飛機的飛行操縱與常規飛機原理相似,只是在具體結構措施上要講究技巧。較成功的機型多採用氣動效率較高的鴨式布局,類似滑翔機那樣的操縱法。如果只是跳躍起飛滑行十幾米的腳踏車式人力飛機,結構與製作會簡單許多,操縱與試驗也簡單許多,甚至可以是將翼面固定到適中位置,能夠在空中呈拋物線般地“沖”一下的地步就行。。。

2006年7月16日,世界上第一架以常規乾電池為動力的載人飛機在一次演示飛行中,成功地在離地5米的高處不間斷飛行了近1分鐘。這種外形酷似滑翔機的飛機能裝載一人,翼展為31米(102英尺),由160節AAOxyride氫氧電池作為動力。Oxyride氫氧電池是2004年4月日本松下電器產業株式會社推出的新一代電池。

起飛形式

跳躍式起飛:多是加了飛翼與整流罩的腳踏車,機身輕薄阻力小,人力拚命踩動車輪加速到較高速度時,拉起機翼滑離地面一段距離。因車輪離地後不再有推進作用,就靠機身的前進動能升空幾尺,滑翔個十幾米後落地。這類“飛車”在早期的人力飛機中比較多見。
蓄能起飛:海外早年有過,例如在腳踏上裝橡筋帶,或是在飛機上裝有蓄電池與電動機,起飛時將人力事先儲蓄的動能施放出來,以幫助飛機度過最困難的起飛階段。這樣做會使飛機結構複雜化,重量有所增加;若按想嘗試飛行的現實來講,還不如加只小發動機來得簡單。
滑翔式飛行:機身特輕,滑翔性能特好,在短距離內用人踩車輪驅動“跳躍”離地,在高台上滑翔下來。其“飛行”距離不是靠人的力量,而是看高台的離地高度,或者是在山頂上。實際上這是一種靠人力“起飛”的滑翔機,有時乾脆就在山坡上向下滑跑加速起飛。
常規飛行:飛機做得特別輕巧,機翼設計特別講究,靠人力踩動推進螺鏇漿,漸漸將飛機加速到起飛速度。這類飛機原理類似動力滑翔機,離地後可以繼續飛行;只是設計與結構、材料非常特別,要迎合人類的弱小力量,外觀設計也非常奇特,例如飛越英法海峽的那架便是。

新聞連結

七旬老漢研製人力飛機 2004-11-21

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腳踏車尾加上螺鏇槳,車后座安裝升降舵、方向舵,腳踏車車座正上方架起一座寬達8米的三角形機翼。這個經過特殊改裝的腳踏車,是西安市東郊七旬老漢楊俊民花了近5年的時間設計、改裝,於昨日下午首次組裝成的人力“飛機”。

昨日下午4時許,記者在西安市東郊一國小操場上,見到了正在忙碌的楊大爺及其家人,還有他的人力“飛機”。該人力“飛機”的主幹部分是一輛腳踏車。經過特殊改造的車尾裝有一個由電風扇風葉改裝的螺鏇槳;其後輪兩側還安著兩個裝有小輪的支架,以確保其平衡;腳踏車後輪鋼圈的右內側布滿了規則的齒輪;車后座上還安有由木頭和塑膠薄膜包裝好的升降舵、方向舵,車座的正上方則支起了一個呈三角形的支架,支起寬約8米的機翼,而腳踏車車頭也就成了人力“飛機”的“操縱間”。

據楊大爺介紹,他退休前是一國小的航模教師,也曾在西安市少年宮教過孩子們做航模。1999年,他帶學生們到蒲城縣做航模時結識了一名飛行員,因為有著共同的興趣愛好,兩人聊得非常投緣。回西安後,他堅定了自製人力“飛機”的信念,也是從那時開始,他做了大量數據研究,畫圖紙,寫可行性報告。2000年開始,他為人力“飛機”四處搜尋材料,他說直到現在這還是一個需要不斷完善的實驗品。

說起自己特製的後輪鋼圈,楊大爺略顯驕傲,那些鋼齒的尺寸、大小、間距、數量都是經過他嚴格計算的,是他花了近一個月的時間,用鋼鋸一個一個地銼出來的。

據了解,楊大爺的設計主要是依據空氣動力和空氣氣流原理帶動“飛機”。由於是第一次將人力“飛機”組裝起來,楊大爺發現其設計中有一些不完善之處,如機翼支架的連線處不能採用木頭等,而且螺鏇槳用木質的還是用鐵質的,仍需不斷實驗才能得到證實。他非常希望能夠得到一些專家的支持和幫助,早日將自己的人力“飛機”送上天。

飛行世界記錄

2004年3月21日,日本一大學三年級學生駕駛自己設計的人力飛機飛行了12公里,打破了10.9公里的人力飛行器世界最遠飛行記錄。
人力飛機路在何方?
由於人體提供的動力有限,人力飛機就必須有兩大特點:1,全機重量應該是越輕越好。2,動力系統越直接越好,以保證機械效率保持高水平。而現己成功飛行的人力飛機儘管採用了很多新材料,但個個都是弱不經風的樣子。作實驗還馬馬虎虎,讓它做點別的就力不從心了。現在飛起來的人力飛機為了在很小的水平速度下提供較大的升力而採用長而窄的機翼使其結構重量增加。再加上還需有將復運動轉變為園周運動及變速系統。一方面增加重量,另…方面減少了動力轉換效率。在此基礎上改進潛力有限。應另尋出路。人力飛機路在何方?其實到大自然去走一走、看…看,你就會發現自然界現存的三種飛行動物都採用撲翼飛行。這告訴我們:動物必須用撲翼飛行。作為動物家園中的人類也必須撲翼才能飛行《單指人力飛行而言》。理由如下:1、撲翼飛行所需動力最小,在相同升力時只需固定翼飛機的十分之…到三十分之…。2、撲翼運動基本上是往復運動。這同人體腿部的往復運動是一致的,無需轉換環節。3、撲翼的頻率可設計成人體腿部運動頻率一致,無需變速系統。4、撲翼的升力與翼面的速度與面積有關,與翼長關係不大。可採用短而寬的翼面,以減少結構重量。這樣一來相同重量的人力撲翼機就必然要結實的多。用它來做些事情就輕鬆多了。拿來做體育運動、娛樂、健身是不成問題了。如果加一小型動力用於城市交通,快捷又方便。周未到近郊與鳥同飛,其樂無窮。你說好不好?拿來十萬人民帀,第…架就是你的了。沒準兩萬美元的西科斯基獎就能拿回中國了。

航空器——按構造分類

航空器——按構造分類。

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