Эта история началась более тридцати лет назад, в далеком 1980 году. Давно уже были просчитаны и сведены в таблицы коэффициенты подъемной силы для различных профилей как крыла, так и винтов. Еще раньше была просчитана мощность, которую может развить человек как в пике, так и на протяжении некоторого времени. И по всем вычислениям получалось , что вес известных и доступных на то время материалов превышал допустимый, при котором могла бы быть изготовлена конструкция, на которой бы можно было бы (с использованием исключительно мускульной силы человека) взлетать с места на высоту большую человеческого роста, зависать в воздухе в течение какого-либо разумного времени (а не в прыжке), и приземляться без особого удаления от места взлета.
Нет, разумеется, при использовании накопителей энергии, даже механических — от пружин, и до маховиков все это было не проблемой — но вот чтобы так, просто вращая какой-либо привод силой рук или ног, иными словами, сделать веловертолет и взлететь — нет, решительно невозможно. Человек — весьма слабое существо, в отличие от той же лошади, выдающей в кратковременном пике десяти-пятнадцати секунд мощность в десяток, а то и пятнадцать лошадиных сил. Максимум, что он может выдать, и то — в течение пары секунд — около киловатта, ну полторы лошадиных силы. В течение 10 секунд — около одной. А если речь идет о большем времени, хотябы сравнимым с минутой — то хорошо, если с пол-лошадиных силы наберется. Сами представьте: десяток обычных письменных столов высотой в один метр, у каждого — лежит по штанге весом 75 кг, т.е. тоже десяток. Задача — за 10 секунд, по секунде на штангу — поднять все штанги с пола, и положить их на столы. Получилось? Поздравляю, вы развили как раз одну лошадиную силу .
Поэтому не удивителен тот факт, что тому, кто первый создаст вертолет на мускульной тяге, отвечающий заданным условиям (их мы обсудим ниже) — присуждался приз, учрежденный Американским вертолетным обществом, и названным в честь Игоря Сикорского, одного из основателей общества, и одного из первых конструкторов вертолетов. А размер — ни много-ни мало — четверть миллиона долларов. И вот, спустя 33 года после начала конкурса — приз наконец-то выигран командой AeroVelo . Вернее, сделали они это еще месяц назад , но окончательная проверка и результаты были утверждены только в прошлый четверг .
Да, то что у них получилось — это, конечно, не вертолет на педалях. Если быть совсем точным, то это — квадракоптер на мускульной тяге, и назвать его «мускульный вертолет» можно с большой натяжкой. Но это никак не умаляет их заслуг, ведь все условия, перечисленные в правилах — были соблюдены. А какие же именно? Попробуем разобраться. Некоторые организационные пункты опустим (как заявки подавать, и т.д.). В скобках — мои комментарии.
Итак, поехали.
Пункт 1.1 — необходимо быть первым:), кто удовлетворит всем условиям. Ну а как иначе?
Ну а что касается самого летательного аппарата?
Пункт 4.1.1 — он должен быть тяжелее воздуха, использование газов легче воздуха — (ни в виде воздушных шариков, ни закачиваемых в лопасти) — не допускается ни в каком количестве.
4.1.2 — аппарат должен быть с хотя бы одним вращающимся винтом, обеспечивающим подъемную силу (но число винтов не ограничено — это может быть как вертолет на мускульной тяге, так и квадракоптер). При этом допустимо, чтобы экипаж состоял как из одного, так и из нескольких человек. Однако, хотя бы один человек не должен вращаться вокруг своей оси, иными словами — если пилот один — то он должен сидеть неподвижно, и может лишь перемещаться вверх-вниз, вправо-влево, вперед-назад, но не вокруг своей оси. Если в экипаже несколько человек — то хотя бы один из них должен соответствовать этому условию.
4.1.3 — аппарат должен управляться экипажем и работать на мускульной силе тяги экипажа во время всего полета, включая раскрутку винта для отрыва от земли.
4.1.4 — устройства, запасающие энергию, и выдающие ее как в ходе взлета, так и в ходе полета — полностью запрещены. Вращающиеся аэродинамические компоненты, как то: лопасти несущего винта, лопасти винта управления полетом — исключаются из определения устройств, запасающих энергию (хотя в каком-то смысле таковыми являются).
4.1.4.1 — не допустимо использование маховиков в качестве устройств, участвующих непосредственно в цепи передачи усилия от члена экипажа к вращающимся винтам. Однако они могут быть использованы в качестве устройств, стабилизирующих полет, если будет доказано, что они не используются для передачи энергии к вращающимся винтам, и не используются для запаса энергии, пока винты не вращаются.
4.1.4.2 — в конструкции летательного аппарата не допустимо использование любого типа батарей/аккумуляторов, которые полностью или частично отдают энергию вращающимся винтам. Если батареи используются в конструкции для чего-либо иного — то должно быть доказано, что они не входят в цепь питания двигательной установки.
4.1.5 — ни какая из частей/деталей летательного аппарата не может быть отстыкована и сброшена (на манер отработавшей ступени ракеты) как во время раскрутки винтов, так и во время всего полета.
Теперь касательно экипажа:
4.2.1 — экипаж — это команда (или один человек), которые находятся внутри аппарата во время взлета и полета. Число человек в экипаже не ограничено.
4.2.2 — ни одному члену экипаже не позволяется покидать аппарат, или заходить на него во время взлета и полета.
4.2.3 — ни один из членов экипаже не имеет права принимать допинг, или другие стимулирующие средства перед полетом или во время его. Перед совершаемой попыткой все члены экипажа должны предоставить результаты допинг-тестов, показывающих отсутствие в их организмах стимулирующих средств.
4.2.4 — до четырех стоек, или наземных членов команды могут помогать экипажу стабилизировать летательный аппарат во время взлета и посадки. Однако они не имеют права прикладывать усилия для ускорения вращения винтов, или наоборот — их замедления.
Относительно внешних условий:
Все попытки, включая отрыв и полет должны начинаться от уровня земли (а не с табуретки), и проводится при силе ветра не превышающем 1 м/с (а то знаем мы вас, сейчас воздушных змеев понаделаете за двести пятьдесят кусков зелени-то…)
Ну и самое важное — какие же характеристики полета должны были быть достигнуты?
4.4.1 — Полет должен происходить в течение не менее одной минуты. В течение этой минуты, летательный аппарат должен «зависнуть на месте», а конкретнее — не должен покинуть очерченного квадрата с длиной стороны 10 метров. Также во время полета он должен хотя бы на мгновение достичь высоты полета в три метра (отдельно отмечу — что он не постоянно должен болтаться на высоте 3 м в течение всей минуты, как пишут некоторые обозреватели, а всего лишь хотя бы на секунду ее достичь ).
4.4.2 — с момента взлета и до момента посадки аппарат должен находится в полете, и не допускается даже касания любой из частей аппарата земли.
4.4.3 — на не вращающейся части аппарата должна быть референская точка, по которой бы легко можно было бы определить, что эта часть не покинула 10-метрового квадрата.
4.4.4 — в случае, если полет будет продолжаться больше минуты, и хотя бы на мгновение достигнет высоты в три метра (но выйдет за пределы квадрата), то это будет записано, как мировой рекорд, но не приведет к присуждению приза Сикорского.
Отличное обсуждение этого полета можно найти на хабре .
Да, отчасти правы те, кто говорит — что при взлете команда хитрила, используя воздушную подушку, образующуюся от набегающего на землю потока воздуха от винтов, и таким образом — требуемая для подъема мощность снижалась на 15-20%. Да, практическое значение этого вертолета на мускульной тяге — пока не годится даже для аттракциона, поскольку поднять его в воздух под силу лишь профессиональному спортсмену. Но вспомните — ,
11 мая 2011 года была предпринята попытка завоевать приз Сикорского. Он давно ждёт смельчаков, которые сумели бы устойчиво воспарить на вертолёте с мускульным приводом. Пока чуда не произошло, но штурм продолжится сегодня, 12 мая. Состоится исторический прорыв или нет, в любом случае созданная за океаном машина заслуживает внимания.
Пилотом выступила аспирантка университета Мериленда Джуди Векслер (Judy Wexler) — биолог и тренированный велосипедист, откликнувшаяся на предложение студенческой команды помочь в установлении мирового рекорда.
Перед попыткой взлёта Векслер разогревалась на велосипеде (фото Matt McClain/Washington Post).
Первый запуск «живой машины», предпринятый утром 11 мая, закончился поломкой аппарата. Университетская команда на месте починила «Гамеру», и штурм приза Сикорского продолжился.
По информации Washington Post, в ходе лучшей из целой серии попыток взлёта Джуди сумела разогнать роторы своей машины до 16 оборотов в минуту, но от земли аппарат так и не оторвался. По оценке команды, скорость винтов для обеспечения отрыва должна составлять 17-18 оборотов в минуту.
Джуди отметила, что ей трудно было подобрать верный темп набора скорости: мол, если наращивать обороты слишком медленно — тратишь драгоценные силы, а слишком быстро — в «воздушной» конструкции вертолёта можно что-нибудь сломать (фотографии Matt McClain/Washington Post, AP/Jose Luis Magana).
В конце концов даже зрители устали ждать и разошлись. Было решено сделать перерыв и продолжить попытки на следующий день. По московскому времени это будет вечер 12 мая.
Сверхлёгкий квадрокоптер Gamera II установил новый мировой рекорд (пока, впрочем, неофициальный) длительности полёта вертолёта на мускульной тяге, вдвое превзойдя достижение 1994 года. Получат ли создатели машины когда-нибудь Приз Сикорского?
Хотя полёт летательного аппарата на мускульной силе и возможен — такой аппарат ещё в 1979 году пролетел 35 км, едва ли не марафонскую дистанцию (настоящую, а не нынешнюю), — до сих пор по-настоящему это удавалось только аппаратам с самолётным крылом. Gossamer Albatross, ЛА самолётного типа, имел велосипедный привод и мощность всего в 300 Вт, однако при ветре эта цифра лавинообразно росла. Слишком большие крылья при очень маленькой массе осложняли полёт даже при нежнейшем дуновении ветерка. Наконец, всё это было возможно в основном за счёт экранного эффекта, существенного для средней высоты полёта Gossamer Albatross, составившей всего 1,5 м.
Именно после этого достижения в 1980 году был учреждён Приз Сикорского: премия за полёт на вертолёте, приводимом в движение мускульной силой. Дело это значительно более трудное, ведь вертолёту нужна бóльшая энерговооружённость. Требования, казалось бы, скромные: чтобы взять приз, надо продержаться в воздухе минуту на высоте до 3 м. До сегодняшнего дня ближе всего к этому подошли японцы с квадрокоптером Yuri I , продержавшиеся 19,46 с на высоте в 20 см. Впрочем, по сравнению с требованиями Приза Сикорского это было, как сказал бы Иа, «жалкое зрелище»: высота в 15 раз меньше, время полёта втрое короче.
Gamera, квадрокоптер разработки студенческо-аспирантского коллектива из Мэрилендского университета (США), в 2011 году не достиг и того, приземлившись через 11,4 с. Правда, педали этого ЛА вращала увлекающаяся велосипедом аспиранточка, и не из ГДР, а из США, что делает её достижение значительным на фоне предыдущего японского вертолётчика, представителя сильного пола.
Новый вариант аппарата, Gamera II, оказался легче предшественника на весомые 30%. Вес пустого ЛА — всего 32 кг (!), и это при том, что в плане размеры квадрокоптера составляют 32 м (!!). Разумеется, благодарить за это надо углепластик, который использовался самым активным образом. Но это не новинка — Gossamer Albatross 1979 года тоже был углепластиковый, как и Gamera I. Новость в улучшенном, более рациональном применении материала в конструкции, а также в «педалировании» экранного эффекта, для чего четыре винта квадрокоптера пришлось максимально приблизить к поверхности, разместив предельно низко.
И всё равно энергия, необходимая для полёта, составила 460 Вт, в полтора с лишним раза больше, чем у самолётного Gossamer Albatross. Это ожидаемый результат, ведь вертолёту в нормальных условиях вообще нужно больше энергии, чем самолёту. Самое главное, что усилие, требуемое от пилота/мотора, упало по сравнению с первой Gamera аж на 44% — с 770 Вт до 460. Это — настоящий скачок: чтобы выдать 770 Вт, человеку нужно «переплюнуть» одну лошадиную силу, что, если вы работаете длительное время, мягко говоря, проблематично. И тем не менее!
Результат не заставил себя ждать: на видео, записанном вчера, 20 июня, вы можете наблюдать первый в истории человечества полёт летательного аппарата без крыльев (приводимого в движение мускулами), продлившийся целых 40 секунд — вдвое дольше рекорда 1994 года:
Конечно, до Приза Сикорского пока далеко: экранный эффект будет резко снижаться при наборе высоты, то есть до трёх метров подняться будет очень непросто. И всё же прогресс налицо, как минимум по времени непрерывного полёта.
Предупредим неизбежный вопрос: зачем всё это нужно? А вот зачем. Конструкцию, добившуюся столь экстремально низкого энергопотребления, можно использовать двояко: пилотируемый полёт с применением солнечных батарей и масштабирование до микро- и наноБПЛА на литиевых батареях с радикально меньшим энергопотреблением в сравнении с существующими.
Первый подход был продемонстрирован ещё в начале 1980-х: на основе Gossamer Albatross был сделан гелиоплан, впервые в истории перелетевший через Ла-Манш. Второй подход в практическом смысле перспективнее. Пилот весом в 63 кг (именно столько весит рекордсмен, которого вы можете видеть выше) вместе с самой Gamera II даёт 95 кг общей массы. БПЛА весом в 950 г не редкость, и если ему удастся тратить для полёта одну сотую энергозатрат Gamera II, то литиевой батареи такой конструкции хватит на куда большее время.
Словом, битва за весовую экономию и эффективность винтов ведётся ребятами из Мэрилендского университета не напрасно. И — они настоящие молодцы.
Сверхлёгкий квадрокоптер на мускульной тяге Gamera II установил новый мировой рекорд длительности полёта, вдвое превзойдя достижение 1994 года, сообщает «Компьютерра–Онлайн» . Пока это достижение еще не прошло официальный процесс одобрения Национальной ассоциацией аэронавтики (National Aeronautic Association).
Полёт летательного аппарата на мускульной силе возможен. Еще в 1979 году Gossamer Albatross пролетел 35 километров, но это был аппарат самолетного типа. Для веловертолетов же это достижение оставалось недоступным. Приз Сикорского, учрежденный в 1980 году, должен был достаться тому, кто первым совершит полёт на вертолёте, приводимом в движение мускульной силой.
Требования премии, на первый взгляд, выглядят скромно: вертолет-победитель должен продержаться в воздухе минуту на высоте трех метров. До сегодняшнего дня ближе всего к этому подошли японцы с квадрокоптером Yuri I, продержавшиеся 19,46 секунды на высоте в 20 сантиметров.
Квадрокоптер Gamera, разрабатываемый студентами и аспирантами Мэрилендского университета (США), в 2011 году лишь на 11,4 секунды. Его новая версия, Gamera II, стала легче предшественника на 30 процентов. Вес пустого летательного аппарата составляет всего 32 килограмма. При этом габаритная длина квадрокоптера достигает 32 метров. Таких показателей конструкторам удалось достичь за счет использования углепластика и более рационального применения материала в конструкции, но главным их достижением стало не это. Студенты добились существенного усиления экранного эффекта, расположив четыре винта квадрокоптера максимально близко к поверхности.
В итоге энергия, необходимая для полёта, составила 460 Вт - в полтора с лишним раза больше, чем у самолётного Gossamer Albatross. И все же усилие, требуемое от пилота, упало по сравнению с первой Gamera на целых 44 процента - с 770 до 460 Вт.
20 июня энтузиасты записали видео, на котором запечатлен первый в истории полёт летательного аппарата без крыльев на мускульной тяге, продлившийся целых 40 секунд - вдвое дольше рекорда 1994 года. Тем не менее, до Приза Сикорского еще далеко: экранный эффект будет резко снижаться при наборе высоты, а значит, до трёх метров подняться будет очень непросто.
Хотя на первый взгляд работа студентов не имеет никакого смысла, на самом деле у нее может быть практическое применение. Конструкцию, добившуюся столь экстремально низкого энергопотребления, можно использовать как для пилотируемого полёта с применением солнечных батарей, так и в микро- и наноБПЛА на литиевых батареях с радикально меньшим энергопотреблением в сравнении с существующими.
В начале 1980-х годов на основе Gossamer Albatross был сделан гелиоплан, впервые в истории перелетевший через Ла-Манш. Использование вертолета в практическом смысле перспективнее. Пилот весом в 63 килограмма вместе с самой Gamera II даёт 95 килограммов общей массы. Если БПЛА весом в 950 граммов удастся тратить для полёта одну сотую энергозатрат Gamera II, литиевой батареи ему будет хватать на очень длительный промежуток времени.
Представьте, вы за рулем оригинального самолета, что-то наподобие велосипеда с огромными крыльями, крутите педали и взлетаете. Мечта? Нет, это мускулолет.
Изобрести летательный аппарат на мускульной тяге мечтал еще сам Леонардо да Винчи. Жаль, что подняться в воздух такие механизмы вряд ли смогут, если только при помощи катапульты.
Зато неплохо летают другие, даже на расстояния более 100 километров. Сейчас в мире около сотни моделей, успешно преодолевающих земное притяжение только за счет работы человеческих мышц. Самые жизнеспособные из них - мускулолеты самолетного типа на педальном приводе. Пилот такого велосамолета усиленно крутит педали и, набирая необходимую скорость на взлетной полосе, отрывается от земли.
Первопроходцем в этой категории стал аэровелосипед Поля Дидьера: он поднялся в воздух где-то на 30 сантиметров. Удачливее оказался французский велогонщик Пулен. В 1921 году он получил приз от компании «Пежо » в 10 тысяч франков за полет в 11 метров при старте с ровной площадки. Но это все смешные расстояния. Более километра пролетел англичанин Джон Поттер. Не в его ли честь назвала героя своих книг Джоан Роулинг? В 1972 году он управлял педальным самолетом «Юпитер» и смог разогнаться до 33 км/ч.
А теперь о рекордсменах. Самую большую скорость показал мускулолет «Мускулар II» под управлением Хольгера Роче: более 48 км/ч. Дата этого знаменательного события - 2 октября 1985 года. Да-да, уже почти 30 лет никому не удавалось побить этот рекорд.
Американский инженер Пол Маккриди сконструировал несколько легендарных безмоторных самолетов. В 1977 году он выиграл приз британского промышленника Генри Кремера, выполнив все условия: полет на «человеческой тяге» должен проходить на высоте не менее 3 метров, траектория движения - в форме восьмерки. Таким образом, он доказал, что человек может не только подняться в воздух своими силами, но и управлять полетом.
В 1979 году его аппарат «Госсамер Альбатрос» перелетел через пролив Ла-Манш, правда, в самой узкой его части. Дистанция около 35 километров была преодолена благодаря феноменальной выносливости велосипедиста Брайана Аллена, который, собственно, и крутил педали почти 3 часа.
Выбор Английского канала в качестве препятствия не случаен: за этот полет команда «Альбатроса» получила Второй Приз Кремера, 100 тысяч фунтов стерлингов. Все-таки слава и деньги - неплохой стимул для рискованных затей.
Рекордное расстояние на похожем аэротранспорте пролетел в 1988 году другой спортсмен, греческий чемпион Канеллос Канеллопулос: 119 километров за 3 часа 54 минуты. Канеллопулос скажет потом:
Я думал, самым сложным будет взлет, но это был и самый удивительный момент: шасси отрываются от земли, и ты вдруг чувствуешь, как крылья несут тебя, и слышишь только легкое жужжание педального механизма, стрекот пропеллера, свист ветра да собственное дыхание.
Его маршрут пролегал через Средиземное море, от острова Крит до острова Санторин, точно как в древнегреческом мифе о Дедале и Икаре. С той лишь разницей, что мифологические герои орудовали не педальным механизмом, а крыльями из птичьих перьев.
Мускулолеты , оснащенные подвижными крыльями, тоже существуют - это так называемые орнитоптеры, «птицекрылые ». Один из самых удачных примеров - «Швингуин » немецкого авиаинженера Александра Липпиша. Примечательно, что его машина была оснащена «весельным» приводом, то есть пилоту приходилось тренировать не ноги, а руки. Так, дергая за рычаги, Липпиш в 1929 году парил в воздухе на своем махолете. Однако оторваться от земли получалось только с помощью катапульты.
Но довольно истории, тем более что о ней было написано немало интереснейших статей, в том числе и в . Что нового происходит сегодня в этой области авиации?
В июле 2013 года вертолет на мускульной тяге под названием «Атлас » продержался на высоте трех метров более 1 минуты. Проект канадской компании AeroVelo заслужил Приз Игоря Сикорского, учрежденный Американским вертолетным сообществом в далеком 1980 году. Кстати, это ни много ни мало 250 тысяч долларов. Целых 33 года инженеры пытались сконструировать самолет на одной человеческой силе, который бы выполнил все условия для получения Приза Сикорского. И вот долгожданный момент настал!
Все это, конечно, впечатляет, но каково практическое применение таких вот громоздких конструкций? Российские изобретатели тоже задумались над этим вопросом и задались целью построить мускулолет, пригодный для использования в качестве… аттракциона. Ну или тренажера. В общем, игрушку для тех, кто мечтает летать, словно птица, совершенно автономно и без всяких выхлопных газов.
Студенты механического факультета Самарского государственного технического университета (филиал в г. Сызрани) разработали вертолет на педальном приводе «Сызрань-2». Сверхлегкая алюминиевая рама, два несущих винта, система управления, шасси и, главное, накопители энергии - все это позволит каждому желающему полетать в свое удовольствие и остаться в живых. С одним только ограничением: вес пилота не должен превышать 60 кг.
Однако хватит ли сил среднестатистическому человеку «раскрутить» педали до нужной скорости? Разве полеты на велосамолетах - это не привилегия спортсменов?
Стоит снова углубиться в историю, как тут же найдется ответ. Еще в 1991 году Сьюзан Грей опробовала мускулолет с говорящим названием «Небесный велосипед» (SkyCycle). С первой же попытки ей удалось пролететь 200 метров. Кроме Сьюзан, на нем летали Аманда Смит и Мэрион Тейлор, доказав тем самым, что самолеты на мускульной тяге - не исключительно мужская забава.
Более того, в некоторых странах мира проходят международные соревнования между любителями такого вида спорта. Так, в Японии подобные чемпионаты организуют при Университете Кюсю с 1976 года. Как следствие, основные участники японского Birdman Rally - студенты, что заметно оживляет это мероприятие. Вместо официальности и жесткой конкуренции - дружеская поддержка единомышленников и веселая атмосфера молодежной тусовки. Да что говорить - проще один раз .
Тем, кому за тридцать, тоже не стоит терять надежду. Джем Стэнсфилд (1975 г. р.), английский инженер и ведущий научно-популярного шоу на канале BBC One всего за пару недель собрал собственную модель аэровелосипеда и весной 2012 года с успехом его протестировал.
Кто знает, может быть уже совсем скоро мускулолеты в небе станут таким же привычным явлением, как пассажирские авиалайнеры?