飞行历史
据《苏州府志》记载,清代(公元17世纪),苏州能工巧匠许花了近十年时间,造出了一辆带旋转飞翼的飞行汽车。人坐在“飞行汽车”的椅子上,用脚踩踏板,通过机械驱动旋翼。“飞行汽车”实际上离地面一英尺多高,飞过一条小河。
许的“飞行汽车”造出来后,没有得到外界的赞助和支持,妻子也怨声载道。他的家庭越来越贫穷和困难,所以他不能继续改善他的“飞行汽车”。他死后,妻子伤心欲绝,一怒之下将“飞行车”烧毁。可惜世界上最早的人力飞行器就这样失传了。
根据以上简单的历史记载,估计许的“飞行汽车”是一种用人的双脚驱动的旋翼直升机。估计没有最终完善的技术原因有三:1。古代用的材料主要是铁和木头,所以机身一定要轻。2.直升机离地后有一个机身反作用力的旋转问题。估计当时没有妥善解决。3.直升机本身的气动效率比较低,人体的力量太小,所以从来没有人研制成功过人形直升机。
据说中国明代就有类似“竹蜻蜓”的旋翼玩具,后人将其放大,研制出人形直升机也不是没有可能。根据上面的记载,“——离地一尺多,飞过一条小河。”估计他踩上“飞车”的时候,不一会儿力量就很大了。大概是在居高临下的河堤上,他不顾一切地起飞,以半滑翔的状态跨过了一条十几米宽的河。
现在的科技比明清时期进步了很多。即使是普通人也能买到铝合金、不锈钢、塑料、环氧树脂等轻而强的材料,还有很多现成的运动器材和配件可以模仿借鉴。在如此优越于古人的条件下,中国人有没有可能造出人力驱动的“飞行汽车”,反复验证传说中的许郑明,哪怕能飞过十几米的水平距离?
这匹马从小就痴迷于航空飞行。他私下研究航空原理多年,设计过无数的单人飞行器。我知道在目前的普通条件下,一般人短时间内的最大力量只够让一架“人飞机”勉强起飞,根本没有足够的力量维持飞行;所以这种“人面”被称为“跳虫”。普通人所谓的成功,不过是起飞后滑翔跳跃得更远一点而已。
去年是人类航空百年,南京老吴试飞成功一架自制水陆两栖飞机。个人很难靠私人努力造出一架标准的超轻型飞机,但造出一架可以载人上太空的超轻型特种飞机还是有可能的。人力飞机是超轻型飞机的一种,其运动特性与自行车有些相似。如果加上小发动机,就是超轻型飞机,这里写贴一下就好了。
几种特殊的人类飞机:
1.自行车型:可以改装自行车,在公路跑车上加装一到两个薄板翼和人力减阻整流罩。这种人力飞机是靠踩轮子加速的。起飞后车轮悬空,不再有效。“飞行汽车”靠翅膀在空中滑行一小段距离,然后着陆。这种“飞行汽车”在人类飞行早期较为常见。比如1921,法国运动员“跳”过了11米的距离,就是典型的前后翼薄的自行车。
2.常规固定翼飞机:飞行原理和常规动力滑翔机差不多,都是特殊材料特制的,为了效率设计的很奇怪。一般有前后翼和机身,靠人力踩踏的螺旋桨推进起飞,所以起飞后还能继续飞行。比较成功的是美国人迈克·格里迪设计的“知了信天翁”。它由自行车手艾伦在1979驾驶,用两个多小时飞越了英法之间37公里宽的海峡。
3.扑翼机:据说鸟类的扑翼飞行效率比较高,维持飞行的动力只有常规飞行的十分之一。最早的航空飞行器很多都是用扑翼飞行设计的,所以早些年就有人把人类飞行成功的希望寄托在扑翼飞行上。而人类对鸟类的扑翼飞行原理知之甚少,对扑翼飞行复杂的翅膀毫无经验。到目前为止,还没有能飞扑翼的有人驾驶飞机,更不用说依靠人力扑翼飞行了。
4.旋翼机:其难度比常规固定翼飞机大得多,结构和操作也比常规固定翼飞机复杂得多。用机翼飞机穿越英法海峡20多年,似乎还没有成功的人类旋翼机。真不知道许的“飞车”是怎么做出来的。也许只是一只木质的“跳虫”,在疯狂的一步下瞬间跳了一点点,但也是令人敬佩和向往的。
通用固定翼有人机的几种起飞和飞行形式;
1.跳跃起飞:大部分是带飞翼和整流罩的自行车。机身轻薄,阻力小。当人力拼命踩轮子加速到更高速度时,机翼被拉起,滑离地面一定距离。因为轮子离开地面后没有推进功能,靠机身向前的动能起飞几英尺,滑行十几米后着陆。这种“飞行汽车”在早期的人类飞行器中较为常见。
2.储能起飞:早些年发生在海外,比如在踏板上安装橡皮筋,或者在飞机上安装电池和电机。起飞时,人力提前节省下来的动能被释放出来,帮助飞机度过最艰难的起飞阶段。这样做会使飞机结构复杂化,增加重量;根据试飞的实际,加个小发动机比较好。
3.滑翔飞行:机身很轻,滑翔性能很好。在短距离内,人们踩着轮子驱动“跳”离地面,在高高的平台上向下滑行。它的“飞”的距离不是靠人的力量,而是靠高台离地的高度,或者说在山顶。其实这是一种靠人力“起飞”的滑翔机,有时候只是简单的滑下山坡加速起飞。
4.常规飞行:飞机极轻,机翼设计特别精致。通过人力踩螺旋桨,使飞机逐渐加速到起飞速度。这种飞行器的原理类似于动力滑翔机,离开地面后还能继续飞行;只是设计、结构、材料都很特别,外观设计也很奇怪,以迎合人类弱小的力量,比如飞越英法海峡的那架。
人力飞机的动力结构和控制:
一般人一分钟能发出的最大功率约为1马力,十分钟能发出的功率约为半马力。这么弱的力量骑自行车一般,但是起跳太难了。一般人力飞机的动力结构和自行车很接近,动力是靠脚踏用链条传递的。与自行车不同,常规的固定翼人力飞行器是靠螺旋桨推进,而不是轮子,所以链传动系统也需要转向和变速机构。
人力飞机的飞行控制原理与常规飞机类似,但在具体的结构措施上需要讲究技巧。比较成功的飞机多采用气动效率高的鸭式布局,类似滑翔机的控制方式。如果只是一个十几米跳跃、起飞、滑行的自行车式人飞机,结构和制造会简单很多,操作和测试也会简单很多。甚至可以是翼面固定在一个适中的位置,能以抛物线的方式在空中“狂奔”。。。
业余爱好者可以考虑的几种“非标准人力飞行汽车”方案;
1.它类似于“跳虫”式的人形固定翼机:也可称为“人形导弹”或“人形飞车”。如果不打算长途飞行,可以用轻便自行车改装。它的起跳有五个关键:一是起跳速度。二是有效翼面。第三是流线造型。第四是好的起飞场地。第五是疯子的体力。自行车可以做成带翅膀的导弹,在拼命加速到极限的时候,拉着翅膀起飞,在空中滑行一小段距离后降落地面;我相信它的乐趣比在地面上用人力赛车要疯狂得多。如果还有“上进心”,操控性能测试稳定后,在后面加一个带螺旋桨的小发动机,说不定可以尝试当飞行员。)
2.类似滑翔机的人体滑翔伞:也可称为“动力滑翔”或“人工辅助滑翔”。虽然不打算长途飞行,但所有的结构措施都是不可或缺的,可以用轻型自行车材料自行开发。它的起飞有三个关键:一是迎风速度。二是有效翼面。第三是起飞地形。滑板车可以改造成滑翔伞,在山坡迎风面稍微加速就可以从地面起飞。它的主要飞行方式类似滑翔机,但在空中有一个人力驱动的螺旋桨,所以在滑翔时可以有更大的机动性,留出更多的空时。(如果操控性能稳定,在后面加个小发动机驱动螺旋桨就是标准动力滑翔机了。)
3.充气式翼伞机:人力飞机起飞最大的困难是“飞机”太重,尤其是面对人类体力较弱的情况,人力飞机需要更大的飞翼面积。就目前的业余条件来说,飞翼越大,飞机结构越重,这是很多业余爱好者失败的原因。为了解决机翼超重的问题,英国贝尔金公司早些年开发了几款翼伞机,通过充气来保持机翼。翅膀是由特殊的密封纺织品制成的。全机重量不到18KG,滑行到地面24MA也能顺利起飞。
4.飞行人类飞艇:既然翼形降落伞可以通过充气达到“最大面积/最小重量”,有条件的人不妨把“人类飞机”做成“飞行人类飞艇”;充入氢气或氦气,在空气中的浮力还可以减轻机身和人体的部分重量。这样,只要人的体力驱动水平推进器,“飞行人类飞艇”就可以慢慢进行机动飞行。。。
业余爱好者在研制“人力飞行汽车”和飞行试验中面临的一些问题:
1.如果坚持常规飞机的模式,人的体力远远不够。所以“人类飞行汽车”的研制应该算是“特种超轻型飞机”的研制,这样才有成功的可能。
2.在设计之前,需要决定这个东东是“跳虫”还是“滑翔机”。跳跃起飞和滑翔飞行的结构设计有偏差,模棱两可的设计最难成功。
3.在前期设计时,首先要考虑很多因素,比如型号、结构、强度、重量、升力、体力等。如果靠体力胡乱努力,最多只会“跳来跳去”。
4.业余爱好者开发“人力飞行汽车”必须具备以下条件:高智商的创新设计、超常的优质材料、必不可少的资金、精密准确的工艺品、耐心长久的制作、认真负责的助手、绝对无风的天气、开阔平坦的场地、熟练谨慎的驾驶技术、超常的体力;如果你和他们中的任何一个乱来,你会在一瞬间失去一切。所以,在下定决心做好这一切准备之前,不要轻易进入实施状态。
5.有人一说“飞机”二字就怕摔死,这也是很多飞行爱好者叶公·龙浩不敢碰它的主要原因;其实“人类飞行汽车”这个小东西如果会飞就超级OK,不会像真的飞机试飞员那么危险;万一摔了,估计是骑山地车,伤势极其有限,先不用担心。(如果一个拳手真的能投出S,那就该载入史册了。)
6.为了起飞,必须减轻自重。大部分人力飞行器的结构都很薄,甚至可以说像一个纸糊的大风筝。面对如此脆弱的飞机,我们在组装和移动时需要非常小心,尤其是要防止飞机在运输过程中遭到破坏,我们需要一些负责任的技术助手。飞行试验也是如此。不要以为只要用力踩就行了,这里还有很多驾驶技术问题,一个不小心的人去碰是不合适的。
7.“来世”的安排:可能有人不会想到这一点,但早年在南京自制飞机的几位飞行英雄,最终都面临着无处试飞,或者试飞后大飞机无处存放,以及试飞时有关部门上门干涉并要求罚款的麻烦。这些都是前辈们制造飞机成功后的尴尬,也是很多飞行爱好者不愿意采取行动制造飞机的原因之一。
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