Орнітоптер

Ймовірно, що за часів найперших людських спроби здійнятися в небо за допомогою літального апарата, були намагання повторити польоти крилатих птахів, хоча скоріш за все це були спроби планування в повітрі. До таких перших відомих польотів слід віднести польоти монаха Ейлмера Малмсберійського (Eilmer of Malmesbury) в 11-му столітті, а також згадки про політ у математика і винахідника Аббаса Ібн Фірнаса (Abbas Ibn Firnas) в 9-му столітті.[1] Роджер Бекон, в своїх записах в 1260 р. був теж одним з перших, хто розглядав можливість створення технічних засобів для польоту.

В 1485 своє дослідження польоту птахів розпочав Леонардо да Вінчі. Він відмітив що люди за важкі, а їх руки занадто слабкі, щоб злетіти використовуючи механічні крила, прикріплені до рук. Але він намалював креслення пристрою, в якому пілот має лежати на дошці, і управляти двома великими мембранними крилами за допомогою ручного важеля, ножних педалей і системи шківів. Орнітоптер, який сконструював Леонардо да Вінчі, за задумом мав використовувати маховий рух для створення тяги (забезпечити рух вперед), яка є необхідною для створення аеродинамічної підйомної сили. Однак при використанні матеріалів, доступних в той час, корабель вийшов занадто важким і вимагав занадто багато енергії, щоб створити достатню підйомну силу або тягу для здійснення польоту.

Перший орнітоптер, який міг літати був побудований у Франції. Жобер в 1871 р. використав у своєму винаході гумову тягу і змоделював невелику модель птаха[2]. Альфонс Пено, Абель Хуро де Вільнев і Віктор Татін, також зробили орнітоптери на гумовій тязі в 1870-х.[3] Орнітоптер Татіна, який зараз знаходиться в Національному музеї авіації і космонавтики США, напевне першим, використовував поворот крила і був створений як макет промислової іграшки, яку запропонувала компанія Pichancourt в 1889 році. Гюстав Труве був перший, хто створив орнітоптер з використанням двигуна внутрішнього згорання в 1980 р. Його модель пролетіла дистанцію в 70 метрів на демонстрації для Французької академії наук. Крила приводилися в дію за допомогою зарядів пороху і трубки Бурдона

Починаючи з 1884, Лоуренс Харгрейв (Lawrence Hargrave) побудував серію орнітоптерів з різними двигунами: гумовим приводом, пружинами, паром або зжатим повітрям.[4] Він запропонував конструкцію, в якій невеликі махові крила, які створюють тягу, поєднувались з великим нерухомим крилом. Конструкція значно спростилася, оскільки це усунуло необхідність додавання редуктора.

В 1930 р., Александр Ліппіш і NSFK Німеччини сконструювали і запустили серію орнітоптерів на основі двигунів внутрішнього згорання, використавши концепцію Харгрейва для невеликий махових крил, але з доопрацюваннями аеродинаміки на основі методичних досліджень.

Ерік вон Холст, працюючи в 1930 році, також досяг високої ефективності і реалістичності при створенні орнітоптерів на основі гумової тяги. Це був напевне перший вдалий орнітоптер зі згинальним крилом і мав намір більш реалістично зімітувати рух крила птахів, хоча він досить сильно відрізнявся від природного крила[5].

В районі 1960 р. Персіваль Спенсер успішно запустив серію безпілотних орнітоптерів з двигунами внутрішнього згоряння, з об'ємом починаючи від 0,33 до 13,11 см³ зміщення, і мали розмах крил до 2,4 м.[6] У 1961 році Персіваль Спенсер і Джек Стівенсон запустив в політ перший, дистанційно пілотований орнітоптер, відомий під назвою «Орніплан Спенсера»[7]. Орніплан мав розмах крил 2,3 м, важив 3,4 кг, і був оснащений 2-тактовим двигуном об'ємом 5,7 см³. Він має конфігурацію біплана, для зменшення коливання фюзеляжу.[8]

Отто Лілієнталь в серпні 16, 1894 року з власним апаратом під назвою kleiner Schlagflügelapparat

Пілотовані людиною орнітоптери в свою чергу можна розділити на дві основні категорії: що мають двигуни, і такі, що рухаються завдяки зусиллям пілота (мускульна тяга).

В 1894, Отто Лілієнталь, один із піонерів авіації, став відомим завдяки публікаціям в Німеччині за успішні польоти на планері. Він також вивчав пташиний політ і провів ряд експериментів пов'язаних з ним. Він сконструював орнітоптер, хоча його розробка була перервана через його передчасну смерть 9 серпня 1896 року внаслідок аварії при польоті на планері.

В 1929, пілотований людиною орнітоптер розробив Александр Ліппіш (розробник літака Ме.163 Комета), що пролетів відстань близько 250—300 метрів після запуску з буксиру. Оскільки його запустили з буксиру, дехто ставив питання, чи може літальний апарат рухатись самостійно. Ліппіш заявляв, що апарат дійсно летів, а не планував завдяки переданої йому інерції. Більшість розроблених за ним пілотованих орнітоптерів також запускалися за допомогою такого методу, і польоти були короткими, оскільки зусилля, які могла прикласти людина для руху такого орнітоптеру, швидко виснажувалися.

В 1942, Адальберт Шміт здійснив набагато триваліший політ, на орнітоптері з людською тягою в Мюнхен-Лаймі. Він пролетів дистанцію в 900 метрів, підтримуючи висоту в 20 метрів під час всього польоту. Пізніше той самий літальний апарат був оснащений двигуном від мотоциклу марки Sachs, що мав потужність в 2,2 кВт. З двигуном, він зміг здійснити політ, який тривав до 15 хвилин. Пізніше Шміт побудував 7,5 кВт. Орнітоптер на основі планера «Grunau-Baby Iia», який здійснив політ в 1947 р. Другий літальний апарат мав зовнішні махові крила.[9]

В 2005 році, Ів Руссо отримав диплом Поля Тіссандьє, як нагороду від Міжнародної федерації повітроплавання за вклад в авіацію. Руссо здійснив свій перший політ на апараті, який приводиться в дію людською силою в 1995 р. 20 квітня 2006, під час свого 212 випробування, він спромігся пролетіти дистанцію в 64 метри, за яким спостерігали офіційні представники Аеро клубу Франції. На жаль, при своїй 213 спробі польоту, порив вітру привів до пошкодження крила, після чого пілот був дуже сильно поранений і це призвело до параплегії[10]

Якщо розглянути політ птахів, то політ із змахом крил має ряд потенційних переваг у маневровості та енергоощадності в порівнянні з літаками, що мають фіксовані крила, а також можливість вертикального зльоту і посадки. Припускають, що ці переваги краще представлені при невеликих розмірах і малих швидкостях польоту[11].

На відміну від літаків і гвинтокрилів, рушійна аеродинамічна поверхня орнітоптера здійснює махи замість обертів. Так само як і в гвинтокрилах, крила зазвичай виконують дві функції: підйомна сила і тяга. Теоретично, при русі вгору змахові крила можна розвернути у нульовий кут атаки, так що апарат буде з меншим опором рухатись крізь повітря. Оскільки такі апарати зазвичай використовуються і для зльоту і для зниження, будь-які конструкції, які збільшують аеродинамічний опір, максимально усуваються.

• Мускулоліт