Inimajamiga õhusõidukid — definitsioon, väljakutsed ja näited

Tutvu inimajamiga õhusõidukite definitsiooni, disaini- ja jõudlusväljakutsete ning õnnestunud näidete (Iron Butterfly, Zephyrus jt) looga.

Inimõhusõiduk on õhusõiduk, mida juhib täielikult või osaliselt piloot(id). Sellised lennumasinad on mõeldud nii teaduslikuks uurimiseks, hariduslikuks ja tehniliseks arenduseks kui ka meelelahutuseks või auhindade võitmiseks. Inimajamiga lennukid erinevad tavalistest lennumasinatest eelkõige väga madala kiiruse, suure tiivaulatuse ja äärmiselt rangete massinõuete poolest.

Peamised väljakutsed

Inimtegevusel lennu saavutamine on insenerlikult keeruline, sest piiravaks teguriks on saada piisav edasiliikumisjõud inimese piiratud pideva võimsusega. Kõige tähtsamad väljakutsed on:

• Võimsuse ja kaalu suhe: inimene suudab pidevalt toota tavaliselt umbes 200–400 vatti; selleks tuleb kogu õhusõiduki kaal viia võimalikult madalale.
• Aerodünaamika madalatel Re-numbritel: madal kiirus tähendab keerukust propelleri ja tiiva efektiivsuse optimeerimisel.
• Struktuurne tugevus ja jäikus: kere ja tiibade peab vastu pidama koormustele ilma liigse massita, arvestades ka vibratsiooni ja väsimust.
• Käigukast ja jõuülekanne: kaod kett- või käigukastis peavad olema minimaalsed; optimeeritakse hammasülekandeid, ketid ja laagrid.
• Piloodi kestev võimekus ja ergonoomika: sõidu kestus ning piloodi asend mõjutavad võimsuse väljaandmist ja ohutust.
• Ohutus ja maandumine: madalal kõrgusel lendamisel on kiire hädamaandumine tõsine risk — vaja on lihtsaid ja usaldusväärseid maandumisvõimalusi.

Disaini ja ehituse eripärad

Et lahendada massi- ja tugevusnõudeid, kasutatakse inimajamiga õhusõidukite konstruktsioonis tavaliselt täiustatud komposiitmaterjale, kergeid vahtmaterjale ja optimeeritud ristlõigetega liistu. Peamised kaalutlused disainis:

• Suur tiivaulatus ja kõrge peenõrd: suur tiivaulatus vähendab tiiva koormust ja aitab saavutada väiksema lennukiiruse puhul vajalikku tõstejõudu.
• Propelleri efektiivsus: madalatel pööretel töötav, suure läbimõõduga propeller annab maksimaalse tõuke väikese võimsusega.
• Õhuke, kuid jäik kere: komposiitlaminaadid võimaldavad suunata materjali omadusi nii, et saavutatakse minimaalne mass ja piisav jäikus.
• Suur rõhk vibratsiooni kontrollil: paindlikud struktuurid võivad põhjustada aeroelastilisi probleeme, mida tuleb modelleerimisel ja katsetamisel arvestada.

Tehnilised ja inimfaktori näited

Piloodi pidev võimsus on tavaliselt piirav näitaja — harrastustingimustes suudab hästi treenitud inimene püsivalt toota ligikaudu 200–400 W; võistlustingimustes või lühiajaliselt pisut rohkem. Seetõttu on iga gramm materiaali ja iga protsent aeroefektiivsusest oluline. Inimajamiga õhusõidukite projekteerimisel pööratakse palju tähelepanu ka piloodi asendile, ventilatsioonile ja ergonoomilisele jõuülekandele (näiteks jalapedaalist hammasülekande kaudu).

Ajalugu, saavutused ja näited

Ajalooliselt kuuluvad inimjuhitavad õhusõidukid väikese hulga silmapaistvate saavutuste hulka: 1970.–1980. aastate Kremeri auhinnad innustasid mitmeid projekte. Kuulsad näited on Gossamer Condor ja Gossamer Albatross, mis tõestasid, et inimese jõul on võimalik stabiilne sirgjooneline ja isegi kanal ületav lend.

Praegu projekteeritakse ja valmistatakse inimtegevusega õhusõidukeid aktiivselt ka ülikoolides ja õppegruppides. Üks sellistest õhusõidukitest, mida ehitab Virginia Tehnikaülikool, kannab nime Iron Butterfly (raudne liblikas). Teist ehitab Pennsylvania osariigi ülikool nimega Zephyrus. Need projektid keskenduvad nii materjalide optimeerimisele kui ka aerodünaamika parendamisele ja pilootide ergonoomiale.

Konkurentsid, eesmärgid ja tulevik

Inimajamiga lennundus on valdavalt hobi- ja teaduspõhine ala: peamised motivatsioonid on tehnoloogiline väljakutse, õpilastöö ja rahvusvahelised võistlused (nt Kremeri preemiad ja ülikoolide võistlused). Tulevikus aitab parem komposiitide, arvutusliku aerodünaamika (CFD) ning sensor- ja juhtimistehnoloogia areng teha projekte kiiremaks ja turvalisemaks. Samas jääb inimjõul lendamise peamiseks piiriks inimese bioloogiline võimsus — seetõttu on kõige realistlikum rakendus valdkondades, kus eesmärk on innovatsioon ja haridus, mitte laiaulatuslik transport.

Kokkuvõte

Inimajamiga õhusõidukid on tehniliselt nõudlikud ja ergonoomiliselt väljakutsuvad konstruktsioonid, mis nõuavad suurepärast kokkumeelitamist aerodünaamika, materjaliteaduse ja inimese võimekuse vahel. Nad pakuvad unikaalset platvormi insenerteadmiste testimiseks, tudengiprojektideks ning meelelahutuslikeks ja teaduslikeks saavutusteks — nagu näitavad nii historilised võidud kui ka tänased ülikooliprojektid.

Küsimused ja vastused

K: Mis on inimajamiga lennuk?

K: Miks on eduka inimtegevusega õhusõiduki konstrueerimine keeruline?

K: Milliseid materjale kasutatakse tavaliselt inimtegevusega õhusõidukite ehitamisel?

K: Kas viimase 30 aasta jooksul on ehitatud inimtegevusega õhusõidukeid?

K: Mis on raudne liblikas?

K: Mis on Zephyrus?

K: Kas praegu projekteeritakse ja valmistatakse inimajamiga õhusõidukeid?

Otsing