هواپیمای بالزن (اورنیتاپتر)
ورنیثابتر (بر گرفته از لغات یونانی اورنیثوس به معنای پرنده و پترون به معنای بال) هواپیمایی است که با باز و بسته کردن بال های خود پرواز می کند. طراحان در تلاش هستند تا از پرواز پرندگان، خفاش ها و حشرات الگو برداری کنند.
http://upload.wikimedia.org/wikipedi...41/Skybird.gif
گرچه ممکن است ماشین ها در ظاهر متفاوت باشند، اما معمولاً در مقیاس همین موجودات پرنده ساخته می شوند. حتی اونیثاپتر های مصلح نیز ساخته شده اند و پروازهای موفق نیز گزارش شده است
تاريخچه:
فكر ساختن بالهايي شبيه به بال پرندگان براي پرواز به دوران يونان باستان و افسانه ي دادتوس و ايكاروس باز مي گردد. راجر بيكن در نوشته هاي خود در سال 1260 ميلادي جزء اولين افرادي بود كه به فكر پرواز به صورت پيشرفته افتاد. حدود سال 1490 لئوناردو داوينچي شروع به تحقيق در مورد پرواز پرندگان نمود. او به اين نتيجه رسيد كه انسان ها بسيار سنگين و البته ضعيف هستند كه بتوانند با بال هاي متصل به دستانشان پرواز كنند. در نتيجه به فكر ساختن دستگاهي افتاد كه خلبان به صورت درازكش خواهد بود و بال هاي بزرگ دستگاه به وسيله ي اهرم هاي دستي و پدال هاي پايي و يك سيستم قرقره به حركت در مي آيد.
اولين اونيثابتر ها با قابليت پرواز در حدود 1870 در فرانسه ساخته شدند. مدل گستاو ترووز در سال 1870 در نمايشگاهي براي انجمن علوم فرانسه حدود 70 ئتر پرواز كرد. بال ها با فعال شدن لوله بردني (Bourdon tube) توسط باروت پر مي زدند. در سال 1871 ژوبرت با استفاده از كش هاي پلاستيكي قدرت پرواز را به يك مدل كوچك پرنده مانند داد.افراد ديگر نيز خيلي زود طرح هاي خود را دنبال كردند.
http://media.web.britannica.com/eb-m...4-A9CAD60A.jpg
حدود 1890 لورنس هارگريو چندين پرنده با استفاده از نيروي حركتي بخار آب يا هواي فشرده ساخت. او بال هاي كوچك تكان خورنده اي را معرفي نمود كه موجب حركت پرنده و بال هاي ثابت بزرگ تر مي شوند كه اين روش باعث از بين رفتن نياز براي كم كردن دنده و در نتيجه سادگي ساخت مي شد. براي رسيدن به يك شكل پرنده گونه اين روش امروزه خيلي مورد استفاده قرار نمي گيرد.
در دهه ي 1930 اريك ون هلست استفاده از كش پلاستيكي را به طور پيشرفته مورد استفاده قرار داد و همين طور الگساندر ليپيش در آلمان بر روي موتورهاي پيستوني درون سوز كار كردند.
پرواز مسلحانه:
به علت اينكه پرواز با بال هاي ثابت بسيار جا افتاده است، مردم در جريان پرواز هاي نا موفق پرنده هايي با بال هاي متحرك هستند. اين نوشته بيشتر به پرواز هاي موفق مي پردازد. مكانيك اين گونه پرنده ها به دو صورت است: با نيروي موتور و با نيروي عضلات خلبان.
در سال 1929 يك اورنيثاپتر با طراحي الكساندر ليپيچ با استفاده از قدرت انسان، بعد از دو پرتاب حدود 250 تا 300 متر پرواز كرد. به علت محدود بودن قدرت انسان مدت پرواز كوتاه بود. چون پرواز به وسيله ي پرتاب انجام شده بود برخي قابليت پرواز اين پرنده را زير سؤال بردند. هر چند كه ليپيچ خيلي زود ثابت كرد كه اين پرنده پرواز مي كرده است و فقط به حركت بعد از پرتاب ادامه نداده است. بعد ها پرواز پرتابي مدل هاي ديگر توسط Bedford Maule (1942)، Emil Hartmann (1959) و Vladimir Toporov (1993) انجام شد كه آن ها نيز به خاطر ضعف قدرت انسان با محدوديت هايي مواجه شدند.
در سال 1942 Adalbert Schmid يك اورنيثاپتر مسلح موتور دار را در مونيخ به پرواز در آورد، كه به وسيله ي بال هاي كوچك متحرك متصل به اطراف پرنده و پشت بال هاي ثابت بزرگ قرار داشتند حركت مي كرد. موتور 3 hp Sachs موتور سيكلتبراي آن استفاده شده بود و به مدت 15 دقيقه پرواز كرد. او بعد ها اورنيثاپتر 10 hp را ساخت كه در سال 1946 به پرواز در آمد و در آن از بال هاي متحرك بيروني استفاده شده بود.
در سال 2005 Yves Rousseau ، ديپلم Paul Tissandier را توسط FAI در زمينه ي هوانوردي دريافت كرد. وي در سال 1995 اولين پروازش به وسيله ي نيروي انسان با بال هاي متحرك را انجام داد و در 20 آوريل 2006 در آزمايش 212 خود موفق به طي مسافت 64 متر شد كه به وسيله ي اعضاي انجمن پرواز فرانسه نيز رويت شد. متأسفانه در آزمايش 213 او باد باعث شكستن بال هاي او و فلج شدن خلبان گشت.
يك گروه از انجمن هوافضاي دانشگاه ترنتو به سرپرستي پرفسور James DeLaurier چندين سال بر روي پرواز كنترل شده با موتور كار كردند. در جولاي 2006 در فرودگاهي در ترنتو اين ماشين به كمك يك جت براي 14 ثانيه به حركت در آمد كه به گفته ي پرفسور حركت جت براي پروازي مطمئن لازم بود ولي بيشتر كارها توسط بال هاي متحرك انجام شد.
پيشرفت هاي اخير:
اخيراً يك سري تحقيقات مشخص بر روي پرندگان و حشرات تمركز دارند. به خاطر شباهت اونيثاپتر با حشرات و پرندگان مي توان از آن ها استفاده ي نظامي نيز كرد طوري كه توسط رادار ها شناسايي نشوند. يكي از اين اورنيثاپتر ها اندازه ي يك حشره ي بزرگ است و از آن در كار هاي جاسوسي استفاده مي شود. همچنين يك شبه دايناسور پرنده به اندازه ي نصف مدل واقعي ساخته شده كه بال هاي آن به طول 5/5 متر و داراي كنترل از راه دور بوده و شيوه ي حركت آن با استفاده از ماهيچه هاي آن است كه حركات ثابت پرواز را تنظيم مي كنند. محققان سعي بر اين دارند كه بتوانند موتور و چرخ دنده ها را از طراحي خود حذف كنند. Robert C. Michelson از دانشگاه صنعتي جورجيا بر روي نوعي ماهيچه كار مي كند كه بتوان از آن در اين بال ها استفاده كرد. او به اين نوع اونيثاپتر "انتاماپتر" entomopter)) مي گويد. همچنين در SRI International بر روي نوعي پليمر مصنوعي كار مي شود كه ممكن است در اين بال ها بكار روند.
در سال 2002 كريستر ولف و پيتر نوردين از دانشگاه صنعتي چالمرز سوئد، يك روبات با بال هاي متحرك ساختند كه فنون پرواز را ياد گرفت. اين طراحي با استفاده از چوب بالسا انجام شد و در ساخت آن از برنامه اي با نام evolutionary algorithm بهره گرفتند. اين برنامه نشان مي دهد كه تا چه حد اين كار موفقيت در پي خواهد داشت، اين اونيثاپتر آزمايشي نيروي كافي براي حركت به جلو و بلند شدن از سطح زمين را دارا بود.
اورنيثابتر براي سرگرمي:
علاقمندان مي توانند خود اورنيثابتر ساخته و به پرواز در آورند. از مدل هاي سبك كه با بند لاستيكي نيرو مي گيرند گرفته تا مدل هاي بزرگ تر به همراه راديو كنترل.
مدلي كه در آن از بند پلاستيكي براي نيرو دادن استفاده مي شود در طراحي و سازه نسبتاً آسان است. دانش جويان همانند علاقمندان اين حرفه براي پرواز طولاني با اين مدل ها، رقابت مي كنند. مدل هاي مقدماتي نسبتاً آسان است، اما طرح هاي پيشرفته ي رقابتي براي ساخت، بسيار حساس و چالش انگيز هستند. روي وايت با 21 دقيقه و 44 ثانيه پرواز ركرد مدل بند پلاستيكي دار را در فضاي سر پوشيده در آمريكا دارد.
اورنيثاپتر هايي كه با نيروي كش پرواز مي كنند از خيلي وقت پيش براي اولين بار در سال 1897 به اسم تيم برد Tim Bird در پاريس فروخته مي شدند. مدل هاي پيشرفته تر به همين اسم نيز از سال 1969 به بازار رفتند.
اورنيثاپتر هاي پيشرفته و مجهز به موتور و كنترل از سال 1959 ساخته و در اواخر دهه ي 90 وي آن ها كار شد. بال هاي آن معمولاً مجهز به موتور هستند. خيلي از علاقمندان خود يك بال و مكانيزم جديد طراحي مي كنند. جالب آن كه پرندگان در حين پرواز اونيثاپتر به دنبال آن مي روند و مي توان از پرواز آن ها بهره گرفت. حتي بعضي مورد حمله ي پرندگان واقعي و گربه ها قرار گرفته اند. جديداً مدل هاي ارزان تر، اين وسيله را به اسباب بازي تبديل كرده است.
چندين كتاب راهنماي ساخت براي اورنيثاپتر نوشته شده است و همچنين The Ornithopter Zone web site اطلاعات وسيعي را در رابطه با ساخت و پرواز اين وسيله دارد.
آيروديناميك:
بال هاي متحرك در مقايسه با بال هاي ثابت قدرت مانور بالا و كاهش مصرف انرژي را به همراه دارند.
از نظر آيروديناميكي اورنيثاپتر ها با هواپيما ها متفاوتند زيرا اير فويل ها به جاي حركت دوراني حركت بالا و پايين دارند. به طور كلي اين اير فويل ها بزرگ هستند و هم قدرت بلند شدن و هم قدرت حركت را به پرنده مدهند و اين دو مزيت پرنده را بهينه مي سازد.
از نظر ديناميكي اين نوع پرنده ها بهينه تر از ديگر هواپيما ها با ملخ چرخشي و جت ها است. هر چند اين مطلب فقط در سرعت هاي پايين و وزن هاي كم صدق مي كند. مشكل ديگر نوع قرار گيري بال هاست و اينكه در هنگام حركت بال ها كل بدنه تكان مي خورد كه اين راحتي را از مسافر مي گيرد.
هرچند بزرگترين مشكل ساختن اورنيثاپتر هاي مسلح بار بال ها مي باشد و به اندازه ي وزن بدنه به وزن آن ها اضافه مي شود، در حالي كه قدرت بلند شدن فقط به اندازه ي مجذور آن اضافه مي شود. وقتي هم اندازه ي بار زياد مي شود اندازه ي بال نيز بايد بزرگتر شود تا بتواند پرنده را بلند كند و بال بزرگ نيز سخت تر حركت مي كند.
در پرندگان جاندار بزرگ شدن اندازه برابر است با بيشتر ادامه دادن پرواز با بال ثابت نا بيشتر بال زدن
نویسنده: سارا سلطانی
منبع : www.aerospaceusr.ir
