Vliegen op spierkracht
-
Beste TU Delft,
Wij zijn Max Beniers en Willem Vissers van het Dr.-Knippenbergcollege in Helmond. We zitten nu in Havo 5 wat betekent dat het tijd is voor het profielwerkstuk. We zijn erg geïnteresseerd in vliegen en hebben daarom als onderwerp: "Hoe zou een mens kunnen vliegen op spierkracht?" Wij vragen ons nu af of daar misschien op jullie school al ooit onderzoek naar is gedaan zodat wij daar wat informatie uit kunnen halen. Dit zou ons heel erg helpen!
Alvast bedankt,
Max Beniers en Willem Vissers
-
Hoi Max en Willem,
Vliegen op spierkracht - cool onderwerp! En dat is ook zeker mogelijk:)
Er bestaat een vliegtuig waarbij de piloot op een soort van fiets zit waarmee hij de motor aandrijft. De zogenaamde luchtfiets. Google maar eens, er is veel over dit onderwerp te vinden.
Hebben jullie al hoofd- en deelvragen bedacht?Groetjes,
Juul
-
Hoi Juul,
Sorry voor de late reactie. We zijn bezig met de volgende vragen:
Hoofdvraag:
Hoe zouden mensen op spierkracht verticaal op kunnen stijgen?De deelonderwerpen zijn:
Hoe kunnen mensen vliegen met behulp van een helikopter ontwerp en spierkracht?
Hoeveel spierkracht kan een mens uitoefenen?
Hoe zou je krachten kunnen vergroten zonder hulp van externe krachten?
Wat is het ideale materiaal om op te stijgen in een helikopter op spierkracht?
Wat is de ideale hoek die de bladen kunnen hebben?
Wat is de ideale vorm en wat is de ideale lengte van een blad?
(Hoe snel zou je je armen moeten bewegen om van de grond te komen?)We waren van plan om dus eerst te gaan kijken hoeveel kracht een mens kan uitoefenen en hoe deze kracht optimaal mogelijk gebruikt kan worden. We hebben al wat software gevonden waarmee we een model van de rotorbladen kunnen maken en bepaalde analyses kunnen uitvoeren. Zo hoeven we niet alles te testen omdat dat niet gemakkelijk is met dit onderwerp. Hierna willen we een model op schaal maken van het ideale ontwerp. Hier wordt een motortje in gezet die op schaal evenveel kracht leert als een persoon.
Onze vraag aan u is nu ten eerste of u nog tips heeft. Ook willen wij vragen of er ooit iets gelijksoortigs op uw school is onderzocht. Als dit namelijk zo is willen wij mogelijk een keer langskomen om eventueel met leraren of studenten te praten die hier onderzoek naar hebben gedaan.
Wij willen u hartelijk bedanken dat u tijd wil maken om ons op weg te helpen.
Met vriendelijke groet,
Max Beniers en Willem Vissers.
-
Ha Max en Willem,
Cool idee! Ik denk alleen wel dat dit vrij moeilijk gaat worden. Roterende bladen zijn net wat lastiger dan een fixed wing. Denk er ook aan dat een heli een staartrotor nodig heeft die dan ook in de juiste "verhouding" op spierkracht moet worden kunnen aangedreven.
Ik heb nog even op Google Scholar gezocht naar soortgelijke artikelen maar niets zo snel gevonden.
Vriendelijke groet,
Juul
-
Hallo Juul,
Bedankt voor uw reactie!
Echter snappen wij niet dat de formule van de liftkracht in een fixed wing niet gewoon omgeschreven kan worden tot de formule van de liftkracht van helikopter bladen, aangezien het snelst draaiende punt op het rotorblad in een bepaalde relatie staat met het aantal rpm.
Wij kunnen alleen heel erg weinig vinden over formules binnen een helikopter... Heeft u hier wat meer informatie over?
De staartrotor laten we bij dit project achter wegen. Aangezien we alleen onderzoek gaan doen in het opstijgen.Bij voorbaat dank!
Max en Willem
-
Hoi Max en Willem,
een rotorblad is eigenlijk een kleine, draaiende fixed wing. De lift formule voor een helikopter blad is dan ook hetzelfde als die voor een fixed wing.
Er is alleen een groot verschil: Bij het (verticaal) opstijgen zonder wind stroomt er lucht over het heli blad door het roteren van de bladen. Bij een vliegtuig stroomt er lucht over de vleugels door de take off run. Dit draaien brengt 2 dingen met zich mee:
Ten eerste ontstaat er een torque die, zonder tegen torque, de heli zal laten spinnen. Als jullie de staartrotor weglaten zal jullie heli dus gaan spinnen tijdens het opstijgen. Dit spinnen kan behalve met een staartrotor ook opgelost worden door gebruik te maken van een tweede rotor die de andere kant op draait zoals bij Chinook. Ik snap dat jullie ter versimpeling dit niet meenemen maar zorg ervoor dat jullie dit wel duidelijk aangeven in jullie PWS.
Ten tweede zal de tip van het blad per omwenteling een grotere afstand afleggen dan de root. Het aantal "rpm" geeft aan hoeveel omwentelingen per minuut er gemaakt worden en die is natuurlijk voor de tip en root gelijk. Dit betekent dus dat de tip relatief sneller door de lucht beweegt dan de root. Volgens de lift formule betekent een hogere snelheid ook meer lift. De tip zal dus meer lift creëren dan de root.
Als jullie weinig kunnen vinden over helikopter bladen probeer dan eens te googlen op propellers van vliegtuigen. Door hun montage leveren ze thrust ipv lift maar het principe is hetzelfde.Groetjes,
Juul
-
Beste Juul,
Hartelijk dank voor het aangeven van het probleem dat de heli dan zal gaan spinnen! Hier hadden wij namelijk nog helemaal niet aan gedacht. Echter laten wij dit inderdaad ter versimpeling weg omdat we stiekem al weten dat we toch niet van de grond af komen, maar we zetten het probleem zeker in ons pws.
We hebben het ook nog even met onze begeleider gehad over het berekenen van de liftkracht van een rotorblad. Hij vertelde ons dat het allemaal niet zo nauwkeurig hoeft.
Hij zij namelijk dat je de snelheid op een bepaald punt van het blad kunt krijgen door 2πr te delen door T. En dat we dus ook gewoon het rotorblad in verschillende kleinere delen konden gaan opdelen en dan de liftkracht per deel uit te rekenen om die vervolgens bij elkaar op te tellen.
Wat vindt u van deze methode?De enige vraag die ons hierna nog rust is welke vleugeloppervlakte we in de liftformule moeten gebruiken. Moeten we dan de oppervlakte van het bovenaanzicht gebruiken? of moeten we de bolling van de vleugel hierin meenemen?
Bedankt voor uw hulp!
Max en Willem
-
Hoi Max en Willem,
Het opdelen van de rotor in delen maakt de berekening al een stuk accurater en het laat zien dat jullie na hebben gedacht over het feit dat er een verschil in geproduceerde lift zal zijn. Hoe meer delen hoe preciezer de uitkomst, maar aangezien jullie leraar aan heeft gegeven dat het niet zo precies hoeft denk ik dat jullie aan bijvoorbeeld 3 delen al meer dan voldoende hebben.
Met de oppervlakte in de liftformule wordt inderdaad het bovenaanzicht bedoeld. Om dit te berekenen neem je de bolling van de vleugel niet mee, maar vermenigvuldig je de lengte van de koorde (c) met de lengte van de spanwijdte (R).
Groetjes,
Juul -
Hoi Juul,
We zitten een beetje vast met ons profielwerkstuk.
We zijn nu op zoek naar de ideale vorm van de rotorbladen van onze helikopter op spierkracht. Deze rotorbladen gaan natuurlijk niet met supersonische snelheden draaien dus moeten we een airfoil hebben die kijkt naar een laag Reynoldsgetal. Echter kunnen wij over de verschillen tussen verschillende airfoils niet zoveel informatie vinden. Alleen wat plaatjes over dat we bij een laag Reynoldsgetal waarschijnlijk een airfoil nodig hebben zoals die linksboven op het plaatje te zien is. Kunt u hier ons misschien bij helpen?Alvast bedankt voor uw tijd!
Max Beniers en Willem Vissers
-
Hoi @WillemVissers,
Altijd een lastige vraag! Het is namelijk een afweging die je moet maken en zonder lastige berekeningen en/of windtunnel is het heel belangrijk dat je goed weet wat je wil en wat het effect is van verschillende vormen.
Allereerst dus goed bedenken wat de eisen zijn aan je vleugel;
Om jullie op weg te helpen: Een single rotor moet een mens van de grond liften. Ook is deze rotor aangedreven op spierkracht. Beredeneer wat een haalbare rpm zou zijn en vergelijk deze rpm met de rpm en het voorstuw vermogen van een klein propeller vliegtuigje.
Waarschijnlijk komen jullie erop uit dat jullie rpm relatief laag is voor de hoeveelheid lift die jullie willen creeeren.
Je rotor moet dus een vorm hebben waarbij het veel lift creeert bij een lage snelheid. Zoek eens op wat het effect van de nose radius is (blunt of sharp), wat het effect van camber is en wat het effect is van een rechte of hollere onderkant. Ook is het handig om even te kijken wat een "adverse pressure gradient" is.Succes!
