加拿大成功实现人力驱动直升机起飞

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北京时间7月24日消息，美国国家地理报道，近日加拿大一支研究小组AeroVelo利用阿特拉斯直升飞机首次实现了人驱动直升机起飞。美国马里兰大学的工程师们利用两年时间也制造出了一架人力驱动的直升机，如果这架直升机能飞至3米以上的高度，并且在空中停留一分钟以上，那么工程师们就能赢得25万美元的西科斯基奖(Sikorsky Prize)。

几十年的竞争

这项挑战听起来非常简单：飞离地面3米以上并保持至少60秒，同时驾驶舱必须位于10平方米的范围内。自美国直升机协会发布伊戈尔·I·西科斯基人力直升机竞赛以来的30年里，只有5架直升机飞离了地面。

发射直升机比发射有翼飞机更加艰难，航空工程师这样说道，“从空气动力学角度看，前者需要更多的能量起飞，”美国加州理工州立大学圣路易斯·奥比斯堡校区的名誉工程学教授比尔·帕特森（Bill Patterson）这样解释道。帕特森曾带领建造达芬奇III号，第一架成功起飞的人力直升机。“向前飞需要更多的空气，主要是因为前行速度的需要。”

大小问题

自1980年美国直升机学会设立西科斯基奖起，美国加州理工州立大学的学生们就以获得这项奖为目标，但直到1989年他们才实现第一架直升机脱离地面。即便如此，达芬奇III号只离开了地面29厘米，并且只维持了7秒。它主要是通过学生踩踏链条传动机构而驱动，这类似于传统的直升机，后者拥有两个旋翼桨叶，半径为50英尺。

较大的旋翼意味着更大的提升力，但也意味着更重，体积大小与重量之间的平衡自伊卡洛斯时期就证明是非常艰难的控制，伊卡洛斯是一名神秘的希腊人，他在对自己用蜡和羽毛制成的机翼进行测试飞行后死去。

美国加州理工州立大学研究小组从未研究出如何保证自己的飞机既不从10平方米的范围内侧面滑出去，也不会坠毁，帕特森这样说道。他将这样的人力直升机称为“难以驾驭的野兽”。

然而一支日本学生小组研究出如何驯服这头野兽。他们创造出20平方米的机器尤里，它具有X形状的机身，每个X末端都装有5米宽的旋翼桨叶。巨大的体积使得它能够提供足够的提升力，而四个旋翼桨叶会彼此抵消。尤里于1994年首次起飞。

自那时起，人力直升机，包括加拿大的阿特拉斯和美国马里兰的卡美拉，都开始使用日本开创的四构架设计。马里兰大学航空航天工程学院于2009年开启了卡美拉项目。与此同时，加拿大多伦多大学的一组工程学学生建造了一架人力扑翼飞机，它能够闪动自己的翅膀进行飞翔。

受到了马里兰大学人力直升机成功的激励，加上迫切想要尝试另一款直升机，加拿大研究小组于2012年1月开始了阿特拉斯项目。在那个春天竞争更加激烈了，加拿大和马里兰两个小组将目标都锁定了西科斯基奖的三个要求。最终阿特拉斯于2013年6月13日在一次飞行里满足了这三个要求，并于7月11日被官方宣布为西科斯基奖的获奖者。

最后的问题在于控制，阿特拉斯首席结构工程师卡梅隆·罗伯特森（Cameron Robertson）这样说道。“我们意识到问题不仅仅是离开地面3米并保持60秒，而且还必须在一定的范围内。”他们为阿特拉斯设计的第一个控制系统无法保持旋翼平衡。在一次飞行中，两个旋翼破损，这对从KickStarter网站部分筹资的项目来说，是非常昂贵的损耗。

罗伯特森和他的同事意识到他们可以利用飞机的灵活性。它们在飞机中央驾驶员的位置至桁架末端画一条线，当驾驶员倾斜，旋翼也会倾斜。“这不仅需要驾驶员的敏锐直觉，还必须反应迅速” 罗伯特森说道，“这使得我们能够降低直升机8%的重量。”

这还意味着他们每次在室内足球场内装配飞机时，无需花费数小时进行调整以保持旋翼平衡。是的，这些直升机是如此精密以至于它从未在室外飞行。但这并不意味着发明家没有设想过人力直升机有朝一日可以参与奥林匹克运动会。AeroVelo已经在寻找其他挑战：例如英国皇家航空学会提出的每小时能够飞行26英里的人力直升机、能够户外飞行的足够坚固的人力直升机以及适合体育竞技的人力直升机。（飞行总动员航空网）