اولين بار چه زماني بشر آرزوي پرواز کرد؟ شايد زماني که اولين پرنده را در حال پرواز در آسمان ديد و با خود گفت: چگونه؟ چرا من نمي‌توانم؟ همه‌ي تمدن‌هاي بشري اسطوره‌ها و خداياني دارند که قدرت پرواز دارند. در حقيقت روياي پرواز بخش مشترکي از آمال انساني است.

در تمدن غربي، اسطوره‌ي‌ يوناني ايکاروس (Icarus) دو بال از جنس موم و پر دارد که به او و پسرش اجازه مي‌دهند از جزيره‌ي کرت خارج شوند. ايکاروس به پسرش اخطار مي دهد که زياد به خورشيد نزديک نشود، اما اين پسر با روحيه‌ي پرخاشگري که دارد، در ارتفاع بالا پرواز مي‌کند و به همين دليل موم بال‌هايش در اثر حرارت خورشيد آب مي‌شود. او به درون اقيانوس سقوط مي‌کند. مطمئناً اولين انسان‌هايي که بال‌هايي ساختند و به بازوهاي خود بستند و از بلندي‌ها به پايين پريدند، ريسک کار خود را درک مي‌کردند. اما مصر بودند که شانسشان را امتحان کنند. بديهي است که بسياري از آن‌ها در اثر برخورد با صخره‌ها و سقوط جان خود را از دست داده‌اند.  

براي اولين بار لئوناردو داوينچي (Leonardo da Vinci) در سال 1400 بحث‌هاي عقلاني و منطقي را درباره‌ي پرواز مطرح کرد. او با دقت در حرکت بال پرندگان توانست مدل‌هاي اوليه‌ي بال‌هاي پرواز، هليکوپترها و چترهاي نجات را طراحي کند. او اطلاعات خوبي درباره آيروديناميک،  بلند شدن از زمين و حرکت هاي سيال هوا داشت، اما ايده‌هايش در آن زمان خيالي به نظر مي‌رسيدند و به همين دليل، اين ايده‌ها روي تخته‌ي سياه داوينچي باقي ماندند.

سيصد سال گذشت و در اين مدت مردم نتوانستند آسمان را لمس کنند، تا اينکه برادران مونت‌گلفير (Montgolfier brothers) بالن را ابداع کردند. آن‌ها‌ يک بالن هواي گرم را در منطقه‌ي ورساي در نزديکي شهر پاريس در حالي به آسمان فرستادند که بنجامين فرانکلين (Benjamin Franklin)، سفير امريکا در فرانسه با تعجب اين صحنه را تماشا مي‌کرد. او که خود دانشمند و مرد بسيار تيزهوشي بود ، توانست در مدت دو هفته بالن هيدروژني را بسازد که کارآمدتر از بالن هواي گرم بود. اين بالن توانست هزاران فوت ارتفاع بگيرد.

چند دهه بعد، سر جورج کايلي (Sir George Cayley)، مردي از کشور انگلستان که توانسته بود چند مدل گلايدر را طراحي کند، به عنوان اولين استاد آيروديناميک و مکانيک پرواز شناخته شد. اما در اواخر قرن نوزدهم استاد مشهور مکانيک پرواز اتو ليلينتال (Otto Lilienthal) نام داشت. اين فرد آلماني اطلاعات جديدي را وارد دانش پرواز کرد و توانست ‌يافته‌هاي بسياري را در حوزه‌ي ماشين‌هاي سنگين‌تر از هوا وارد علم آيروديناميک کند. او در طول عمرش حدود 2000 گلايدر کوچک را طراحي کرد و ساخت. اما در آخرين تلاش خود براي پرواز، سقوط کرد و جانش را از دست داد. برادران رايت از او به عنوان‌ يک نابغه و قهرمان در تاريخ پرواز‌ياد کرده‌اند.

سرانجام در سال 1903، برادران رايت (Wright) توانستند با ادغام گلايدر و موتور احتراق اولين هواپيما را اختراع کنند. آن‌ها با ساختن چندين مدل از اختراع خود، مسابقه‌اي راه ‌انداختند تا نشان دهند که کدام‌ يک از اين وسايل پروازي مي‌تواند بلندتر، سريع‌تر و دورتر پرواز کند. در طول دهه‌هاي بعدي پرواز به امري عادي و حتي بدون هيجان تبديل شد. اما امروزه نيز پيشتازاني هستند که مايلند پرواز را از حالت عادي و روتين در آورند و آن را تبديل به ‌يک تجربه‌ي هيجان انگيز کنند. در رؤياي آن‌ها، صندلي‌هاي درجه‌يک و کابين‌هاي تحت فشار وجود ندارند. آن‌ها مي‌خواهند با کمک باد و‌ يا بسته‌هايي که به کمر خود مي‌بندند پرواز کنند.

پرنده‌هايي با نيروي انساني:
هوانوردهايي که با نيروي انسان کار مي‌کنند، لازم است به حد کافي بزرگ باشند، زيرا موتورهاي انساني قدرت زيادي براي ارائه به اين نوع هوانوردها ندارند. اين چالشي بود که تيم ساخت وسايل نقليه‌ي انساني ايروويلو (AeroVelo) در دانشگاه تونتو با آن مواجه شدند. آن‌ها تصميم داشتند در مسابقه‌ي مشهور سيکورسکي (Sikorsky Prize) که جايزه‌ي برنده‌ي آن 250000 دلار بود شرکت کنند. اين جايزه توسط مؤسسه‌ي سيکورسکي و انجمن بالگردهاي امريکا تأمين مي‌شد. هر فرد ‌يا گروهي که مي‌توانست بالگردي بسازد که با نيروي انسان حداقل سه متر از زمين ارتفاع بگيرد و در‌يک مربع با ضلع ده متر، به مدت 60 ثانيه پرواز کند، برنده‌ي اين جايزه مي‌شد. اين کار به ظاهر ساده است. اما در سي سال گذشته هيچ کس نتوانسته بود اين جايزه را از آن خود کند!

کامرون روبرتسون (Cameron Robertson)، طراح ارشد هوانورد ايروويلو و‌ يکي از بنيانگذاران اين گروه پژوهشي مي‌گويد: «آناليز نظري و رياضيات چنين طرحي بسيار ساده است. فرمول‌ها به ما مي‌گويند که سازه‌ي بزرگتر، کارآمدي بيشتري دارد. اما از طرفي سازه‌ي بزرگ تر به معني وزن بيشتر است. اين‌ يک نقطه‌ي ضعف محسوب مي‌شود و بايد براي اين بزرگ‌تر کردن ابعاد هليکوپتر حدي قائل شويم.» گروه ايروويلو که متشکل از دانشجويان دوره‌ي کارشناسي ارشد است، بالگردي به نام اطلس را ساخته‌اند که 47 متر طول دارد و دو روتور روي آن نصب شده که هرکدام تيغه‌هاي 10 متري دارند. جنس اطلس از لوله‌هاي فيبر کربن، فوم پلي استايرن، چوب بالسا و تسمه‌هاي پلاستيکي است. اين بالگرد حدود 55 کيلوگرم وزن دارد.

قدرت لازم براي حرکت اطلس از رکاب زدن تأمين مي‌شود اين وظيفه به عهده‌ي تاد ريچرت (Todd Reichert) است. او‌ يک مهندس است که در ورزش‌هاي دوچرخه سواري و اسکيت سرعتي کاملاً ماهر است. هنگامي‌ که او در بالگرد نشسته و رکاب مي‌زند، تواني معادل 550 وات از طريق سيم‌ها به بالگرد منتقل مي‌شود.

گروه ايروويلو تمامي‌ اقدام‌هاي گروه‌هاي قبلي را براي ساختن سازه‌ي مورد نظرشان بررسي کردند و نقاط ضعف و قوت آن‌ها را‌يافتند. اولين پروژه‌ي بالگرد با نيروي انسان پرنده‌ي برفي (Snowbird) نام داشت. اين سازه‌ي بزرگ، بال‌هايي به طول 32 متر داشت در حالي که وزن آن فقط 42 کيلوگرم بود. در آگوست سال 2010، ريچرت توانست با رکاب زدن سازه‌ي گروهش را به پرواز در آورد. البته مدت اين پرواز فقط 19 ثانيه بود. گروه دريافته بود که انعطاف پذيري و مقاومت در هوا امر بسيار مهمي‌ است که با رعايت اصول آيروديناميکي مي‌توان به آن دست پيدا کرد. آن‌ها ابتدا رسانگرهاي کوچکي را در نزديکي هريک از تيغه‌هاي روتور ايجاد کردند تا تعادل و کنترل بالگرد بيشتر از قبل شود. اين رسانگرها با پيشگيري از انحراف مسير به هليکوپتر کمک مي‌کنند از مربع ده متري مسابقه خارج نشود.

رابرتسون مي‌گويد: «هر زمان که ما از رسانگر استفاده مي‌کرديم، نوک روتور هنگام گردش‌ها به زمين برخورد مي‌کرد. به همين دليل در نهايت تصميم گرفتيم آن‌ها را کنار بگذاريم.»  گروه به جاي رسانگر‌ها از سيستم ديگري به نام بردار رانش براي کنترل و هدايت بهتر بالگردشان استفاده کردند. در اين سيستم، قدرت به طور اختياري بين چهار روتور تقسيم مي‌شود. ريچرت به سادگي مي‌توانست با رکاب زدن اين سيستم را راه‌اندازي کند.

ايروويلو در روز 13 ژوئن سال 2013 توانست جايزه‌ي سيرکورسکي را از آن خود کند. آن‌ها در‌ يک زمين فوتبال سرپوشيده پرواز خود را اجرايي کردند. اين گروه تصميم دارند مبلغي که به عنوان جايزه به دست آورده‌اند را صرف جذب دانشجويان نخبه و خريد ابزارهاي جديد کنند تا در سال 2016 در مسابقه‌ي ماراتن بين المللي کرمر (Kremer International Marathon Competition) شرکت کنند. جايزه‌ي اين مسابقه 50000 پوند است که توسط خاندان سلطنتي انگلستان تأمين مي‌شود. هر سازه براي برنده شدن بايد بتواند دو مسير دايره‌اي را که شکلي شبيه عدد 8 لاتين ايجاد کرده‌اند طي کند و سپس ‌يک مسير 42 کيلومتري (به‌اندازه‌ي مسير مسابقه‌ي دوي ماراتن) را در مدت حداکثر ‌يک ساعت طي کند.

نمونه‌ی دیگری از موتورهای پیشرانش که در واقعیت و همینطور در فیلم‌های علمی تخیلی مورد استفاده قرار گرفته. (مطلب بعدی)

رابرتسون مي‌گويد: «دانشجويان در حال کار بر روي‌ يک هواپيماي ملخي هستند که با قدرت انسان پرواز کند. اين هواپيما بايد کاملاً خلاقانه باشد و قابليت مانور داشته باشد. مطمئناً براي راندن آن به نيروي بيش از‌يک انسان احتياج داريم. جداي از هدفمان که طراحي اين سازه است، ما هدف بزرگتري را دنبال مي‌کنيم. ما مي‌خواهيم به مردم نشان دهيم که مي‌توانيم با استفاده از علوم مهندسي، با ابزار کمتر، کارهاي بيشتري انجام دهيم. مي‌توانيم بازدهي ابزار ساخته‌ي خودمان را بالا ببريم و در اين مسير وسايلي را ابداع کنيم. ما انتظار نداريم که اين نوع سازه‌ها براي استفاده در مقياس‌هاي شهري ساخته شوند. اما اعتقاد داريم که از دل چنين مسابقه‌هايي، اختراع‌هاي تازه‌اي پديد مي‌آيند که مي‌توانند در حوزه‌هاي ديگر استفاده شوند.

ادامه مطلب...

منبع:

Dream of Flying

منابع مفيد:

پرواز برداران رايت

انواع هواپيما

تاريخ مختصر موتور جت

آرزوي پرواز

هوانورد

چرا هواپيما پرواز مي‌کند؟

تاکسي پرنده

آيروديناميک پرواز

آيروديناميک هواپيماي جنگنده

بالون‌هاي هليومي

بالون هواي داغ

آزمايش بالون هواي داغ

موج ضربه

هواپيماي کاغذي

تأثير شتاب حاذبه بر سقوط اجسام

10 most amazing flying machines ever

Top 10 quickest early flying machines

Lift or Drag

Physics of flight

First Flight

The Wright  Brothers

Jet Pack

HPVBC

Beastie Bike

Tony Suits

Speed Bikes