Ένα ορνιθόπτερο (από τοαρχαιοελληνικό: όρνιθος (πτηνό) καιπτερόν) είναι αεροσκάφοςπουπετάμετην κίνηση (φτερούγισμα) των πτερύγων του. Οι σχεδιαστές προσπαθούν να μιμηθούν την κίνηση των πτερύγων τωνπτηνών, τωννυχτερίδωνκαιτωνεντόμων όταν αυτά πετούν. Ανκαιοι μηχανές διαφέρουν σε μορφή, κατασκευάζονται συνήθως στην ίδια κλίμακαμετα ιπτάμενα αυτά πλάσματα. Ακόμη, κατασκευάστηκαν επανδρωμένα ορνιθόπτερα, και μερικά από αυτά ήταν επιτυχημένα. Οι ιπτάμενες αυτές μηχανές είναι δύο γενικών τύπων: αυτές με κινητήρες, και αυτές που τροφοδοτούνται από τους μύεςτουκυβερνήτη τους.
Πραγματοποιήθηκαν μερικές προσπάθειες γιατην επίτευξη πτήσης με κινούμενες πτέρυγες, ανκαι πιθανώς το μοναδικό που επιτεύχθηκε ήταν πτήση αιώρησης. Σε αυτές περιλαμβάνονται οι προσπάθειες του μοναχού του 11ου αιώνα Άιλμερ του Μαλμεσμπέρι (καταγράφηκε τον 12ο αιώνα) καιτου ποιητή του 9ου αιώνα Αμπάς ιμπν Φιρνάς (καταγράφηκε τον 17ο αιώνα).[1]ΟΡότζερ Μπέικον, γράφοντας το 1260, ήταν μεταξύ των πρώτων που εξέτασε τα τεχνολογικά μέσα της πτήσης. Το 1485, οΛεονάρντο ντα Βίντσι άρχισε να μελετά το πέταγμα των πτηνών. Συμπέρανε πως οι άνθρωποι ήταν πολύ βαρείς, και αδύναμοι, γιανα πετάξουν χρησιμοποιώντας προσδεμένα φτερά στα χέρια τους. Ως εκ τούτου σχεδίασε μια συσκευή στην οποία ο αεροπόρος κρέμεται κάτω από μια σανίδα και χειρίζεται δύο μεγάλες, μεμβρανοειδείς πτέρευγες χρεισιμοποιώντας μοχλούς χεριών, πηδάλια, και σύστημα τροχαλιών.
Το 1841, ένας μεταλλουργός kalfa (οδοιπόρος) Μανόιλο (Manojlo) ο οποίος «μετέβη από τοΒελιγράδιστηΒοϊβοντίνα»[2] προσπάθησε να πετάξει μεμια συσκευή που περιγράφεται ως ορνιθόπτερο («φτερά που φτερουγίζουν όπως ενός πτηνού»). Οι αρχές αρνήθηκαν νατου δώσουν άδεια να απογειωθεί από το καμπαναριό τουΣερβορθόδοξουΚαθεδρικού Ναούτου Βελιγραδίου, και αυτός σκαρφάλωσε με μυστικότητα στην κορυφή του Dumrukhana (κεντρικό γραφείο του Τελωνείου) και απογειώθηκε, πραγματοποιώντας προσγείωση σε ένα σωρό από χιόνι, καταφέροντας να επιζήσει.[3]
Τα πρώτα ορνιθόπτερα που κατάφεραν να πετάξουν κατασκευάστηκαν στη Γαλλία. Ο Ζομπέρ το 1871 χρησιμοποίησε ένα λαστιχάκι γιανα τροφοδοτήσει ένα μικρό μοντέλο πτηνού. ΟΑλφόνς Πενώ, οΑμπέλ Ουρώ ντε ΒιλνέβκαιοΒικτόρ Τατέν, κατασκεύασαν επίσης ορνιθόπτερα με λαστιχάκι κατά τη δεκαετία του 1870.[4]Το ορνιθόπτερο του Τατέν ήταν πιθανώς το πρώτο που χρησιμοποίησε την ενεργή συστροφή των φτερών[5], και προφανώς χρησιμοποιήθηκε ως η βάση για ένα εμπορικό παιχνίδι που κατασκευάστηκε από τονΠισανκούρ περίπου του 1889[6]. ΟΓκυστάβ Τρουβέ ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε εσωτερική καύση, καιτο μοντέλο του 1890 που κατασκεύασε πέταξε σε απόσταση 80 μέτρων σεμια επίδειξη γιατη Γαλλική Ακαδημία Επιστημών.[7]Τα φτερά κινούνταν μέσω πυρίτιδαςπου ενεργοποιούσε έναν σωλήνα Μπουρντόν.
Από το 1884 και έπειτα, οΛόρενς Χάργκρεϊβ σχεδίασε ορνιθόπτερα τροφοδοτούμενα από λαστιχάκια, ελατήρια, ατμό, καισυμπιεσμένο αέρα.[8] Εισήγαγε τη χρήση μικρών πτερύγων που φτερουγίζουν και παρέχουν την ώθηση σεμια μεγαλύτερη σταθερή πτέρυγα. Η εφεύρεση αυτή περιόρισε την ανάγκη για έναν μειωτήρα, καιεκ τούτου απλοποίησε την κατασκευή.
Το ορνιθόπτερο του 1902 του Έντουαρντ Πέρκις Φροστ
ΟΈντουαρντ Πέρκις Φροστ κατασκεύασε ορνιθόπτερα ξεκινώντας από τη δεκαετία του 1870. Τα πρώτα μοντέλα του κινούνταν από ατμομηχανές, και έπειτα τη δεκαετία το 1900, κατασκεύασε ένα σκάφος με κινητήρα εσωτερικής καύσης με επαρκή χώρο για ένα άτομο, το οποίο όμως δεν πέταξε ποτέ.[9]
Τη δεκαετία του 1930, οΑλεξάντερ Λίπιςκαιη NSFK στη Γερμανία κατασκεύασαν και πέταξαν με επιτυχία μια σειρά από ορνιθόπτερα εσωτερικής καύσης, χρησιμοποιώντας την ιδέα του Χάργκρεϊβ για μικρές πτέρυγες, αλλά με αεροδυναμικές βελτιώσεις που ήλθαν ως αποτέλεσμα της μεθοδολογικής μελέτης.[10]
ΟΈριχ φονΧολστ, που επίσης εργαζόταν πάνω στο θέμα τη δεκαετία του 1930, πέτυχε μεγάλη αποτελεσματικότητα και ρεαλισμό στο έργο τουμε ορνιθόπτερα που τροφοδοτούνταν από λαστιχάκια. Ίσως πέτυχε την πρώτη επιτυχία ενός ορνιθοπτέρου με λυγισμένη πτέρυγα, με σκοπό να μιμηθεί πιο έντονα τα πτυσσόμενα φτερά των πτηνών, ανκαιδεν διέθετε πραγματικά μεταβλητό άνοιγμα φτερών όπως συμβαίνει μετα πτηνά.[11]
Περίπου το 1960, οΠέρσιβαλ Σπένσερ πέταξε με επιτυχία μια σειρά μη επανδρωμένων ορνιθοπτέρων χρησιμοποιώντας κινητήρες εσωτερικής καύσης με εκτόπισμα που κυμαινόταν από 0,33 έως 13,11 κυβικά εκατοστά (0,020 έως 0,80 κυβικές ίντσες), και άνοιγμα φτερών έως 2,4 μέτρα (8 πόδια).[12]Το 1961, ο Πέρσιβαλ Σπένσερ καιο Τζάκ Στέφενσον πέταξαν μετο πρώτο επιτυχημένο ορνιθόπτερο με κινητήρα, γνωστό και ως Spencer Orniplane.[13]Το Orniplane είχε άνοιγμα φτερών 2.300 χιλιοστών (90,7 ίντσες), είχε βάρος 3,4 κιλών (7,5 λίβρες), και τροφοδοτούνταν από δίχρονο κινητήρα εκτοπίσματος 5,7 κυβικών εκατοστών (0,35 κυβικές ίντσες). Είχε διάταξη διπλάνου, γιανα μειωθεί η ταλάντωση στην άτρακτο του.[14]
ΟΌτο Λίλιενταλ στις 16 Αυγούστου 1894 μετοkleiner Schlagflügelapparatτου.
Τα επανδρωμένα ορνιθόπτερα χωρίζονται σε δύο γενικές κατηγορίες: Αυτά που τροφοδοτούνται από τη μυϊκή δύναμη του κυβερνήτη τους (ανθρωποκίνητα ανεμόπτερα), και αυτά που τροφοδοτούνται από κινητήρα.
Περίπου το 1894, οΌτο Λίλιενταλ, πρωτοπόρος της αεροπορίας, έγινε γνωστός στηΓερμανίαγια τις ευρέως δημοσιοποιημένες και επιτυχείς πτήσεις τουμεανεμόπτερα. Ο Λίλιενταλ μελέτησε ακόμη το πέταγμα των πτηνών και πραγματοποίησε μερικά σχετικά πειράματα. Κατασκεύασε ένα ορνιθόπτερο, ανκαιη πλήρης ανάπτυξη του διακόπηκε απροσδόκητα μετον θάνατό του στις 9 Αυγούστου 1896 σε ατύχημα με ανεμόπτερο.[15]
Το 1929, οΑλεξάντερ Λίπις (σχεδιαστής τουMe163 Komet) σχεδίασε ένα ανθρωποκίνητο ορνιθόπτερο το οποίο πέταξε σε απόσταση 250 με 300 μέτρα μετά από εκτόξευση μέσω ρυμούλκυσης. Μιας και χρησιμοποιήθηκε αυτή η μέθοδος απογείωσης, πολλοί διερωτήθηκαν αντο αεροσκάφος είχε τη δυνατότητα να πετάξει μόνο του. Ο Λίπις ισχυρίστηκε πως το αεροσκάφος πετούσε, και πως δεν πραγματοποιούσε εκτεταμένη αιώρηση. (Ακριβής μέτρηση του υψομέτρου και της ταχύτητας του αεροσκάφους χρειάζονται γιανα δωθεί απάντηση στο ερώτημα αυτό.) Τα περισσότερα μεταγενέστερα ανθρωποκίνητα ορνιθόπτερα χρησιμοποίησαν τη μέθοδο της εκτόξευσης μέσω ρυμούλκυσης, καιτο πέταγμα τους ήταν σύντομο επειδή η ανθρώπινη μυϊκή δύναμη ελλατώνεται γρήγορα στον χρόνο.[16]
Το 1968, οΆνταλμπερτ Σμιντ πραγματοποίησε μια κατά πολύ μεγαλύτερη πτήση με ανθρωποκίνητο ορνιθόπτερο στοΜόναχο-Λάιμ. Πέταξε σε απόσταση 900 μέτρων, σε ύψος 20 μέτρων στη μεγαλύτερη διάρκεια της πτήσης. Αργότερα, τοποθετήθηκε στο αεροσκάφος κινητήρας μοτοποδηλάτου Sachs 3 αλόγων (2,2 kW). Μετον κινητήρα, πραγματοποίησε πτήσεις έως και 15 λεπτά σε διάρκεια. ΟΣμιντ κατασκεύασε αργότερα ορνιθόπτερο 10 αλόγων (7,5 kW) βασισμένο στο υδροπλάνο Grunau-Baby IIa, το οποίο πέταξε για πρώτη φορά το 1947. Το δεύτερο αεροσκάφος διέθετε εξωτερικά πλαίσια πτερύγων που κινούνταν.[17]
Το 2005, οΥβ Ρουσσώ απέκτσε το Δίπλωμα Πωλ Τισαντιέρ, το οποίο του απονεμήθηκε από τηΔιεθνή Ομοσπονδία Αεροναυτικής (FAI) γιατη συνεισφορά τουστον χώρο της αεροπορίας. Ο Ρουσσώ πραγματοποίησε την πρώτη προσπάθεια για πτήση που στηριζόταν στους ανθρώπινους μύες με πτέρυγες που φτερουγίζουν το 1995. Στις 20 Απριλίου 2006, στην 212η προσπάθεια του, κατάφερε να πετάξει για 64 μέτρα, και καταγράφηκε από τις επίσημες αρχές της Γαλλικής Αερολέσχης. Στη 213η προσπάθεια που επιχείρησε μια ριπή ανέμου έσπασε την πτέρυγα, προκαλώντας τον σοβαρό τραυματισμό του, αφήνοντας τονπαραπληγικό.[18]
Μία ομάδα στοΙνστιτούτο Αεροδιαστημικών Σπουδών του Πανεπιστημίου του Τορόντο, με επικεφαλής τονΚαθηγητήΤζέιμς Ντελωριέ, εργάστηκε για πολλά χρόνια σε επανδρωμένα ορνιθόπτερα με κινητήρα. Τον Ιούλιο του 2006, στο Αεροδρόμιο Μπομπάρντιερ (Bombardier) στοΝταουνσβιού Παρκ (Downsview Park) τουΤορόντο, η μηχανή του Καθηγητή Ντελωριέ, ηUTIAS Ornithopter No.1 πραγματοποιήσε απογείωση υποβοηθούμενη από αεριώθηση και πτήση 14 δευτερολέπτων. Σύμφωνα μετον Ντελωριέ,[19]η αεριώθηση ήταν αναγκαία γιανα πραγματοποιηθεί σταθερή πτήση, αλλά η κίνηση των πτερύγων δεν λειτούργησε στο μεγαλύτερο μέρος της πτήσης.[20]
Στις 2 Αυγούστου 2010, οΤοντ Ράιχερττου Ινστιτούτου Αεροδιαστημικών Σπουδών του Πανεπιστημίου του Τορόντο χειρίστηκε ανθρωποκίνητο ορνιθόπτερο μετο όνομα Snowbird. Με άνοιγμα φτερών 32 μέτρων (105 πόδια) και βάρος 42 κιλών (93 λίβρες) το αεροσκάφος ήταν κατασκευασμένο από ανθρακονήματα, αρμό και αφρολέξ. Ο κυβερνήτης καθόταν σε μικρό πιλοτήριο το οποίο κρεμόταν κάτω από τις πτέρυγες και τραβούσε μια μπάρα μετα πόδια τουγιανα χειριστεί το σύστημα καλωδιώσεων που κινούσαν τις πτέρυγες πάνω και κάτω. Αφού ελκύθηκε από αυτοκίνητο μέχρι να απογειωθεί, στη συνέχεια πραγματοποίησε σταθερή πτήση για περίπου 20 δευτερόλεπτα. Πέταξε για 145 μέτρα με μέση ταχύτητα 25,6 χλμ/ώρα (7,1 μ/δ).[21] Παρόμοιες πτήσεις με αυτή τη μέθοδο απογείωσης πραγματοποιήθηκαν στο παρελθόν, αλλά η βελτιωμένη δυνατότητα συλλογής δεδομένων απέδειξε πως το ορνιθόπτερο είχε τη δυνατότητα να πετάξει μόνο του όταν θα βρισκόταν στον αέρα.[22]
Οι πρακτικές εφαρμογές αξιοποιούν την ομοιότητα μετα πτηνά ή τα έντομα. Το Τμήμα Άγριας Ζωής τουΚολοράντο χρησιμοποιεί τα ορνιθόπτερα γιανα βοηθήσει στη διάσωση τωνυπο εξαφάνισησοφών περδικών Gunnison. Ένα τεχνητό γεράκι υπό τον έλεγχο ενός χειριστή κάνει τις πέρδικες να παραμένουν στο έδαφφος ώστε αυτές να ληφθούν για μελέτη.
Μιας καιτα ορνιθόπτερα κατασκευάζονται γιανα αναπαριστούν πτηνά ή έντομα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε στρατιωτικές εφαρμογές όπως ηεναέρια παρατήρηση χωρίς οι εχθροί να καταλάβουν πως βρίσκονται υπό επιτήρηση. Πολλά ορνιθόπτερα πέταξαν διαθέτοντας βιντεοκάμερες πάνω τους, και μερικά μπορούν να αιωρηθούν καινα ελιχθούν σε μικρές περιοχές. Το 2011, η AeroVironment, Inc. παρουσίασε ένα τηλεχειριζόμενο ορνιθόπτερο το οποίο αναπαριστά ένα τεράστιο κολιμπρί για πιθανές κατασκοπευτικές αποστολές.[23]
Η AeroVironment, Inc., τότε υπό την καθοδήγηση τουΠωλ Μακκρίντι (Gossamer Albatross) ανέπτυξε στα μέσα της δεκαετίας του 1980, γιατοΙνστιτούτο Σμιθσόνιαν, μια ραδιοελεγχόμενη ρέπλικα μισής κλίμακας του γιγαντιαίου πτερόσαυρου, Quetzalcoatlus northropi. Κατασκευάστηκε γιανα συμμετάσχει στην ταινία On the Wing της IMAX. Το μοντέλο αυτό έχει άνοιγμα φτερών 5,5 μέτρων (18 πόδια) και διαθέτει ένα περίπλοκο μηχανογραφημένο σύστημα αυτόματου πιλότου, όπως ο αυθεντικός πτερόσαυρος στηριζόταν στο νευρομυικό σύστημα τουγιανα πραγματοποιεί συνεχείς τροποποιήσεις στο πέταγμα του.[24][25][26]
Το 2002, η Κρίστερ ΒολφκαιοΠέτερ ΝόρντιντουΠανεπιστημίου Τεχνολογίας Σάλμερςστη Σουηδία, κατασκεύασαν ένα ρομπότ με κινούμενες πτέρυγες το οποίο έμαθε τις τεχνικές πετάγματος.[29]Η κατασκευή από ξύλομπάλσας καθοδηγείται από τεχνολογία λογισμικούμηχανικής μάθησης γνωστή και ως σταθερός γραμμικός εξελικτικός αλγόριθμος. Εμπνευσμένο από τη φυσική εξέλιξη, το λογισμικό «εξελίσσεται» ως απάντηση στα σχόλια του πόσο καλά λειτούργησε σε ένα έργο. Ανκαι περιορίζεται ως εργαστηριακή συσκευή, το ορνιθόπτερο τους ανέπτυξε συμπεριφορά γιατην απόκτηση δύναμης άνωσης και οριζόντιας κίνησης.[30]
Από το 2002, ο Καθηγητής Τέο φαν Χόλτεν εργάζεται πάνω σε ένα ορνιθόπτερο το οποίο κατασκευάζεται ως ελικόπτερο. Η συσκευή ονομάζεται ορνικόπτερο[31]και φτιάχτηκε μέσω της κατασκευής του κυρίως στροφείου ούτως ώστε ναμην έχει καθόλου ροπή αντίδρασης.
Το 2008, τοΑεροδρόμιο Σχίπχολ άρχισε να χρησιμοποιεί ένα ρεαλιστικής όψης μηχανικό γεράκι σχεδιασμένο από τον ιερακοτρόφο Ρόμπερτ Μούστερς. Το ραδιοελεγχόμενο πτηνό ρομπότ χρησιμοποιείται γιανα τρομάχει τα πουλιά ώστε αυτά να φεύγουν μακριά από τους κινητήρες των αεροπλάνων τους οποίους μπορούν να καταστρέψουν.[32]
Τον Μάρτιο του 2011, επιστήμονες και μηχανικοί από το Δίκτυο Βιονικής Μάθησης Festo παρουσίασαν ένα ρομποτικό SmartBird, βασισμένο στην κίνηση του γλάρου.[33]Το SmartBird ζυγίζει μόνο 450 γραμμάρια και ελέγχεται από ραδιοχειριστήριο. Σε εικόνα το πέταγμα του φαίνεται αξιοσημείωτα ρεαλιστικό.
Το 2014, ηClear Flight Solutions, υποτμήμα τουΠανεπιστημίου του Τβέντε, άρχισε αν κατασκευάζει τεχνητά αρπακτικά πτηνά (ονομαζόμενα Robird) για αεροδρόμια, καλλιέργειες και χώρους διαχείρισης απορριμάτων.[34]
Οιχομπίστες μπορούν να κατασκευάσουν καινα πετάξουν τα δικά τους ορνιθόπτερα. Αυτά εκτείνονται από ελαφροβαριά μοντέλα τροφοδοτούμενα από λαστιχάκια έως μεγαλύτερα με τηλεχειρισμό.
Τα μοντέλα με λαστιχάκια μπορούν να είναι σχετικά απλά σε σχεδιασμό και κατασκευή. Οι χομπίστες συναγωνίζονται για τους μεγαλύτερους χρόνους πτήσης μετα μοντέλα αυτά. Ένα εισαγωγικό μοντέλο μπορεί να είναι σχετικά απλό σε σχέδιο και κατασκευή, αλλά τα μοντέλα μεγάλου ανταγωνισμού είναι εξαιρετικά ευπαθή και προκλητικά στην κατασκευή. Ο Ρόι Γουάιτ κατέχει το εθνικό ρεκόρ των Ηνωμένων Πολιτειών για εσωτερική πτήση σκάφους με λαστιχάκια, με χρόνο 21 λεπτών και 44 δευτερολέπτων.[35]
Τα εμπορικά ορνιθόπτερα παιχνίδια ελεύθερης πτήσης τροφοδοτούμενα από λαστιχάκια κυκλοφορουν εδώ και πολλά χρόνια. Το πρώτο από αυτά πωλήθηκε μετο όνομα Tim Birdστο Παρίσι το 1879.[36]Τα μεταγενέστερα μοντέλα πωλήθηκαν επίσης ως Tim Bird (κατασκευασμένα από τονΓκιντε Ρουιμπέκε στη Γαλλία, από το 1969).
Τα εμπορικά τηλεχειριζόμενα μοντέλα ξεκινώντας από τα μηχανοκίνητα Seagulls του Πέρσιβαλ Σπένσερ, που αναπτύχθηκαν περίπου το 1958, καιτο έργο τουΣεν Κινκέιντ από τα τέλη της δεκαετίας του 1990 έως και τις μέρες μας. Οι πτέρυγες κινούνται συνήθως από ηλεκτρικό κινητήρα. Πολλοί χομπίστες πειραματίζονται μετα δικά τους νέα σχέδια και μηχανισμούς. Η ευκαιρία διάδρασης με πραγματικά πτηνά καιη κτήση τους πάνω σε αυτά προσθέτει περισσότερη ευχαρίστηση σε αυτό το χόμπι. Τα πτηνά είναι συνήθως περίεργα και ακολουθούν ή εξερευνούν το σκάφος καθώς αυτό πετά. Σε ελάχιστες περιπτώσεις, τα τεχνητά πτηνά δέχθηκαν επιθέσεις από αρπακτικά πτηνά, κοράκια ακόμη καιγάτες. Ταπιο πρόσφατα φθηνά μοντέλα όπως τοDragonfly της WowWee επεκτάθηκε από την αγορά για τους προσηλωμένους χομπίστες στη γενική αγορά παιχνιδιών.[37]
Τα ορνιθόπτερα είναι επίσης πεδίο ενδιαφέροντος στηνΟλυμπιάδα Επιστήμης. Το συμβάν απαιτεί τη χρήση ενός κτιρίου όπου τα αυτοκινούμενα ορνιθόπτερα ώστε να εξεταστούν τα χαρακτηριστικά τους. Οι πόντοι δίνονται στον μεγαλύτερο χρόνο πτήσης καιτο χαμηλότερο βάρος. Εάν το ορνιθόπτερο μοιάζει με πραγματικό πτηνό τότε του απονέμονται βαθμοί μπόνους.[38]
Όπως φαίνεται και από τα πτηνά, οι κινούμενες πτέρυγες προσφέρουν δυνητικά πλεονεκτήματα στους ελιγμούς καιτην εξοικονόμηση ενέργειαςσε σύγκριση μετα αεροσκάφη σταθερών πτερύγων, καθώς καισε πιθανή κάθετη προγείωση ή απογείωση. Θεωρήθηκε πως αυτά τα πλεονεκτήματα είναι μεγαλύτερα σε μικρά μεγέθη και μικρές ταχύτητες πτήσης.[39]
Εν αντιθέσει μετα αεροπλάνα καιτα ελικόπτερα, οι κινούμενες αεροτομέςτων ορνιθοπτέρων έχουν κίνηση φτερουγίσματος ή ταλάντωσης, αντί για περιστροφική. Όπως συμβαίνει καιμετα ελικόπτερα, οι πτέρυγες έχουν συνήθως μια συνδυασμενη λειτουργία που παρέχει τόσο άνωση όσο καιώθηση. Θεωρητικά, οι κινούμενες πτέρυγες μπορούν να τεθούν σε μηδενική γωνία προσβολής κατά την ανοδική κίνηση, και έτσι προχωρά με ευκολία στον αέρα. Μιας και τυπικά οι κινούμενες αεροτοτμές παράγουν τόσο άνωση όσο και ώθηση, οι δομές που προκαλούν αντίσταση είναι περιορισμένες. Αυτά τα δύο πλεονεκτήματα επιτρέπουν μεγαλύτερο βαθμό αποτελσματικότητας.[40]
Έαν τα μελλοντικά επανδρωμένα ορνιθόπτερα με κινητήρες παύσουν να είναι «εξωτικά», φανταστικά, καιμη ρεαλιστικά αεροσκάφη και ξεκινήσουν να εξυπηρετούν ανθρώπους ως τα μικρά μέλη της οικογένειας των αεροσκαφών, οι σχεδιαστές καιοι μηχανικοί θα χρειαστεί να λύσουν όχι μόνο τα προβλήματα σχεδιασμού των πτερύγων αλλά και πολλά άλλα προβλήματα συμπεριλαμβανομένων καιτων διαδικασιών γιανατα κάνουν ασφαλή και αξιόπιστα αεροσκάφη. Μερικά από αυτά τα προβλήματα, όπως η σταθερότητα, η δυνατότητα ελέγχου, καιη αντοχή, είναι συμφυή σε όλα τα αεροσκάφη. Άλλα προβλήματα ειδικά για ορνιθόπτερα, θα εμφανιστούν. Η βελτιστοποίηση του σχεδιασμού των κινούμενων πτερύγων είναι μόνο ένα από αυτά.
Ένα αποτελεσματικό ορνιθόπτερο πρέπει να διαθέτει πτέρυγες μετη δυνατότητα παραγωγής τόσο ώθησης, της δύναμης που κινεί το σκάφος μπροστά, καιάνωσης, της δύναμης (κάθετη στη διεύθυνση της πτήσης) η οποία κρατά το σκάφος στον αέρα. Αυτές οι δυνάμεις πρέπει να είναι αρκετά ισχυρές ώστε να αντιμετωπίσουν τα φαινόμενα της αντίστασηςκαιτου βάρους του σκάφους.[41]
Τα σχέδια ορνιθοπτέρων του Λεονάρντο εμπνεύστηκαν από τη μελέτη που πραγματοποίησε στα πτηνά, και συνέλαβε τη χρήση της κίνησης του φτερουγίσματος γιανα δημιουργηθεί άνωση καθώς καινα παρέχει εμπρόσθια κίνηση η οποία είναι αναγκαία γιατην αεροδυναμική άνωση. Ωστόσο, η χρήση υλικών την εποχή εκείνη θα έκανε το αεροσκάφος πολύ βαρύ καιθα απαιτούνταν αρκετή ενέργεια γιανα παραχθεί επαρκής άνωση ή ώθηση γιατην πτήση. Ο Αλφόνς Πενώ παρουσίασε την ιδέα ενός μηχανοκίνητου ορνιθόπτερου το 1874. Το μοντέλο του είχε περιορισμένη ισχύ και ήταν μη ελεγχόμενο, κάτι που οδήγησε στη μετατροπή τουσε παιδικό παιχνίδι.[42]Σεπιο πρόσφατα οχήματα, όπως τα ανθρωποκίνητα ορνιθόπτερα του Λίπις (1929) καιτου Έμιλ Χάρτμαν (1959), ήταν πρακτικά ανεμόπτερα, αλλά χρειαζόταν ένα όχημα νατα ελκύσει ώστε να απογειωθούν και ίσως γιανα αποκτήσουν επαρκή άνωση για σταθερή πτήση. Το ορνιθόπτερο του Χάρτμαν υστερούσε το θεωρητικό υπόβαθρο των άλλων με βάση τη μελέτη της πτήσης με πτέρυγες, αλλά διευκρίνιζε την ιδέα ενός ορνιθοπτέρου ως μηχανή σε σχήμα πτηνού παρά ως μηχανή που αντιγράφει τη μέθοδο πετάγματος των πτηνών.[43][44]Η δεκαετία του 1960 είδε τα μηχανοκίνητα μη επανδρωμένα ορνιθόπτερα διάφορων μεγεθών να πετυχαίνουν σταθερή πτήση, παρέχοντας πολύτιμα πραγματικά παραδείγματα της πτήσης με μηχανικές πτέρυγες. Το 1991, οι Χάρις και Ντελωριέ πέταξαν μετο πρώτο επιτυχημένο τηλεχειριζόμενο ορνιθόπτερο στο Τορόντο του Καναδά. Το 1999, πέταξε ένα επανδρωμένο ορνιθόπτερο που βασίστηκε σε αυτό το σχέδιο, μετη δυνατότητα απογείωσης από το επίπεδο της γης και της εκτέλεσης σταθερής πτήσης.[43]
Οι κινούμενες πτέρυγες ενός ορνιθοπτέρου καιη κίνηση τους διαμέσω του αέρα σχεδιάζονται γιανα μεγιστοποιήσουν την ποσότητα άνωσης που δημιουργείται εντός των ορίων του βάρους, της αντοχής των υλικών και της μηχανικής περιπλοκότητας. Ένα ευέλικτο υλικό στην πτέρυγα μπορεί να αυξήσει την αποτελεσματικότητα ενώ διατηρεί τον μηχανισμό κίνησης απλό. Σε σχέδια πτερύγων μετον δοκό επαρκώς πιο μπροστά από την αεροτομή όπου το αεροδυναμικό κέντρο είναι πίσω από τον ελαστικό άξονα της πτέρυγας, η αεροελαστική παραμόρφωση κάνει την πτέρυγα να κινηθεί κατά κάποιο τρόπο κοντά στην ιδανική του αποτελεσματικότητα (στην οποία η γωνίες ρίψης καθυστερούν τις βυθίσεις της μετατόπισης κατά περίπου 90 μοίρες.)[45]Οι κινούμενες πτέρυγες αυξάνουν την αντίσταση καιδεν είναι τόσο αποτελεσματικές όπως τα αεροσκάφη με έλικες. Μερικά μοντέλα επιτυγχάνουν βελτιωμένη αποτελεσματικότητα εφαρμόζοντας περισσότερη ισχύ στην καθοδική κίνηση παρά στην ανοδική, όπως κάνουν καιτα περισσότερα πτηνά.[42]
Με σκοπό την επίτευξη της επιθυμητής ευελιξίας καιτου ελάχιστου βάρους, οι μηχανικοί καιοι ερευνητές πειραματίστηκαν με πτέρυγες που χρειάζονται ίνες άνθρακα, κόντρες πλακέ, ύφασμα και ραβδώσεις, με δύσκαμπτες πλευρές ισχυρής έλκυσης.[45] Οποιαδήποτε μάζα τοποθετημένη πίσω από το ουραίο πτέρωμα μειώνει την επίδοση του αεροσκάφους, έτσι τα ελαφρά υλικά καιτο κενό διάστημα χρησιμοποιούνται όπου είναι δυνατό. Γιατην ελαχιστοποίηση της αντίστασης καιτη διατήρηση του επιθυμητού σχεδίου, η επιλογή υλικού γιατην επιφάνεια της πτέρυγας είναι εξίσου σημαντική. Στα πειράματα του Ντελωριέ, μια ομαλή αεροδυναμική επιφάνεια με αεροτομή διπλής επιφανείας είναι πιο αποτελεσματική στην παραγωγή άνωσης παρά μια αεροτομή απλής επιφανείας.
Άλλα ορνιθόπτερα δεν λειτουργούν απαραίτητα όπως τα πτηνά ή οι νυχτερίδες εν πτήσει. Κατά κανόνα τα πτηνά καιοι νυχτερίδες έχουν λεπτά και κυρτά φτερά γιανα δημιουργούν άνωση και ώθηση. Τα ορνιθόπτερα με λεπτότερες πτέρυγες έχουν περιορισμένη γωνία προσβολής αλλά έχουν τη δυνατότητα για επιδόσεις μειωμένης αντίστασης γιατον συντελεστή της απλής άνωσης.[46]
Ανκαιτακολιμπρία πετούν μετα φτερά τους πλήρως ανοιχτά, μια τέτοιου είδους πτήση δεν είναι δυνατή σε ένα ορνιθόπτερο. Εάν μια πτέρυγα ορνιθοπτέρου εκτεινόταν πλήρως, περιστρεφόταν και φτερούγιζε σε μικρές κινήσεις θα προκαλούσε απώλειες ισορροπίας, καιαν χρειαζόταν να περιστραφεί καινα φτερουγίσει με πολύ μεγάλες κινήσεις, θα λειτουργούσε ως ανεμόμυλος προκαλώντας μη αποτελεσματική πτητική κατάσταση.[47]
Μια ομάδα μηχανικών και ερευνητών μετο όνομα "Fullwing" δημιούργησε ένα ορνιθόπτερο το οποίο είχε μέση άνωση σε 8 λιβρών, και 0,88 λίβρες μέσης ώθησης, με προωθητική αποτελσματικότητα 54%.[45]Οι πτέρυγες δοκιμάστηκαν σε αεροδυναμικές σήραγγες με χαμηλή ταχύτητα μετρώντας τις αεροδυναμικές επιδόσεις, αποδεικνύοντας πως όσο μεγαλύτερη ήταν η συχνότητα του χτύπου της πτέργυας, τόσο υψηλότερη καιη μέση ώθηση του ορνιθόπτερου.
↑«Human-Powered Ornithoper Flight in Flapping Wings». The Ornithopter Zone Newsletter. Φθινόπωρο 2010.
↑«HPO Team News». hpo.ornithopter.net. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 13 Απριλίου 2016. Ανακτήθηκε στις 30 Μαρτίου 2017.CS1 maint: Unfit url (link)
↑Creation of a learning, flying robot by means of Evolution In Proceedings of the Genetic and Evolutionary Computation Conference, GECCO 2002 (pp. 1279–1285). New York, 9–13 July 2002. Morgan Kaufmann. Awarded "Best Paper in Evolutionary Robotics" at GECCO 2002.
↑«TU Delft - Ornicopter Project». www.tudelft.nl. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 25 Μαΐου 2006. Ανακτήθηκε στις 30 Μαρτίου 2017.CS1 maint: Unfit url (link)
↑«FLYING HIGH: Bird Man». Scientific American Frontiers Archive. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 10 Φεβρουαρίου 2007. Ανακτήθηκε στις 31 Μαρτίου 2017.CS1 maint: Unfit url (link)
Chronister, Nathan. (1999). The Ornithopter Design Manual. Published by The Ornithopter Zone.
Mueller, Thomas J. (2001). "Fixed and flapping wing aerodynamics for micro air vehicle applications". Virginia: American Inst. of Aeronautics and Astronautics. ISBN 1-56347-517-0
Azuma, Akira (2006). "The Biokinetics of Flying and Swimming". Virginia: American Institute of Aeronautics and Astronautics 2nd Edition. ISBN 1-56347-781-5.
Warrick, Douglas, Bret Tobalske, Donald Powers, and Michael Dickinson. "The Aerodynamics of Hummingbird Flight." American Institute of Aeronautics and Astronautics 1–5. Web. 30 Nov 2010.
Crouch, Tom D. Aircraft of the National Air and Space Museum. Fourth ed. Lilienthal Standard Glider. Smithsonian Institution, 1991.
Bilstein, Roger E. Flight in America 1900–1983. First ed. Gliders and Airplanes. Baltimore, Maryland: Johns Hopkins University Press, 1984. (pages 8–9)
Crouch, Tom D. Wings. A History of Aviation from Kites to the Space Age. First ed. New York: W.W. Norton & Company, Inc., 2003. (pages 44–53)
Anderson, John D. A history of aerodynamics and its impact on flying machines. Cambridge: United Kingdom, 1997.
Πολυμέσα σχετικά 