Normální vrtulníky jsou efektivní stroje, ale s tím, jak se jejich velikost zmenšuje, stávají se nestabilními. Výzkumné pracovníky Evana Ulricha, Darrylla Pinese a Seana Humberta při hledání cesty, jak helikoptéry dál miniaturizovat, napadlo přiučit se od přírody. Jeden autorotací stabilizovaný systém, který částečně dovoluje i horizontální let, využívá strom javor mléč. Mechanické hračky vědců, inspirované plochým křídlem s nažkou, nyní zveřejnil odborný časopis Bioinspiration & biomimetice.
Pokusy, které stavbě robotických miniatur předcházely, byly poněkud úsměvné. Američané zpočátku jen pouštěli javorovou nažku z dvanácti metrů a zaznamenávali vše, co se jen dalo. Zjistili, že javorový vzor je tím pravým, neboť patří k těm nejúčinnějším letákům, které příroda stvořila. Jeho obdobou jsou dnes takzvané létací mikro-stroje monokoptery spadající do kategorie UAV – vzdušných strojů bez posádky. Na rozdíl od klasických vrtulníků, které mají rotor s vícero listy, mají tyto stroje jen jedno nosné křídlo a jejich letová dynamika je zcela odlišná, rotují celé okolo své osy (nemají stacionární referenční rámec). Přesto i u nich lze dráhu letu ovládat. Výzkumníci zhotovili tři prototypy robotických vrtulek ve velikostech od 7,5 centimetrů do 0,5 metru. Aby byly co nejlehčí, jsou z uhlíkatých vláken. Provedené letové testy prokázaly, že se dají řídit.
Myšlenka létat jen s jedním křídlem pochází z Evropy a je hodně vousatá. Téměř před sto lety stroj takového typu – Gyroptéru - navrhli Francouzi Alphonse Papin a Didier Rouilly. Přišli s myšlenkou v nevhodnou dobu mezi lety 1913–1914, v “předvečer” světového válečného konfliktu. Stroj si nechali patentovat. Tuto technickou novinku jako první tehdy otiskl časopis La Nature (1914) a v článku byl stroj popsán jako “gigantický bumerang”. Zdá se, že česká popularizace vědy na tom tehdy nebyla tak špatně.
Ve stejném roce kdy Francouzi gyroptéru navrhli, se o ní čtenáři mohli dočíst v časopisu Vynálezy a pokroky z nakladatelství F. Šimáček. Stál 20 haléřů a o tehdejším výkřiku techniky se v něm dalo zjisti prakticky všechno. Ve dvacátém čísle desátého ročníku je na stranách 308 – 311 v článku Pavla Beneše popis stroje, fotografie i schema. Našinec byl o tomto pětisetkilogramovém výdobytku lidského ducha "Letadle bumerang" informován dříve, než sami autoři stihli svůj výtvor v jiných zemích patentovat. Pro zajímavost přinášíme ukázku popisu technické novinky v tehdejší mluvě: “ Gyroptera Papin a Rouilly-ho jest dlouhé těleso, jehož střed otáčení tvoří kruhová loďka pro řidiče, která zůstane nehybná. ....V hlavě aparátu je rotační motor Le Rhone devítiválcový o 30HP.... Proud vzdušný je veden do křídla bumerangu a odváděn otvorem na jeho konci, kde má rychlost asi 100 metrů, za vteřinu odteče asi 7 metrů krychlových. Plocha křídla činí toliko 12 metrů čtverečných. Na fotografii schází, jak zřejmo srovnáním s obr. 3., rourovod vystupující od motoru a končící poblíž loďky. Ten jest určen k automatické regulaci karburátoru. Vzduch unikající ze skříně B do trubice proudí do zvláštního měchu, který mění svůj objem podle velikosti tlaku vzduchu a pohyb tento přenáší se páčkami na ústrojí, jímž se řídí přívod benzinu do karburátoru. Selže-li motor, padá gyroptera jako semeno sykomory”. Celý text ZDE.
Pokus uvést stroj do vzduchu selhal, údajně pro slabý výkon motoru. Při testu se zařízení rozklepalo, řidič stroj opustil a ten se potopil. Taková lapálie nemohla nadšené následovníky odradit. Úspěšnější byl Charles W. McCutchen, který svůj stroj nazval Charybdou a proletěl se s ním v roce 1952 nad jezerem Lake Placid. Byli i další experimentátoři jako například William Foshag a Joe Carter. S pokusničením nezůstala pozadu ani východní Evropa, její barvy hájili George Horvath z Maďarska, Sergej Vorabyjev a V. Najdovsky z Ruska. Byli i další entuziasté, jako například Francis Boreham s jeho "Buzzcopterem" z roku 1964 a Ken Willard s "Rotoriserem" (1984). Mezi ty úspěšnější se počítá i Ron Jesme (2002), který postavil první elektrický stroj tohoto typu. Zatím posledními v řadě monokopterníků jsou inženýři z Marylandu, kteří se orientovali na mini stroje. Jakkoliv jsou jejich výtvory titěrné, řešení s jedním křídlem má proti jiným kolmo startujícím strojům malých rozměrů jednu velkou přednost. Jsou extrémně „blbuvzdorné“ (termín samotných autorů). Pokud řízení nezvládnete, nebo se na stroji ve vzduchu něco pokazí, nic se neděje, jednoduše přistanou samorotací. Na těchto létacích strojích můžeme najít i další kladné vlastnosti – jsou mechanicky jednoduché a tudíž i levné, mají vysokou nosnost i dlouhou dobu letu, která se odvíjí od typu použité baterie a běžně se pohybuje okolo 30 minut.
Údajně má brzo vzniknout firma, která začne na tomto principu vyrábět hračky. Podle vize autorů by ale jejich produkty měly najít uplatnění i v serióznější branži. Po doplnění o satelitní navigaci má začít plnit úkoly 3D mapování objektů.
Další typy by měly více využívat autorotaci. Je totiž výhodná nejen při selhání motoru, kdy funguje jako padák, ale i jako aktivní letový prvek. Při autorotaci není potřeba k letu tolik síly, lze využít vertikální stoupavé proudy, které by takové zařízení udržely ve vzduchu prakticky neomezenou dobu. Poslední verze jsou již vybaveny kamerou, ta v důsledku rotace má záběr 360 stupňů. Poněkud zádrhelem je, že se celé zařízení točí zhruba 15krát za sekundu, ale s vhodným softvérem by toto spojení s kamerou i tak mělo umožnit aktivně stroji reagovat na případné překážky a vyhýbat se jim. Ze záběrů na videu je vidět, jak se ovladatelnost zdokonaluje. Již nyní je lepší, než jakou lze dosáhnout u klasických helikoptér nebo letadel v dané rozměrové kategorii a blíží se možnostem mikrodronů. Hlavní devizou těchto strojů jsou a budou jejich nepatrné rozměry a odolnost. Stroje s kamerou o hmotnosti několika gramů budou jistě zajímavé i jako "hračky" pro vojáky.
Monocopter
Podobnou hračku zkouší i firma Lockheed Martin. Tento třiceticentimetrový kousek se háže jako bumerang, nebo startuje klasicky z místa jako helikoptéra. Manevrovací schopnosti předvádí přistáním do určeného prostoru.
Prameny: Evan R. Ulrich, et al. “From falling to flying: the path to powered flight of a robotic
Technické detaily zde.
Vynálezy a pokroky, ročník X č. 20, nakladatelství F. Šimáček, Praha 1914
Diskuze:
