Vliegende liggers

[Roepers]

met deze ligfiets heb ik geen vlaggetje nodig https://www.dumpert.nl/?selectedId=100138841_da7e436a

Dat deed mij denken aan oude playlist van het Daedelusproject die ik ooit had opgeslagen. Helaas is de eerste video nu geblokkeerd vanwege copyrightsschendingen maar de andere staan  nog op YouTube.




Het project heet zo omdat er mens aangedreven mee gevlogen is van Kreta naar het Griekse vasteland. Petje af

Volgens mij is er ook nog een mensaangedreven helicopter gebouwd, maar is het daarna stil geworden rond deze mens aangedreven vliegmachines. Alles moet nu elektrisch worden, denk ik.

Groet,

Marco

[Roepers]

En hier is de mens aangedreven helicopter:

Dit zijn toch leuke projecten? De droom om metgewoon spierkracht wat te kunnen bereiken. Ik vroeg mij af in hoeverre de golf aan elektrisch aangedreven voertuigen (door lithium-ion batterij) dit soort projecten de wind uit de zeilen heeft genomen. Ik denk dat het beperken van  elektrische consumptie nog steeds erg belangrijk is en dat we misschien maar moeten terug keren naar de zuivere menselijke spierkracht als krachtbron.

Groet,

Marco

[365cycle]

Dit zijn toch leuke projecten? De droom om metgewoon spierkracht wat te kunnen bereiken. Ik vroeg mij af in hoeverre de golf aan elektrisch aangedreven voertuigen (door lithium-ion batterij) dit soort projecten de wind uit de zeilen heeft genomen. Ik denk dat het beperken van  elektrische consumptie nog steeds erg belangrijk is en dat we misschien maar moeten terug keren naar de zuivere menselijke spierkracht als krachtbron.

Het zijn zeker leuke projecten! Ik had echter al een sterk vermoeden waarom dit soort projecten meestal stil vallen en ben er gisteravond eens een beetje op gaan rekenen.

Helaas werd m'n post echt te lang (jullie weten, dat vind ik niet snel), te gedetailleerd, te natuurkundig om helemaal uit te werken en ik had er ook geen tijd voor, maar hier de korte samenvatting: 
Het is supergaaf natuurlijk, zeker om te proberen. Echter is in de lucht blijven niet gratis; het kost kracht. 
Vooruit komen in een velomobiel is qua snelheid al zeer beperkt; kortgeleden reden Arend-Jan en ik allebei een klein uurtje gemiddeld rond de 60 km/h (hij net erboven, ik een stuk eronder). Aan mijn fiets viel technisch nog best wat te verbeteren om er nog een beetje meer uit te peuteren, laten we er even vanuit gaan dat ik met iets betere aerodynamica ook gewoon 60 km/h kan rijden in plaats van 55,nogiets, en in de race trapte ik 324W, maar mijn FTP stellen we voor deze gelegenheid nog een stuk naar boven bij op 400W (als ik er echt mee van A naar B kan vliegen heb ik er wel een kuurtje EPO voor over  ).

In mijn berekening heb ik geen rolweerstand gebruikt (ik ging er even vanuit dat we niet hoeven opstijgen).
Totaalmassa zonder vleugels had ik vastgesteld op 110 kg. Er moeten twee enorme vleugels en een propeller aan, maar een groot aangedreven achterwiel, lange ketting, versnellingen en een bandenpomp hebben we verder niet meer nodig, dus het voertuig wordt iets lichter. Ik heb de gepubliceerde aerodynamische gegevens van de Milan SL gebruikt (Querschnittsfläche A: 0.41m2, Cw-Wert: 0.076). Ik denk dat die aerodynamisch iets beter is dan de Tuna, maar wilde optimistisch blijven.

Vleugelontwerp
Hier wordt het al ingewikkeld: we willen een vleugel die zo min mogelijk luchtweerstand veroorzaakt, maar in ruil daarvoor ons wel zoveel mogelijk lift oplevert. Vliegtuigen hebben allerlei verschillende vormen vleugels om ze andere eigenschappen te geven, maar neem even van me aan dat een elliptische vleugel aerodynamisch erg efficiënt is.
Ik heb ooit eens naar het ontwerp van een oud vliegtuig zitten kijken, de Cl daarvan lag eenmaal in de lucht rond de 0,6 bij een vleugeloppervlak van 25 m2 (bij opstijgen rond de 2).

Op basis van de formule voor lift, gevoed met het gewicht, vleugeloppervlak en lift-coëfficient (Cl) kan je dan de minimumsnelheid om in de lucht te blijven berekenen:


110 * 9,8 = 0,5 * 1,225 * V * V * 25 * 0,6 
1078 = 0,6125 * V * V * 15
V = sqrt (1078 / 15 / 0,6125) = sqrt (117,3) = 10,83 ms = 39 km/h

Om te kunnen blijven vliegen met die enorme vleugels MOETEN we dus boven de 39 km/h blijven. Laten we voor veiligheid en comfort even een snelheid van 54 km/h aanhouden, dat is 15 ms. 

Dan het frontaal oppervlak van die vleugels: Dat is rond de 2 m2. De stroomlijn is echter wel weer erg goed, dus laten we er gemakshalve even vanuit gaan dat de Cd * A van onze velomobiel met vleugels verdubbelt.
Dan moeten we nog iets hebben om ook daadwerkelijk vermogen over te brengen. Ik nam een propeller op om het getrapte vermogen om te zetten, en er even vanuit gaan dat die inclusief het omzetten van in de breedte roterende beweging naar in de lengte roterende beweging én aerodynamische verliezen een rendement van 85% heeft (dat is heel, heel hoog - de meeste propellers alleen al komen niet veel verder dan 80%).

Tot zover valt het allemaal nog heel erg mee; pak je de formules voor weerstand erbij, dan kom je voor de gewenste 54 km/h op slechts zo'n 250W getrapt vermogen. Dat trap ik gemakkelijk, houd ik zelfs meerdere uren vol.

Echter is er helaas ook nog het fenomeen geïnduceerde weerstand, en daarin zit het grootste deel van wat ervoor zorgt dat dit soort projecten waarschijnlijk nooit gaan resulteren in een human powered velomobile op velomobileworld.com.

Ik biets even het grafiekje voor geïnduceerde weerstand van de wiki-link:



Je ziet waarschijnlijk al wat hier mis gaat: de geïnduceerde weerstand is bij lage snelheden juist enorm. De sweetspot voor onze Flying Tuna lag zo rond de 25 m/s.
Waar ik in mijn berekening op uit kwam is dat ik de eerste ~30 seconden van onze vlucht meer dan 750W zal moeten trappen om op snelheid te komen, tot er voldoende lift is om van de grond te komen. Daarna is 400W nog aan de krappe kant om daadwerkelijk in de lucht te blijven, en tenzij het me lukt om dat gedurende een wat langere periode nog flink te verhogen (om te stijgen) zou ik dan dus geen moment kunnen verslappen. 

Wellicht valt het ontwerp nog wel een beetje te verbeteren waardoor ik ook zonder EPO-induced appelstroop in m'n bloedbaan zou kunnen vliegen, maar meer dan een onhandig groot stuk speelgoed zou dit voor mij nooit worden, en ik vrees dat ik daar niet alleen in ben.

PS: Dit is ook waarom ik gewoon niet geloof in elektrisch vliegen op lange afstand, ook niet op waterstof. Er is zo'n enorme bak vermogen nodig om te kunnen vliegen dat het onherroepelijk zorgt voor een flinke stijging van het gewicht, waardoor weer meer lift noodzakelijk is, waarvoor meer vermogen nodig is en/of waardoor het vliegtuig groter, steviger en zwaarder wordt, waardoor de benodigde lift weer stijgt... etcetera.

[blokdoorn]

De believers in elektrisch vliegen claimen dat de vooruitgang in batterijtechnologie dusdanig is dat de energiedichtheid groot genoeg wordt om hier tegen op te kunnen.

[365cycle]

De believers in elektrisch vliegen claimen dat de vooruitgang in batterijtechnologie dusdanig is dat de energiedichtheid groot genoeg wordt om hier tegen op te kunnen.

Zou mooi zijn als dat waar is, maar we hebben op dit moment dan nog geen enkel idee hoe. Beetje hetzelfde als met het oplossen van onze klimaatissues

[Fietsbennie]

Nog even Marco en gemiddelde persoon heeft een drone in een rugzak om zich voort te bewegen.
Een fatbike is dan zo 2025...


"Wowsers!"    goed weekend....

[Frutsel]

ook niet op waterstof.

Het voordeel van waterstof is dan weer dat hoe meer je meeneemt, hoe lichter je vliegtuig wordt 

[Roepers]

Nog even Marco en gemiddelde persoon heeft een drone in een rugzak om zich voort te bewegen.
Een fatbike is dan zo 2025...

Bestaat eigenlijk al en dan ook nog eens op menskracht. Parapente heet het. Ik moest even zoeken op het forum maar Martin van Mourik heeft het al eens genoemd.

Ik heb wel eens vaker van die videos met hpv fietsvliegtuigen voorbij zien komen, en wat me daarbij opgevallen is, is dat ze altijd een paar duwers nodig hebben om op gang te komen en dus niet zelfstandig kunnen opstijgen, dat ze alleen met zeer zwakke wind een beetje handelbaar zijn, en dat ze vrijwel altijd kapot gaan, met als gevolg een hele lading plastic, carbon en aluminium die weer zo de kliko in kan.

De meest effectieve manier om op menskracht te vliegen is denk ik met een parapente in de rugzag naar een goede startplek te klimmen, en dan op thermiek te vliegen. Hierin worden zelfs wedstrijdjes georganiseerd, bijvoorbeeld:
Une folle compétition de parapente et d’alpinisme en haute montagne
https://www.youtube.com/watch?v=4qh2iz3NQNc

Ook een goed weekend in Twent.

[365cycle]

Het voordeel van waterstof is dan weer dat hoe meer je meeneemt, hoe lichter je vliegtuig wordt 

Alleen als je het bij minder dan ongeveer 15 bar meeneemt, maar daar wordt het vliegtuig niet sneller van  
In de gemiddelde opslagtank in een auto is de druk 600-700 bar, bij vrachtwagens en bussen soms nog wel hoger, tot zo'n 1000 bar.
En dan weegt één m3 waterstof ineens zo'n 80 kilo. Vloeibaar meenemen kan ook nog (bij iets van 20 K geloof ik), maar dan wordt het bij lekkage wel echt een bende.

[Willeke_IGKT]

Zou trappers en propeller (en wat daar tussen zit) aan een zweefvliegtuig toevoegen en als een zweefvlieger omhoog getrokken worden iets zijn?

Dan kun je een groter bereik realiseren dan alleen zweven en ben je iets minder weer afhankelijk maar hoef je niet zelf op te stijgen.

Bij het zweefvliegveld waar ik regelmatig langs fiets worden de vliegtuigen vanaf de grond met een lier omhoog gebracht, niet met een gemotoriseerd vliegtuig.

[Roepers]

Zou je zo'n lier aan kunnen drijven met een enorme veer? En die veer wordt opgewonden met spierkracht via een enorme vertragende aandrijving, zeg maar, een sterk uitvergrote fietsaandrijving waarbij 10 minuten fietsen nodig is om het grote tandwiel 1 keer rond te laten draaien? Als je die veer opspant met trapperkracht dan worden zweefvliegtuigen menselijk aangedreven vliegtuigen.
  Goed idee, Willeke.

Groet,

Marco

[melle z]

Roepers, het leuke van natuurkunde is dat je dat allemaal uit kunt rekenen (aan natuurkunde heb je dan ook meer dan aan dromen als je wilt vliegen  )

[365cycle]

Zou je zo'n lier aan kunnen drijven met een enorme veer? En die veer wordt opgewonden met spierkracht via een enorme vertragende aandrijving, zeg maar, een sterk uitvergrote fietsaandrijving waarbij 10 minuten fietsen nodig is om het grote tandwiel 1 keer rond te laten draaien? Als je die veer opspant met trapperkracht dan worden zweefvliegtuigen menselijk aangedreven vliegtuigen.

Gaat het je er puur om dat er geen stroom of lithium aan te pas komt?

Met wat je voorstelt ben je je veer namelijk gewoon aan het gebruiken om getrapte energie in op te slaan. Ik denk dat je een stalen veer nodig gaat hebben om voldoende energie op te kunnen slaan én die over de gewenste afstand te kunnen verplaatsen, maar vrees dat dat minder efficiënt gaat zijn dan de laten we zeggen 75% rendement die je bij het juiste toerental van dynamo, accu en motor in optimale omstandigheden haalt.

Zou trappers en propeller (en wat daar tussen zit) aan een zweefvliegtuig toevoegen en als een zweefvlieger omhoog getrokken worden iets zijn?

Dit wilde ik toch nog even opzoeken. Je hebt zweefvliegtuigen die zelf kunnen starten (met een - vaak wegklapbare - motor), en zweefvliegtuigen die een motor hebben om de vlucht door te kunnen zetten zonder thermiek (zogeheten "turbo's"). In het eerste geval zie je vermogens van minimaal zo'n 60 kilowatt, heel fors dus. In het laatste geval gaat het echter nog altijd om minimaal zo'n 25 a 30 kilowatt, het vliegtuigtype dat ik ken heeft zelfs een hele lichte 40 kilowatt wankelmotor. 

Ik denk dat meetrappen het verschil niet echt gaat maken.

[Arend-Jan]

Jep, wij mensen zijn gewoon te zwak.

Laat die EPO-infused-appelstroop maar komen!

De hpv's (Human Powered Vliegtuigen) waarmee succesvol gevlogen is zijn allemaal heel fragiel en enorm gevoelig voor wind (en traag!) juist omdat ze maximaal geoptimaliseerd zijn op lift/drag rendement en minimale parasitaire verliezen. Die optimalisatie resulteert altijd in enorme vleugels (qua oppervlak en spanwijdte) en grote, langzaam draaiende propellers. Maar bij wind tegen betekent dat je lage airspeed dan een negatieve groundspeed oplevert (je vliegt dan dus achteruit, vanaf de grond gezien).
Ik schreef al dat ze traag zijn, de meeste vlogen 17-25 km/h, je kan dus beter gaan fietsen

Ik heb een poosje met RC vliegtuigen gespeeld, en met STOL-modellen en elektro-zwevers kan je bij stevige wind ook 'achteruit-vliegen'.

[Roepers]

Gaat het je er puur om dat er geen stroom of lithium aan te pas komt?

Ja, eigenlijk dat. Gewoon de goede oude mechanica en spierkracht. Misschien laat ik mij wel inspireren door de strontrace. Overigens denk ik dat die optimale omstandigheden wat betreft dynamo, Lithium-ion accu en elektromotor in combinatie met spierkracht niet helemaal haalbaar zijn en zou mijn veer misschien toch nog wat dichter in de buurt kunnen komen van het rendement van deze elektrische installatie.

Dat rekenen van Melle zou misschien nog wel op kunnen leveren dat je weet hoe lang je eerst moet fietsen om je zweefvliegtuig de lucht in te kunnen krijgen. 

Ik vrees dat dat tegen zou vallen.

Groet,

Marco

[Kapitein Bosui]

Gerelateerd aan dit onderwerp raad ik deze podcast aan, vanaf 31.41, waar het onder andere gaat over hoe je met de fiets zou kunnen 'vliegen'