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.