資訊科技

挑戰不可能的飛行

一架以人力驅動的巨型腳踏車直升機順利升空了,這項創舉跌破專家眼鏡!兩位年輕工程師化不可能為可能,抱走了25萬美元獎金。

撰文/努南(David Noonan)
翻譯/周坤毅

資訊科技

挑戰不可能的飛行

一架以人力驅動的巨型腳踏車直升機順利升空了,這項創舉跌破專家眼鏡!兩位年輕工程師化不可能為可能,抱走了25萬美元獎金。

撰文/努南(David Noonan)
翻譯/周坤毅

重點提要
■過去30年來,航空工程師嘗試建造能在空中飄浮超過一分鐘的人力直升機,但囿於垂直升空的困難與動力限制,一直未能成功。為啟發下一代工程師而設立的美國直升機學會席科斯基獎,也一直無人領取。
■加拿大工程師瑞契特與羅伯森,利用巨型旋翼彌補動力不足,並挑戰直升機設計的各項假設,終於在2013年抱走這個獎項。
■該團隊的人數不多,使用的材料也容易取得,他們的成功顯示了創新研發並非大型高科技公司才能達成。

當瑞契特(Todd Reichert)和羅伯森(Cameron Robertson)在2011年打算建造能升空三公尺並在定點飄浮60秒的人力直升機時,從沒想過理論上這是不可能的任務。

1980年美國直升機學會(現為AHS國際學會)提供高達25萬美元的獎金,獎勵建造能成功升空的人力直升機。經過30年來無數次失敗與墜機,專家推論這是不可能的任務。所有證據均顯示,光靠單人產生的動力,不可能飛得那麼高且飄浮那麼久。2007年英國曼徹斯特大學的航空工程師菲力彭(Antonio Filippone)在《美國直升機學會期刊》上發表論文指出,根據計算結果,任何基於同樣概念的人力飛行器,根本不可能飛得起來,「總結來說,美國直升機學會設定的條件,實際上不可能達成。」

32歲的瑞契特與27歲的羅伯森直到贏得這項名為「美國直升機學會席科斯基獎」(AHS Sikorsky Prize)和獎金後,才得知菲力彭的論文。他們建造名為「亞特拉斯」(Atlas)的巨型四旋翼腳踏車驅動直升機,在2013年6月打破這30年來的紀錄。

亞特拉斯看起來就像美國神話巨人班揚(Paul Bunyan)的玩具,具有對角長達27公尺、由碳纖維管與高科技纖維纜線組成的巨大X形骨架;骨架末端各裝有一具直徑20公尺、由巴沙木翼肋與透明麥拉板蒙皮組成的旋翼(rotor);離地四公尺的機體中心下方,纜線懸掛著改裝的競技用腳踏車。亞特拉斯的人力引擎就是瑞契特,他坐在腳踏車上,踩動腳踏板,經由複雜的捲軸與纜線帶動旋翼產生升力,把55公斤重的機體抬離地面。

經過多次失敗後,他們終於成功達成64秒的飛行紀錄,彰顯了即使在洛克希德馬丁(Lockheed Martin)與諾斯洛普格魯曼(Northrop Grumman)等大公司的大型工程團隊當道的現代,靈活的小型團隊也能解決最困難的問題。席科斯基飛機公司的資深工程師,同時也是2013年席科斯基獎委員會的主席海恩(Benjamin Hein)指出,這些年輕工程師要在嚴苛的動力限制下,找出理想機身尺寸和重量、最佳化旋翼設計以及有效的飛行控制系統。業界可從瑞契特與羅伯森身上學到許多重要課題,例如,他們不怕失敗的精神,以及能迅速做出重大設計變更。海恩說:「這是大公司做不到的。」

瑞契特與羅伯森為了最佳化飛行器的設計而在筆記型電腦上撰寫的程式,再次展現以小搏大的潛力。這套程式已納入美國航太總署(NASA)的軟體工具套組,用於設計比亞特拉斯飛得更遠的載具。2015年兩人打算利用該程式挑戰克利梅馬拉松獎(Kremer Marathon prize),希望建造第一架能在一小時內飛行42公里的人力飛行器(目前的紀錄是時速44公里,但只飛行了兩分鐘)。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2015年第155期1月號】