人力飛行機
誘導抗力低減のために機体重量に対して翼幅の大きな主翼を持つことが人力飛行機の特徴であるが、主桁などの機体内部の構造だけでは十分な強度、剛性を得られない場合がある。張線の利用は主要構造に掛かる負荷の一部を張線に分担させることで長大な構造を実現するものである。ただし、張線は機体外部に露出するため空気抵抗の増大に繋がる。初期の人力飛行機は重量が重く必然的に比較的速い飛行速度で設計されていたため、張線の空気抵抗を嫌い採用例は少なかった。しかし、ゴッサマー・コンドル、ゴッサマー・アルバトロスの成功によりその利点が広く認められるようになった。材料の進歩によって張線なしでも長大な翼を製作することが可能となったが、主桁の負担する荷重を減らして主桁の軽量化を図る目的で利用される。
現在においても、長距離飛行向けの機体では長い主桁を軽量に仕上げるために張線を用いる場合があり、多くはダイダロスに倣い上下一対の張線を用いる。上側の張線を着陸張線(グラウンドワイヤー/ランディングワイヤー)、下側の張線を飛行張線(フライングワイヤー/リフトワイヤー)と呼び、それぞれ着陸時、飛行時に荷重を分担する。素材にはピアノ線、ステンレスワイヤー、ポリアミド繊維などの高強度材料が用いられる。着陸張線は機体中心の主翼上にほぼ直立したキングポストと呼ばれる柱で支えられており、キングポストを中心に左右の主翼上面にワイヤーが張られる。
人力飛行機は競輪選手並動力を用いているため、低出力での飛行を可能にする低抵抗で軽量な機体が望ましいが、低抵抗に仕上げるための空力的要請と軽量に仕上げるための構造的要請が相反することがしばしばある。
多くの人力飛行機は、主翼、フレーム、プロペラ、コクピット(操縦席)、尾翼に分かれ、その他に機体を操作するための操舵系とプロペラに回転力を伝達する駆動系が存在する。またさらに細かく見ると、主翼は単葉の高翼式(コックピットの上部に主翼がある形態)で、プロペラは単発のトラクター(牽引)方式であることが多い。これは世界記録保持機であるダイダロスの構造に倣っていることが多いためである。本項ではダイダロスを模した人力飛行機に用いられる構造を中心に詳述する。
1959年、イギリスの実業家ヘンリー・クレーマーにより創始され、RAeSが管理する懸賞競技である。人力飛行が完全に確立される以前から始まりイギリス、南アフリカ、日本、オーストラリア、アメリカ、ドイツなどで人力飛行機研究の目標とされた。1959年に設定された最初のクレーマー賞、クレーマー・8の字飛行賞は当初参加対象をイギリス連邦の加盟国に限定していたが後に全世界に解放された。また、1973年には賞金が増額され、最終的に1977年に達成された。その後、1979年にはクレーマー・英仏海峡横断賞、1984年にはアメリカ人以外を対象としたクレーマー・8の字飛行賞及びクレーマー・世界速度記録賞が達成された。その後、クレーマー・世界速度記録賞は速度記録を更新しながら1986年に終了し、以降は課題が設定されるも未達成となっている。 未達成のまま締め切られた競技には1988年に設定されたクレーマー・水上機賞 がある。現在、世界的に挑戦可能な課題とその概要は以下の通り。
クレーマー・マラソン賞所定の間隔で設定された2点を周回するコース上で、8の字飛行を含んだ42.195kmの行程を1時間以内に飛行する。 クレーマー・競技機賞イギリスにおける一般的な環境である風速5m/s以上の条件下で一辺500mの三角周回コースを時計周り、反時計回りに各一回ずつ飛行し、合計時間が7分以内であること。また、機体は30分以内で組立、解体する必要がある。
この他にも、イギリス国内向けの学生を対象とし、人力飛行機による飛行、人力飛行機に関する研究それぞれに年1回の懸賞が設けられている。
1980年にシコルスキー人力ヘリコプター賞が設定された。これに初期に挑み大きな成果を残したのは、米国のカリフォルニア州立ポリテクニック大学のグループと、日本の内藤晃を中心とした日本大学のグループで、主要な記録としては、前者は「ダビンチIII」が1989年に7.1秒間・20cmの浮上に成功、後者は「YURI-I」が1994年に同じく20cm・19.46秒の浮上に成功している。
その後21世紀に入り、2012年にはメリーランド大学のガメラ2(Gamera II)が1分を超える滞空に成功した。そして、2013年6月13日にカナダのトロント大学から生まれたベンチャー企業、エアロヴェロ(AeroVelo)が開発したアトラス(Atlas)が到達高度3.3m、滞空時間64秒の飛行を成功させ、シコルスキー賞は彼らにより獲得された。
なお、鳥人間コンテストにおいて2001年〜2003年の3回ほど「人力ヘリコプター部門」が存在していたことがあったが、同コンテストのレギュレーションでは人力ヘリコプターはほとんど全く現実的でないこともあり、過去に存在した「コミックエントリー」における、パラシュート的な造形物により滞空時間を少々稼ぐもの、という程度の機体(?)にとどまっていたため、記録も初回のものが最も長く、回を重ねるにつれ滞空時間が短くなっている。
2012年7月13〜22日、イギリス南部、ハンプシャーのラシャム飛行場(Lasham Airfield(英語版))にてRAeS人力飛行グループ主催で開催された人力飛行機の競技会。1961年のSUMPACによる最初の自力発進による継続人力飛行から50周年を記念し、ロンドンオリンピックに合わせて開催された。鳥人間コンテスト選手権大会とは異なり、競技は滑走路上で実施され、滞空時間、200m短距離レース、1kmレース、スラローム、短距離離陸・精確着陸、三角コース飛行距離の6種目を行い、それぞれの時間、速度などから算出された得点の合計が競われた。短距離離陸競技を除き、3人までの補助員による機体の加速が認められた。短距離離陸競技では機体の安定を保つ役割でのみ1人の補助が許される規則であった。総合得点で上位3チームには1位から順に2000ポンド、500ポンド、250ポンドの賞金が贈られた。
人力飛行機の製作工数は団体により異なるが、1970年代には10000〜25000人時間という報告がある。また現在では一例として学生団体では製作に約8000人時間、社会人主体の団体では設計・製作に約2000人時間、運用を含めたプロジェクト全体で約6000人時間という報告がある。ダイダロスの場合、プロジェクト全体で約170000人時間であった。
ダイダロス計画では予備機も含めた製作費用は当時の金額で685000ドル、プロジェクト全体の直接経費は120万ドルに達し、アメリカ航空宇宙局(NASA)、MIT、国立スミソニアン博物館、ユナイテッド・テクノロジーズ社(航空宇宙産業などの複合企業)、シャクリー社(健康食品企業)、アンハイザー・ブッシュ社(ビール製造会社)など50以上の企業、団体 から提供された。
近年の日本における機体製作費は各団体により異なるが100万〜350万円程度であることが多く、中には450万円に達する例もある。現代の人力飛行機では炭素繊維強化樹脂を多用するなど高価な材料を用いる場合があるため、団体によっては高価な部品、部材を繰り返し別の機体に使用する場合がある。日本で多く見られる学生同好会の場合、多額の制作費は所属する学生自身が拠出する他、OBなどの支援者からの寄付で賄っている。わずかではあるが教育活動の一環として製作費用の一部を負担する大学も存在する。
『飛べ!京浜ドラキュラ』(滝沢ふじお、1982年、製作:シアターアプル、81プロデュース)
2010年にはトロント大学の学生チームにより開発された人力オーニソプター、スノーバードが自動車による牽引で離陸後、はばたきにより19.3秒の継続飛行に成功した。