人力飛行機
大阪の社会人を中心としたチーム、「アクティブギャルズ」開発。女性用人力飛行機として開発された。1992年、パイロットとして堀琴乃が乗り込み、飛行距離、滞空時間の女性日本記録を初めて樹立。
外皮は、リブと主桁で形作られた骨格を覆う薄板で、主翼の翼面を形成している。現在では外皮は大抵二重構造が採用されている。一層目は、ポリスチレンペーパー や押出しポリスチレンなどを翼の前縁から上面にかけて貼り付け、二層目は、高分子フィルムで翼全体を覆う。このとき、外皮の厚みなどによって、翼面の剛性が変化するため空力性能に影響する。外皮の厚み以外にも翼面の剛性を高める様々な工夫がなされる。また製作された翼形状が設計形状から外れると翼形状本来の性能を引き出せない。よって、外皮の貼り付けは慎重に行わなければならない。
詳細は『鳥人間コンテスト選手権大会』を参照のこと。
1977年から琵琶湖で開催されている讀賣テレビ放送株式会社主催の機械的動力を持たない自作人力飛行機を用いたバラエティー番組制作を目的とした競技会である。「空を飛ぶという人間の夢を実現させ、広く一般視聴者に航空機に対する関心の高揚に寄与することを願うもの」とされる。競技は主に書類選考を通過し、一般参加者によって製作されたパイロットの安全な飛行・着水を最優先に設計された人力飛行機で行われる。出場にあたって出場者は讀賣テレビ放送株式会社作成の誓約書および番組演出上の依頼(機載カメラの設置、タレントパイロット搭乗要請、出場部門変更など)に同意しなければならない。
1986年に開催された第10回大会からプロペラ式の人力飛行機による独立した部門が設けられ、2012年に開催された第35回大会では人力飛行機独自の部門として飛行距離を競う「人力プロペラ機ディスタンス部門」と、ターンマークと称するブイの周りを旋回、帰還するまでの行程1kmの飛行時間を競う「人力プロペラ機タイムトライアル部門」で競技が実施された。 いずれの競技も動力を持たない「滑空機部門」と共用となる高さ10m、傾斜角3.5°のプラットホームと称する発進台から、数mの滑走の後に人力飛行機を落とし、飛行距離または飛行時間を競う。
人力飛行機は日本大学理工学部を始め、いくつかの大学において学生の研究テーマとして採用されている。人力飛行機に関する研究結果は航空宇宙学会などで発表される例がある他、日本航空宇宙学会の主催で1995年から毎年1回開催されているスカイスポーツシンポジウムにおいても主要な講演テーマに挙げられている。
人力飛行機で得られた知見は空力分野では低レイノルズ数領域の航空機であるという点から高高度を飛行する航空機や風力発電の風車の研究に生かされている。また非常に低出力で飛行可能な出力重量比が小さな航空機であるため、太陽電池を搭載したソーラープレーンの開発にも影響を与えており、ソーラープレーン分野の著名な飛行に繋がっている。例としてポール・マクレディによるゴッサマー・ペンギンによる初の有人飛行やサンシーカーの北米大陸横断などが挙げられる。ダイダロスの原型機であるミシェロブ-ライトイーグルは後にオーロラフライトサイエンスにより修復、改造され7500m以上の高度に於ける実験用無人ソーラープレーン「サンライトイーグル」となった。 また、松下電器産業(現在のパナソニック)と東京工業大学および同学同好会Meister(マイスター)によって共同製作された世界初の乾電池有人飛行機、オキシフライヤーも人力飛行機を基礎としている。(オキシライド有人飛行プロジェクトも参照のこと)
1930年代にイタリアで造られた人力飛行機。
リブはその主翼の翼断面形状の小骨である。これを主桁に通し、平行にして何十枚も組み合わせることによって翼断面形状を保持、翼面からの荷重を主桁に伝達する。かつてはバルサなどの木材の棒材を翼型の形状に曲げた枠の内部を筋交いを入れたものが用いられ、必要があれば桁との間にも筋交いを入れて面外への変形を防いでいた。1980年代以降はリブに押出しポリスチレンやビーズ法発泡スチロールの板材を採用する機体が多い。発泡プラスチック製のリブを採用する場合はかつてのリブのように筋交いが入れられることは少ないが、剛性を高めるためにバルサやCFRPなどで端面の補強がなされる。主翼の翼型は、低抵抗かつ高揚抗比の層流翼型DAEシリーズ、Wortmann FXシリーズあるいはNACAシリーズ、Epplerシリーズが用いられるが、1980年代後半以降は長距離飛行向けの機体にはMITのマーク・ドレラがダイダロスのために開発したDAEシリーズが多く採用される。高速飛行向けの機体ではシュトゥットガルト大学のフランツ・ヴォルトマン(Franz Xaver Wortmann(ドイツ語版))が人力飛行機用に開発したFX76MPシリーズやそれを基礎とした翼形状が用いられている。翼型と主翼平面形はレイノルズ数や揚力分布といった空力と主桁寸法などの構造を考慮して決定される。また詳細な設計にはマーク・ドレラが開発した翼型設計解析ソフト、XFOIL(英語版)やXFOILを基に低レイノルズ数領域における全機的な空力および安定性解析機能を持つXFLRが用いられることが多い。
主翼の構造は大きく主桁、リブ、外皮の3つに分けられる。これらの構造で主翼が生じる空力の作用に耐え、主翼の機能を維持しなければならない。主翼に生じる揚力、抗力はそれぞれ上下、前後方向への曲げの荷重を発生させる。また揚力、抗力の分布によりねじりの荷重が発生する。これらの荷重は同じ主翼であっても迎角や速度によって異なる大きさとなるため注意が必要である。人力飛行機に用いられる材料は軽量で弾性率の低い物が多く、検討が不十分であったり、想定を超える状況下に置かれた場合では、空力による主翼の変形で飛行に必要な空力特性を維持できず飛行の継続が困難となり、顕著な場合では変形が発散し主翼が破壊され、飛行中であれば墜落に至る。
主翼にエルロンやスポイラーを設置する機体があるが、構造的に主翼は剛性が低い傾向にあるため、それらの操舵面の設置によりエルロン・リバーサルのような直接的問題、あるいは可動部設置による剛性低下のような間接的問題を生じる可能性がある。
人力飛行機においてパイロットはエンジンと操縦者の2つの役割を担う。ほとんどの場合、パイロットは1人であるが、2人乗りの機体も存在する。1人乗りの機体の場合、定常飛行時にパイロットに要求される出力は200〜300W、高速飛行向けの機体では300W以上となる場合もある。定常飛行時の必要出力を長時間維持することは自転車競技に匹敵し、継続した飛行を達成するには長時間、出力を継続する必要があるため相応のトレーニングが必要である。歴史的にも著名な飛行を成功させたパイロットは自転車競技者である。ダイダロスによる世界記録飛行の場合、自転車競技者やトライアスロン選手など100名以上を募集し試験、調査を繰り返した上で、最終的に5人のパイロットを採用している。さらにその採用されたパイロットたちは各々のトレーニングメニューをずらすことでパフォーマンスが最大となるタイミングをローテーションさせて飛行に適した気象条件を待った。最終的に世界記録を樹立したパイロットは当時の自転車競技のギリシャチャンピオンであり、ロサンゼルスオリンピック代表選手だったカネロス・カネロプーロスである。また、2013年1月末時点の日本記録保持者、増田成幸は日本大学在学中から人力飛行機パイロットと並行して自転車競技者として活動しており、現在も自転車競技者として活動を続けている。
長距離飛行向けの機体では自転車競技と同様にパイロットの飛行中の体力維持のために水分、エネルギー補給用のドリンクや補給食を搭載する場合もある。
現在でもサウサンプトン大学、ペンシルバニア州立大学などの学生チームがクレーマー賞に向けて人力飛行機の開発を行っている。
また、これまで人力飛行が行われていなかった国でも開発が行われるようになった。2008年には韓国空軍士官学校が人力飛行機の開発に着手し、翌2009年12月に290000ドルを費やした人力飛行機、スカイ・ランナー(Sky Runner)を完成させ、飛行に成功した 他、2012年からは競技会が開催されている。2009年、中国の模型飛行機製造会社OXAIが人力飛行機、MOZI(墨子)の開発に成功、翌2010年の第33回鳥人間コンテスト選手権大会に出場した。同じく2009年、オランダで人力飛行機が開発され、初飛行に成功。2012年の第35回鳥人間コンテスト選手権大会にはこの設計者が来日し、日本人ボランティアと共に製作した機体が出場した。
2012年にはイギリスで新たな人力飛行機競技会、イカロスカップが開催され、翌2013年のイカロスカップ2013は人力飛行機競技会としては初のFAI公認大会となった。
日本における活動
鳥人間コンテスト選手権大会
日本では1977年から始まった讀賣テレビのバラエティ番組「鳥人間コンテスト選手権大会」において人力飛行機による記録更新が進み、1986年には人力飛行機専門の部門「人力プロペラ機部門」が開設された。1986年に512mであった優勝機の飛行距離は、1992年には2kmを超え、1996年には10km目前に迫った。1998年には23.
翌2004年には2003年の鳥人間コンテストで琵琶湖大橋に到達した優勝機であるメーヴェ20が11874mを記録した。現在の記録は2005年にはメーヴェ21記録した49.172kmである。一方、女性部門では1992年にチーム アクティブ ギャルズが119.045mを22.02秒で飛行し、日本初の女性パイロットによるFAIスポーツ規定を満たす記録樹立に成功。その後1997年にお茶の水女子大学と早稲田大学の同好会、お茶の水人力飛行機研究会が開発したゼフィルースβが直線飛行距離1004.25m、滞空時間3分3秒の記録を残し、現在の女性部門における日本記録となっている。 また、周回飛行速度記録は2012年に技術者によるチーム、Team'F'が開発したNextzによって日本記録樹立に成功した。
世界への挑戦
クレーマー賞や世界記録への挑戦も行われている。Flugantsがクレーマー・マラソン賞への挑戦を表明し、日本記録を二度更新しているヤマハ発動機の同好会・チーム エアロセプシーがダイダロスを超える世界記録への挑戦を続けている。またNASGも度々世界記録に挑戦しており、2005年の日本記録樹立後も2010年に挑戦している。直線飛行距離のみではなく周回路飛行距離記録への挑戦も行われており、2009年に東北大学Windnautsが琵琶湖で挑戦し、2012年には日本大学が霞ヶ浦での挑戦を計画していた。この他、周回路速度記録の日本記録を樹立したTeam'F'が世界記録を目標に活動を続けている。
6kmを記録して会場である琵琶湖の対岸に到達するに至った。 記録は更に伸び、2003年には3チームが20km超の飛行を実現し、優勝機は彦根市から琵琶湖大橋までの34.6kmを飛行し、なおも余力を残していたが、規定上、橋越え(または潜り)が認められていなかったことから止むを得ず着水したものだった。これを機にルール改正が行われ、折り返しによる距離計測が認められるようになり、2008年には36kmの飛行が実現した。2006年からは従来の飛距離を競う部門の他に速度を競う「人力プロペラ機タイムトライアル部門」が開設された。 速度と機動性が問われる競技であり、2012年に閉回路飛行速度日本記録を樹立した機体は2010年の「人力プロペラ機タイムトライアル部門」の優勝機である。 2019年現在、「人力プロペラ機ディスタンス部門」と「滑空機部門」が行われている。最高記録は、「人力プロペラ機ディスタンス部門」で第42回大会の60km、「滑空機部門」で第35回大会の501.38mである。
公認記録への挑戦
平地からの離陸が必要なFAIスポーツ規定に則った日本航空協会(JAA)公認日本記録も更新された。1990年に日本大学理工学部航空研究会(NASG)が開発したMÖWE-VI改がストークBの記録を超える3708mを記録し、FAIスポーツ規定を満たす日本初の記録樹立となった。1992年にヤマハ発動機の同好会、エアロセプシーが開発した極楽とんぼが4437mを記録した。次の記録更新は2003年、再びエアロセプシーが開発した新しい極楽とんぼで10881mを記録した。
一機目のダイダロス、ダイダロス87(当初はダイダロスAと呼ばれていた)は試験飛行において非公式ではあるが、ゴッサマー・アルバトロスの記録を超える飛行も成功させ、記録飛行への準備を整えていった。またダイダロスAの試験飛行の間に二機目のダイダロス、ダイダロス88(当初はダイダロスBと呼ばれていた)の製作も続けられた。
1988年2月、試験飛行中にダイダロス87は墜落、搭乗していたパイロットは無事であったが機体は激しく破損した。その11日後、ダイダロス88が試験飛行に移行し、入れ替わりにダイダロス87の修復が開始された。3月下旬、修復を終えたダイダロス87、試作機のミシェロブ-ライトイーグルと共に記録挑戦機、ダイダロス88はギリシャに輸送された。
ギリシャ到着後、飛行準備が整ってからおよそ3週間、飛行に適した気象条件を待ち続けた。そして気象条件が整った4月23日、ロサンゼルスオリンピック自転車競技ギリシャ代表のカネロス・カネロプーロスの搭乗でクレタ島イラクリオンからサントリーニ島までの飛行に挑戦した。およそ4時間、エーゲ海を飛行した後、サントリーニ島到達目前まで飛行を続けた。ダイダロス88は強風下の着陸の為に風と正対する方向となるサントリーニ島の海岸に対し平行に針路をとったところ、海岸の砂浜で温められた風を受け、主翼および後部胴体が捻れて折損、サントリーニ島の地に届くことなく海岸から約9m手前の海面に墜落、着水した。この飛行により直線飛行距離115.11km、滞空時間3時間54分59秒の世界記録が樹立された。なお、墜落時点でもパイロットは余力を残し、エネルギー補給ドリンクも1/3ほど残っていたため、少なくともあと2時間、天候が穏やかであれば更に3〜4時間程度の飛行すら可能であったとされる。