Klapvliegtuig

'n Vlerktuig of klapvliegtuig (Engels: ornithopter) is 'n soort vliegtuig wat vlieg deur die klap van vlerke. In die natuur word dié soort aandrywing by voëls, vlermuise en insekte aangetref. Mensgemaakte vlerktuie is meestal gebou op dieselfde skaal as van die natuurlike vlieënde kreature, alhoewel sommige groter, bemande klapvliegtuie in die verlede gebou is.

Geskiedenis

Die mens het waarskynlik van sy vroeë bestaan gedroom om soos voëls te vlieg, maar dit was volgens historiese rekords eers in ongeveer 1490 dat Leonardo da Vinci die vermoë om te vlieg ernstig bestudeer het. Hy het besef dat die mens te swaar is en nie sterk genoeg is om te vlieg sonder meganiese hulp nie. Sy voorstel was 'n klapvliegtuig met twee bewegende balke met flappe aangedryf deur die arms en bene wat saamwerk. Hy het ook 'n skets geteken van 'n meer gevorderde klapvliegtuig waarin 'n individu op 'n plank lê en twee groot vliesagtige vlerke aandryf deur gebruik te maak van handhefbome, voetpedale en 'n sisteem van katrolle.

In 1781 was Karl Friederich Meerwein veronderstel om suksesvol 'n vlerktuig te vlieg by Gießen in Duitsland en daardeur te demonstreer dat indien 'n groot hoeveelheid krag op 'n masjien met 'n ligte raamwerk uitgeoefen word, dit moontlik kan wees om 'n tuig swaarder as lug te kan laat vlieg.

In 1799 het die Engelse fisikus George Cayley die meerderheid aërodinamiese teorieë van vlieg geformuleer waarna klapvliegtuie grootliks ten gunste van sweeftuie opsy geskuif is.

Die eerste vlerktuie wat tot vlug in staat was, is in Frankryk gebou in die 1870's. Hulle was aangedryf deur rekkies (Alphonse Pénaud, 1872) en in een geval deur buskruit wat 'n baspyp geaktiveer het wat die vlerke laat klap het (Gustav Trouvé, 1870).

In 1929 het Alexander Lippisch, in Duitsland, 'n mensaangedrewe klapvliegtuig gevlieg, maar dit moes in die lug getou word waarna dit gesweef het. In 1959 het Emil Hartman, in Engeland dieselfde reggekry nadat hy in die lug getou was.

Praktiese aanwending van vlerktuie kapitaliseer op die nabootsing van voëlvlug. Die Colorado Departement vir Natuurlewe het van vlerktuie gebruik gemaak om die bedreigde Gunnison Sage korhoender te red. Vlerktuie wat soos roofvoëls lyk word gebruik om die korhoenders op die grond te laat bly om hul sodoende te vang. Vlerktuie kan ook gebruik word om voëlswerms weg te dryf van lughawens, waar hulle 'n veiligheisgevaar inhou. AeroVironment, onder leiding van Paul B. MacCready, het 'n afstandbeheerde vlerktuig ontwikkel wat so groot soos 'n insek is en moontlik in die toekoms vir waarneming gebruik kan word.

Vlerktuie word ook gebou en gevlieg as 'n stokperdjie. Dit sluit in liggewigmodelle wat aangedryf word deur 'n rekkie tot groter radio-beheerde vlerktuie. Moderne ontwerpe word ontleen van Percival Spencer se enjin-aangedrewe klapvliegtuig, ontwikkel in 1958 en Sean Kinkade se werk in die laat 1990's. Elektriese motors of suierenjins verskaf die krag om die vlerke te laat klap.

'n Navorsingsprojek deur die Georgië Tegniese wetenskaplike Robert C. Michelson het ten doel om 'n slingerbewegende chemiese spier (Engels: Reciprocating Chemical Muscle) te ontwerp vir gebruik op mikroskaalvliegtuie met klappende vlerke wat bekend sal staan as Entomopters. SRI International is ook besig om kunsmatige spiere van polimeer te ontwikkel vir gebruik in vlerktuie en ander aanwendings.

Hoewel verskeie pogings aangewend is om met bemande klapvliegtuie te vlieg, was slegs 'n paar van die pogings suksesvol. Adalbert Schmid het 'n gemotoriseerde bemande klapvliegtuig ontwikkel wat verskeie vlugte in 1942 onderneem het (Weltluftfahrt, Maart 1950, p. 195). Tussen 1990–1995, het Vladimir Toporov en studente 'n sleepgelanseerde klapvliegtuig gebou wat na bewering hoër kon styg deur middel van die vlieënier se spierkrag. Sedert 2004 werk 'n span aan die Universiteit van Toronto se Institute for Aerospace Studies, met professor James DeLaurier aan die hoof, aan 'n enjin-aangedrewe bemande klapvliegtuig wat sonder hulp sal opstyg.

Aërodinamika

Pteryx Skybird radiobeheerde klapvliegtuig.

Die hoofkenmerk wat 'n klapvliegtuig onderskei van 'n vastevlerkvliegtuig is dat dit beide styging en dryfkrag genereer word deur gebruik te maak van 'n klappende vlerk. Dit word gewoonlik gedoen deur 'n vlerk te roteer tydens 'n klapsiklus op so 'n manier dat die kragvektor wat gegenereer word 'n krag voorwaarts uitoefen wat sterk genoeg is om die sleurweerstand van die vliegtuig te oorkom.

Vanuit 'n algemene aërodinamiese oogpunt blyk dit dat vlerktuie meer doeltreffend gebruik maak van krag as die roterende skroef of spuitenjin. Die probleme wat die grootskaalse gebruik van die klaptuig nie moontlik maak nie, is probleme om die nodige komponente en strukture te konstrueer sowel as die gemak van passasiers. Die gebruik van dieselfde oppervlakte vir styging en dryfkrag het die voordeel dat sleurweerstand geminimaliseer word terwyl die volume van lug beskikbaar vir dryfkrag gemaksimaliseer word.

In populêre kultuur

Die klapvliegtuig word deur Frank Herbert as die primêre vervoermiddel beskryf op die planeet Dune in sy reeks boeke wat op die planeet afspeel. Die tema word ook in die Dune verwante speletjies soos Dune II, Dune 2000, Emperor: Battle for Dune en Frank Herbert's Dune gebruik.

Die “retro” film Sky Captain and the World of Tomorrow vertoon ook klapvliegtuie in luggevegte met vegvliegtuie.

In die fantasieromans Airborn en Skybreaker deur Kenneth Oppel word klapvliegtuie as kortafstand vervoermiddels gebruik.

Klapvliegtuie word ook vertoon in Star Wars: Revenge of the Sith, as 'n vervoermiddel op die Wookiee planeet Kashyyyk.

Verdere leeswerk

Chronister, Nathan. (1999). The Ornithnopter Design Manual. Published by The Ornithopter Zone.
Mueller, Thomas J. (2001). "Fixed and flapping wing aerodynamics for micro air vehicle applications". Virginia: American Inst. of Aeronautics and Astronautics. ISBN 1-56347-517-0
Azuma, Akira (2006). "The Biokinetics of Flying and Swimming". Virginia: American Institute of Aeronautics and Astronautics 2nd Edition. ISBN 1-56347-781-5.
DeLaurier, James D. "The Development and Testing of a Full-Scale Piloted Ornithopter." Canadian Aeronautics and Space Journal. 45. 2 (1999), 72–82. (accessed November 30, 2010).
Warrick, Douglas, Bret Tobalske, Donald Powers, and Michael Dickinson. "The Aerodynamics of Hummingbird Flight." American Institute of Aeronautics and Astronautics 1–5. Web. 30 Nov 2010.
Crouch, Tom D. Aircraft of the National Air and Space Museum. Fourth ed. Lilienthal Standard Glider. Smithsonian Institution, 1991.
Bilstein, Roger E. Flight in America 1900–1983. First ed. Gliders and Airplanes. Baltimore, Maryland: Johns Hopkins University Press, 1984. (pages 8–9)
Crouch, Tom D. Wings. A History of Aviation from Kites to the Space Age. First ed. New York: W.W. Norton & Company, Inc., 2003. (pages 44–53)
Anderson, John D. A history of aerodynamics and its impact on flying machines. Cambridge: United Kingdom, 1997.