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MUSKELKRAFT

Muskelkraft-Hubschrauber


Noch interessanter finde ich die Entwicklungen im Bereich der muskelbetriebenen Hubschrauber, die lange als ,unmöglich’ betrachtet worden sind, denn im Vergleich zum einem Fluggerät mit festen Flügeln wird für diese Flugmethode mindestens 15 mal mehr Kraft benötigt.

Helix Pteron Grafik

Helix Pteron (Grafik)

Als Vorläufer der muskelkraftbetriebenen Hubschrauber (Human Powered Helicopter, HPH) sind der von Leonardo da Vinci um 1490 skizzierte Entwurf einer Luftschraube namens Helix Pteron – sowie das Konzept Pterophore mit zwei getrennten für Auftrieb und Vortrieb zuständigen Rotoren zu nennen, das auf den französischen Mathematiker Alexis-Jean-Pierre Paucton im Jahr 1768 zurückgeht. Noch nicht verifizieren konnte ich die Information, daß es bereits um 1100 n. Chr. In China kleine Spielzeug-Hubschrauber gegeben hätte – die natürlich ebenfalls mit Muskelkraft gestartet wurden.

Im Hubschraubermuseum Bückeburg in der Nähe von Hannover wird der Entwurf eines muskelbetriebenen Hubschraubers gezeigt, der auf einem deutschen Patent von 1879 basiert, das ein Julius Griese aus Kolberg erhalten hatte (Patentschrift Nr. 10842 Klasse 77).

Der Flugapparat besteht aus zwei Windrädern mit je acht Speichen, deren Flugflächen aus leichtem Gewebe bestehen. Zur Befestigung der Radachsen dient ein Gestell, mit dem das Fußgestell durch Seile und feste Stangen verbunden ist. Dazu gibt es zwei um die Achse drehbare Ausleger, die zur Vergrößerung der horizontalen Fläche, als Steuer, bei treibendem Winde als Segel, zur Regulierung des Schwerpunktes und als Hilfe beim Landen dienen sollen.

Zur Energieübertragung wird eine sich um die Scheiben legende und bis zum Fußgestell reichende Strickleiter genutzt, welche die Kraft aufnimmt und durch die Wellen auf die Windräder überträgt. „Diese Leiter ermöglicht es, bei aufrechter Stellung und der dabei zur vollen Geltung gelangenden Körperschwere sowohl die Kraft der Beinmuskeln wie des Oberkörpers in einfachster und günstigster Art zu benutzen“, wie es in der Anmeldung heißt. Durch Besteigen der Leiter wird diese etwa wie ein Tretrad bewegt, und überträgt ihre Bewegung auf die Windräder.

Ein weiteres Patent stammt aus dem Jahr 1902 von dem Schweizer Industriellen Max Bouchard aus Lausanne (CH-Nr. 26882), der sein Gerät im Folgejahr auch in Großbritannien anmeldet (GB-Nr. 18.768).

Katsura-Fluggerät

Katsura-Fluggerät

Ebenfalls im Jahr 1902 (o. 1903) baut der japanische Erfinder und Dichter Maruoka Katsura einen von Menschenkraft angetrieben Hubschrauber, der zudem vermutlich Japans erstes eigenständiges Fluggerät darstellt – zumindest jenes, von dem eine Photographie existiert.

Katsuras ,human-powered screw-wing machine’ besitzt zwei gegenläufige Rotoren aus Holz, während der Rumpf der sehr leichten Maschine aus Stahlrohren gebaut ist. Da der Erfinder nicht in der Lage ist, für das von ihm konstruierte Fluggerät einen passenden Motor zu erwerben, beschließt er, die Rotoren durch ein System von Pedalen mit menschlicher Kraft anzutreiben. Allerdings soll es nicht gelungen sein, den Hubschrauber damit in die Luft zu heben.

Im o.e. Hubschraubermuseum Bückeburg wird auch das Modell eines Pedalcopter von 1949 gezeigt, den Hans-Dieter Goslich als Schlosserlehrling ohne aerodynamische Kenntnisse bei der Hamburger Firma Heidenreich-Harbeck gebaut hatte. Wegen der beiden kleinen, jeweils nur 2 m durchmessenden 3-Blatt-Rotoren ist er jedoch völlig flugunfähig.

Nach dem Studium als Flugzeugbauer entwirft Goslich übrigens Luftschiffe-Projekte und er gilt als Mitgründer der Deutschen Gesellschaft für Windenergie und ein Pionier dieser Energienutzung. In dieser Funktion besucht mich dieser im September 1984 in Berlin und wir führen eine mehrjährige Korrespondenz.

Der in den 1960er Jahren prominente belgische Künstler Panamarenko, der für seine Skulpturen phantastischer Luftschiffe und Flugzeuge bekannt ist und der von dem Kremer-Preis motiviert wird (s.o.), präsentiert seine Entwürfe auf Einladung von Joseph Beuys im Jahr 1968 in der Düsseldorfer Kunstakademie.

Panamarenko-Plakat Grafik

Panamarenko-Plakat
(Grafik)

Unter den Objekten der Ausstellung mit dem Namen ,Das Flugzeug’ befindet sich auch ein muskelkraftbetriebener Hubschrauber, der tatsächlich so wirkt, als könne man damit abheben – und es vermutlich deshalb auch auf das Ausstellungsplakat schafft. In einem weiteren Projekt ,Helicopter’ von 1973 nutzt Panamarenko zwar nur einen einzelnen Rotor, doch dieser ist bereits so groß, wie er sich Jahrzehnte später bei den erfolgreichen Konstruktionen als tatsächlich notwendig erweist.

Ebenfalls Interesse an dem Kremer-Preis hat der Brite Herbert Watkinson aus Bexhill, der im Jahr 1961 sein erstes Cyclogyroplane CG-1.3 baut, das im Folgejahr frei geflogen sein soll. Eine verbesserte Version, die CG-3/3, fliegt 1963 auf der Royal Air Force Basis RAF Tangmere in West Sussex 175 m weit, läßt sich aber nicht ausreichend manövrieren. Das Fluggerät wird 1970 der Shuttleworth Collection gestiftet, einem Flugzeug- und Automobilmuseum auf dem Flugplatz von Old Warden in Bedfordshire, wird später aber beschädigt und daraufhin verschrottet.

1976 beginnt Watkinson mit der Arbeit an seinem dritten Fluggerät CG-4 und steht bereits kurz vor dem Abschluß, er hat sogar schon die Erlaubnis zur Durchführung von Flugversuchen auf dem Flughafen Lydd in Kent, als im April 1977 seine Frau plötzlich bei einem Unfall stirbt. Zwar macht der Witwer weiter, doch wird bei ihm eine unheilbare Krankheit diagnostiziert, an der er im Oktober ebenfalls stirbt. Das Pedal-angetriebene CG-4 wird daraufhin zusammen mit der Dokumentation und Fotos 1979 dem Helicopter Museum in Weston-Super-Mare, North Somerset, vermacht.

Khachikian-Patent Grafik

Khachikian-Patent
(Grafik)

Ebenfalls aus dem Jahr 1977 stammt das Patent für einen Homocopter von Hariton Khachikian (US-Nr. 4.007.893, angemeldet 1975), das allerdings noch nicht einmal an die Panamarenko-Entwürfe heranreicht, wie man anhand der Grafik leicht erkennen kann. Es wäre ja schön, wenn es wirklich so einfach ginge...


Eine besonderen Anschub bekommt die Entwicklung, als die American Helicopter Society (AHS) im Mai 1980 den Sikorsky Prize von zuerst 10.000 $ und bald darauf 25.000 $ auslobt (AHS Igor I. Sikorsky Human Powered Helicopter Competition) – für einen einminütigen Flug mit dem mindestens kurzzeitigen Erreichen einer Flughöhe von 3 m, ohne daß das Fluggerät eine vorgeschriebene Kernfläche von 10 x 10 m verläßt.

Bereits im September 1980 startet Andrew D. Cranfield sein Praktikanten-Projekt Vertigo bei der britischen Firma Westland Helicopters Ltd., in dessen Rahmen er ein praktisches Fluggerät mit zwei koaxial gegenläufigen 2-Blatt-Rotoren entwirft und baut.

Die vier identischen Kohlefaser-Rotorblätter bzw. -tragflächen sind 1,5 m breit und haben einen Radius von 12 m, überzogen sind sie mit Mylar-Folie. Trotz mehrerer Versuche gelingt es aber nicht, daß sich Vertigo tatsächlich in die Luft erhebt, sodaß das Gerät auch nie getestet werden konnte. Im Jahr 1989 erhält das britische Helicopter-Museum die Reste des Vertigo-Projekts.

Ebenfalls 1980 beginnt ein Cabot Wade in der Nähe von Williamsburg, Virginia, das HPH-Projekt Whirlyped. Mit dem Bau kann allerdings erst im Jahr 2001 angefangen werden, wobei ein paar Versionen entstanden sein sollen, deren jüngste Konfiguration zwei koaxiale, übereinander sitzende 2-Blatt-Rotoren von 15 m Durchmesser umfaßt. Weitere Informationen darüber gibt es nicht.

Der US-Ingenieur und Projektleiter Michael Brace konstruiert in den Jahren 1986 und 1987 im Auftrag seines Arbeitgebers, der Kunststoff-Firma Reynolds & Taylor Inc. in Santa Ana, Kalifornien, ebenfalls einen menschlich angetriebenen Hubschrauber.

Die Firma investiert rund 100.000 $ in das Projekt Monarch, bei dem Brace zwei Modelle entwickelt: den Monarch I mit einem 4-Blatt Rotordurchmesser von 8,5m und einem Leergewicht von rund 30 kg, der einen bis zu 68 kg schweren Piloten tragen soll, sowie den Monarch II, der etwas mehr als 20 kg wiegt und einen Heckrotor besitzt. Da allerdings konventionelle Fahrradantriebe genutzt werden, kann die zum Abheben erforderliche Hubkraft nicht entwickelt werden. Nachdem Brace die Firma verläßt, arbeitet er in seiner Freizeit zwar an einem Monarch III, doch anscheinend erfolglos, denn man hört nichts mehr darüber.


Im Jahr 1988 beantragt ein Louis Mouroux das französische Patent für einen von Menschen angetriebenen Hubschrauber, der allerdings nie gebaut wird (FR-Nr. 2628063, erteilt 1988).

Hupo Helix Grafik

Hupo Helix (Grafik)

Sehr interessant ist der Ansatz des Briten Keith Stewart, dessen Entwurf Hupo Helix aus finanziellen Gründen allerdings ebenfalls nie über das Designstadium hinauskommt.

Der 30 kg schwere Muskel-Hubschrauber aus Kohlefaser-Verbundwerkstoffen, über den das US-Magazin Popular Science im Mai 1988 berichtet, wirkt mit seinem unterhalb des Piloten angebrachten ringstabilisierten 3-Blatt-Rotor von 21 m Durchmesser wie ein gigantischer Hula-Hoop-Reifen.

In der gleichen Veröffentlichung wird auch eine Entwicklung des ehemaligen Birnenbauers und Erfinders Curtis Barnes aus Medford in Oregon gezeigt, dessen rund 7,5 langer Hubschrauber namens Tipsy Bee aus einer recht aufwendigen Struktur aus Aluminium besteht, dessen Doppelrotor mit jeweils 18 Mylar-Folie überzogenen Blättern ausgestattet ist.

Mit rund 45 kg erweist sich das Gerät, an dem Barnes bereits seit 1980 werkelt, aber noch als zu schwer – Flugerfolge werden damit jedenfalls keine erzielt, obwohl noch bis mindestens 1998 daran weiter gearbeitet wird.

Ebenfalls im Jahr 1988 starten in Japan Kouichi Nakamura und Toshio Kataoka an der Nihon University mit Unterstützung durch die Japan Cash Machine Company (JCM) das Projekt Mitsubachi (Honigbiene), bei dem ein Hubschrauber mit einem Rotordurchmesser von 24 m, zwei Flügeln und einem Leergewicht von 36 kg entwickelt wird, dessen Pilot beide Beine und die Arme nutzt, während die Kraftübertragung über eine Seilwinde mit einer aufgewickelten Kevlar-Schnur erfolgt, die lang genug ist, um 90 Sekunden Flugzeit zu erlauben.

A Day Fly

A Day Fly

Im Wettbewerb um den Sikorsky-Preis hatte Nakamura unter der Leitung von Prof. Akira Naito ab 1985 an der Universität den Muskelkraft-Hubschrauber A Day Fly mit gegenläufig rotierenden Blättern und einem Durchmesser von 20,2 m gebaut, bei dem der Pilot in einer herkömmlichen Fahrrad-Position über dem Rotor sitzt. Dies soll für die dynamische Stabilität des Hubschraubers sorgen, dessen Tragflächen dicht über den Boden streichen, um die Vorteile des Bodeneffekts zu nutzen.

Wegen des Mangels an Drehmoment an den oberen und unteren Positionen des Kurbelpedals während des Zyklus variiert jedoch die Rotorgeschwindigkeit, und auch ovale Räder, die verwendet werden um diese Schwankungen zu glätten, funktionieren nicht gut und der Hubschrauber fliegt nur einmal für ein paar Sekunden im Dezember 1985.

In den Folgejahren werden dann von der Nihon University Aero Student Group (NASG) und Prof. Naito die Modelle Papillion A, B und C gebaut, deren erste beiden mit gegenläufigen konzentrischen Rotoren ausgestattet sind. Nach einer Reihe von Tests mit Modellen im Maßstab 1:10 wird der Papillion A aus dem Jahr 1988, der ansonsten die gleiche Konfiguration wie A Day Fly hat, mit Rotoren versehen, die unterschiedliche Durchmesser besitzen, oben 13,6 m und unten 19,6 m.

Nockenfedern, die verwendet werden um die toten Punkte im Pedal-Zyklus zu glätten, funktionieren aber nicht, und so gelingt es auch nicht, das Modell zum fliegen zu bringen. Auch Tests, bei denen an der Antriebswelle ein Elektromotor angebracht wird, müssen aufgrund des Auftretens starker Vibrationen aufgegeben werden.

Beim Modell Papillion B von 1989, das einen Schwinghebelantrieb verwendet, sitzt der Pilot unter den Rotoren, da man festgestellt hatte, daß die Piloten die bisherige Pedalposition hoch über dem Boden und den Rotoren nicht besonders mögen. Die neue Position bedingt die Auswahl von abwärts gerichteten Rotoren um den Bodeneffekt zu erhöhen, deren Durchmesser oben 12,8m und unten 18,8 m beträgt.

Ein weiteres Ergebnis ist, daß sich der Schwerpunkt des Piloten von der Rotorachse weg versetzt, was ausgeglichen werden muß. Entgegen den Berechnungen, daß die veränderte Konstruktionsform nur ein kleines Gegengewicht benötigt, um dieses Problem zu beheben, stellt sich bei den Versuchen heraus, daß tatsächlich ein großes Gegengewicht erforderlich ist – was das Gerät zu schwer macht, um zu fliegen.

Das Modell Papillion C mit einem Durchmesser von 24,0 m, das 1990 getestet wird, besitzt einen Schwinghebelantrieb, einen einzelnen Hauptrotor und zwei Heckrotoren. Außerdem ist es leichter als seine Vorgänger. Fliegen tut es aber trotzdem nicht.


Inzwischen, im September 1989, macht dafür eine andere Gruppe das Rennen, als mit dem DaVinci III (oder Leonardo III) der California Polytechnic State University (CALPOLY) in San Luis Obispo erstmals ein ausschließlich von menschlicher Kraft betriebener Pedal-Hubschrauber – dokumentiert und bestätigt – für exakt 7,1 Sekunden in die Luft erhebt ...bevor der Pilot Greg McNeil schlappmacht, und dies, obwohl er als Radsportler von Olympia-Standard gilt.


DaVinci III

Der Helikopter des Teams um Bill Patterson besteht aus zwei Flügeln, an deren Spitzen jeweils 60 cm durchmessende Zweiblatt-Propeller sitzen, hat eine Gesamtspannweite von 15,24 m und wiegt rund 44 kg. Seine Effizienz beträgt 84 %.

Die Entwicklung der da Vinci Reihe begann im Jahr 1981 mit Leonardo I, dessen Flügelspitzen eine Geschwindigkeit von 9,1 m pro Minute erreichten, gefolgt von Leonardo II, bei dem sie bereits auf 15,2 m pro Minute kommen. Leonardo III, mit ähnlichen Spezifikationen aber viel raffinierter gebaut, kommt nun mit Hilfe des Bodeneffekts auf eine Höhe von immerhin 20 cm.


Nach seiner Emeritierung im Jahr 1991 leitet Prof. Naito die NASG bei der Entwicklung eines Vier-Rotor- Hubschraubers mit dem Namen YURI I (Lilie), dessen jeweils 10 m durchmessende 2-Blatt-Rotoren sich am Ende ihrer Träger alle fünf Sekunden einmal drehen.

Das Antriebssystem des rund 36 kg schweren Fluggeräts besteht aus einem um die Stützewelle gewickelten Seil und einer vom Menschen angetriebenen Winde. Ein Schwungrad gleicht die Tretbewegung aus, speichert allerdings keine Energie.

Im März 1994 gelingt es dem Piloten Norikatsu Ikeuchi, den Hubschrauber offiziell für 19,46 Sekunden lang im Schwebezustand auf 20 cm Höhe zu halten. Inoffiziell werden sogar 24 Sekunden und eine Höhe von 0,7 m erreicht.

Yuri I Animation

Yuri I (Animation)

Seitdem hat YURI I mehrmals geschwebt. Unter anderen wird im August die Amerikanerin Ward Griffiths ohne besonderes Training zum ersten weiblichen HPH-Piloten, als es ihr gelingt 8,6 Sekunden in der Luft zu bleiben. Inzwischen hängt der Hubschrauben im Kakamigahara Aerospace Museum.

Ein Nachfolgemodell YURI II, das sich von seinem Vorgänger sehr wesentlich unterscheidet, besitzt einen einzelnen Rotor mit drei Blättern, der über dem Piloten angeordnet ist und hat ein Gewicht von ca. 30 kg. Bei Tests im Dezember 1998 gelingt es dem Fluggerät aber nicht abzuheben.


Im Jahr 1989 baut ein Efrain Palermo den kleinen Prototyp eines Hubschraubers, den er in Clearwater, Florida testet. Dies letzte Meldung über dieses Projekt stammt vom April 2008 und besagt, daß Palermo die Konstruktion des Hauptrahmens und die Installation der Kraftübertragungseinrichtung abgeschlossen habe, doch danach hört man nichts mehr darüber.

Auch ein im Juni 1991 im Rahmen einer Masterarbeit von Scott A. Bruce vorgeschlagenes HPH-Projekt an der Naval Postgraduate School der United States Navy in Monterey bekommt keine Chance auf eine Umsetzung.

Aus den Folgejahren ist das Systemdesign des Muskelkraft-Hubschraubers X-391 Dragonfly von 1995 zu erwähnen, das als studentisches Projekt auf Prof. Eric Loth, Andrew Cary und Tim Morthland an der University of Illinois in Urbana-Champaign zurückgeht.

Der daraus entwickelte Entwurf ist ein Rotor mit vier Tragflächen: ein Blattpaar mit großem 16,80 m Radius, an dessen Spitzen sich zwei Antriebspropeller mit 1,63 m Durchmesser befinden, sowie ein Blattpaar mit einem kürzeren Radius von 13,25 m ohne Propeller. Die Leistungsberechnung des optimierten Designs mit einem Gewicht von 38 kg sagt voraus, daß nur 680 W erforderlich sind, damit ein 68 kg schwerer Pilot in einer Höhe von 2,0 m schweben kann.

Der Bau der Libelle wird zwar begonnen, doch neben einigen Probleme mit der Konstruktion zeigt sich auch, daß der Holm deutlich Übergewicht hat. Das Team verfügt jedoch nicht über das Know-how, wie man dies beheben kann, worauf die Arbeiten an dem Projekt gestoppt werden.

Ebenso wenig Erfolg ist dem gleichfalls 1995 gestarteten HPH-Projekt an der Purdue University beschieden, wo ein paar Jahre später ein Modell-Rotor im Maßstab 1:8 gebaut und getestet wird. Aufgrund nicht ausreichender Testgeräte gelten die Ergebnisse aber als nicht schlüssig. Im Herbst 2001 wird zwar ein zweiter Teststand errichtet, mehr ist über das Projekt aber nicht zu finden.

Im Jahr 1996 wird an der Stanford University unter der Leitung von Prof. Winslow Burleson an einem vom Menschen angetriebenen Hubschrauber gearbeitet, der den Rekord des YURI brechen soll. Eine Realisierung läßt sich jedoch nicht nachweisen.

Im gleichen Jahr scheint auch Prof. R. Stearman an der University of Texas in Austin ein Projekt zur Entwicklung  eines muskelkraftbetriebenen Hubschraubers begonnen zu haben, über das aber keine weiteren Informationen vorliegen, außer, daß sich drei studentische Gruppen an der entsprechenden Designstudie beteiligt hätten.


Thunderbird

1998 beginnt wiederum das Projekt Thunderbird der australischen University of British Columbia unter dem Teamleiter Mike Georgallis. Hier will man einen HPH mit zwei konzentrischen, gegenläufigen 2-Blatt-Rotoren bauen, die über dem Cockpit angebracht sind. Während der obere Rotor mit einen Durchmesser von 36 m geplant wird, sind für den unteren 28 m vorgesehen. Das Leergewicht wird mit 66 kg angegeben, mit dem Piloten soll die Tragkraft 140 kg betragen.

Die Gesamtkosten betragen 75.000 $, von denen die Universität die ersten 20.000 $ übernommen hat. Ein Outdoor-Flugversuch im August 2004 bleibt aufgrund von Instabilität der Rotoren jedoch erfolglos.


Ebenfalls im Jahr 1998 starten auch Studenten der École Supérieure de Technologie (ETS) in Montreal, Kanada, mit einem HPH-Projekt namens Helios, das vermutlich das einzige ist, bei dem eine Konfiguration gewählt wird, die auch zwei gegenläufigen Rotoren besteht, von denen der eine oberhalb, und der andere unter dem Pilotensitz installiert sind. Das Team leistet zwar umfangreiche Engineering-Arbeiten, um den gesamten Hubschrauber zu konstruieren und baut sogar einige Rotorblatt-Prototypen, doch schon 2001 wird das Projekt wieder beendet.

Und noch ein drittes Projekt wird in diesem Jahr aus der Taufe gehoben. Unter der Leitung von Alfred Gates arbeiten Studenten der Hartford University und der Central Connecticut State University gemeinsam daran, einen Muskelkraft-Hubschrauber zu entwickeln und zu evaluieren, der weniger als 36 kg wiegt. Hier stammt die letzte Meldung vom Juli 2006, als das Team über eine CNC-Schaum Schneidemaschine berichtet, mit der die Blätter hergestellt werden. Ob die für das Folgejahr geplanten Versuche mit verstellbaren Rotorblättern dann tatsächlich stattgefunden haben, ließ sich bislang nicht feststellen.


Im Sommer 1999 wird von David Hornick an der University of Michigan in Ann Arbor das Projekt Phoenix aus der Taufe gehoben. Bei dem auf 90 kg veranschlagten Hubschrauber soll der Pilot über dem Rotor sitzen, da das Design darauf basiert den Bodeneffekt zu nutzen und sich die Blätter in Bodennähe befinden.

Im Folgejahr wird zwar schon ein kleiner Prototyp der Bauweise gezeigt, doch weiter geht es nur sehr zögerlich. Die ersten CAD-Designs entstehen erst 2004, und im Jahr 2006 wird gemeldet, daß sich das Team zwischenzeitlich für einen elektromotorischen Antrieb entschieden hat, der weniger bewegliche Teile hat. Dabei soll der Pilot einen Gleichstromgenerator antreiben, der sich zwischen den Pedalen befindet. Die erzeugte elektrische Energie treibt dann durch bürstenlose Gleichstrommotoren die zwei gegenläufigen Rotoren des Fluggeräts an.

Viel weiter kommt man aber nicht, und zu sehen gibt es nur Flugtets mit einem winzigen Modell im Maßstab 1:40 aus dem Jahr 2012 (?), bevor das Team 2013 meldet, daß es sich nun mit der Entwicklung eines solarbetriebenen Hubschraubers befaßt, der Nutzlasten befördern soll. Bis Ende 2015 will man ein Flugmodell – und bis Ende 2016 sogar einen vollständigen Solarhubschrauber vorweisen. Warten wir’s ab.


Zwischenzeitlich gibt es eine Vielzahl neuer Ansätze, die aber alle nicht sehr erfolgreich sind. So ist beispielsweise von dem 100 kg schweren Eigenbau des 16 Jahre alten Kevin Minnock in Irland, über den die Zeitung The Nationalist Carlow 1999 berichtet, später nichts mehr zu hören.

Im Jahr 2000 startet am japanischen Saitama Institute of Technology (SIT) in Fukaya unter der Leitung von Prof. Katsuyuki Konishi ein eigenes HPH-Projekt, das bis 2007 besteht, aber nicht über einen Rotor mit einem Durchmesser von 4 m hinauskommt.

Im Herbst 2001 meldet die Howard University, daß Studenten der Maschinenbau-Abschlußklasse von Prof. M. Lucius Walker einen muskelbetriebenen Hubschrauber entwickeln und dabei von der Boeing Company mit Materialien, Bauleistungen, technischer Unterstützung und Beratung gefördert werden. Trotzdem ist das alles, was darüber zu erfahren ist.

Ebenso bleibt das 2002 von Geoff Hanbury aus Salisbury in Südaustralien angekündigte Projekt, einen menschlich angetrieben Hubschrauber zu bauen, bereits in den Anfängen stecken.

Vermutlich im August 2003 beginnt das Projekt Pedalcopter von Jon Stacey aus Großbritannen, dessen Konfiguration einen einzigen Hauptrotor sowie einen Anti-Drehmoment-Rotor vorsieht, wie er bei Hubschraubern als Heckrotor eingesetzt wird. Dem letzten Stand von 2006 sei das Projekt zwar nicht tot, aber auf Eis gelegt.

Und auch über das 2004 von David Wagner in Kanada begonnene Projekt Gyro HPH, dessen Prototyp für den Februar 2009 geplant ist, hört man später nichts mehr.

Im Jahr 2004 wird einem V. P. Gorshkova das russische Patent für ein ,Muscle-powered Flying Vehicle’ erteilt (RU-Nr. 2002116639, angemeldet 2002), das als eine Mischung aus Heißluftballon und Hubschrauber beschrieben wird. Näheres dazu ließ sich bislang nicht herausfinden.

Im Wintersemester 2004/2005 beginnen Studenten der University of Colorado in Boulder mit einem Projekt namens HORS (Highly Optimized Rotor System), über das aber auch nichts näheres bekannt ist.

An der TU Delft in den Niederlande wird 2006 von M. D. Bos-Pavel und  J. A. Melkert eine Projektbeschreibung veröffentlicht, um mit einem von Menschen angetrieben Hubschrauber den Sikorsky-Preis zu gewinnen. Zu einer Umsetzung kommt es jedoch nicht.

Zeitlich nicht zuordnen konnte ich ein Projekt von Russ Keanini an der University of North Carolina in Charlotte, bei dem im Rahmen des Wahlpflichtfachs Muskelbetriebene Technik zwei Berichte produziert und im Internet veröffentlicht werden, die inzwischen jedoch nicht mehr auffindbar sind.


Nach diesen vielen Ansätzen und mehreren Jahrzehnten ohne Erfolge hebt die American Helicopter Society das Preisgeld des Sikorsky Prize im September 2009 auf 250.000 $ an, was die involvierten Teams wie auch neue Akteure stark motiviert. Und so dauert es auch nicht mehr lange, bis endlich die ersten Meldungen über erfolgreiche Versuche kursieren.

Einem Team von 50 Doktoranden und Diplomanden der James Clark School of Engineering an der University of Maryland gelingt es nach zweijähriger Entwicklungsarbeit im Mai 2011, daß ihr selbstgebauter Pedal-Hubschrauber Gamera I mit kombiniertem Hand- und Fuß-Pedalantrieb kurzzeitig abhebt – allerdings nur für 4,2 Sekunden. Pilotin ist die 24-jährige Biologie-Studentin Judy Wexler, die im Juli aber schon 11,4 Sekunden erreicht.

Der Hubschrauber besteht aus einem X-förmigen Rahmen mit einem Rotor an jedem Ende. Die Querbalken des Rahmens sind jeweils 18 m lang und jeder Rotor ist 13 m breit. Gebaut ist das Flugobjekt aus leichten Materialien wie Balsaholz, Bauschaum, Mylar und Kohlefasern, so daß es auf ein Leergewicht von 46 kg kommt. Mit Pilot sind 94 kg möglich. Benannt ist der Gamera nach einer riesigen fliegenden Schildkröte aus der beliebten japanischen Filmserie kaiju. Einige seiner Komonenten landen später im College Park Aviation Museum in Maryland.

Im Juni 2012, mit Kyle Gluesenkamp an den Pedalen des zwischenzeitlich gebauten Gamera II, der nun mit konischen Rotorblättern ausgestattet ist, wird mit 49,9 Sekunden ein neuer Rekord aufgestellt. Und bald darauf erreicht der Muskel-Hubschrauber auch erstmals eine Flughöhe von 2,5 m.


Der Luftfahrtingenieur Neal Saiki aus Scotts Valley, der schon 1989 die Entwicklung an der California Polytechnic State University geleitet hatte und gemeinsam mit seiner Frau Lisa 2006 auch Mitgründer der Elektromotorrad-Firma Zero Motorcycles ist, stellt im Oktober 2011 einen neuen Pedal-Hubschrauber mit knapp 26 m großen Rotoren vor, dessen Entwicklung 5 Jahre gedauert hat.

Upturn

Upturn

Der rund 43 kg schwere und Upturn genannte Pedal-Hubschrauber hat bislang nur 40.000 $ gekostet, da viele Freiwillige an dem Projekt mitarbeiten. Pilotin bei den anschließend geplanten Flugversuchen soll die 19-jährige Berkeley-Studentin Kyle Zampaglione sein.

Im April 2012 startet Saiki, der inzwischen von Ausgaben in Höhe von 80.000 $ spricht, eine Kickstarter-Kampagne, bei der 15.000 $ gesammelt werden sollen, was jedoch fehlschlägt, denn innerhalb des Spendenmonats kommt von 71 Unterstützern nur ein gutes Drittel der Zielsumme zusammen. Womit das Projekt anscheinend sein Ende findet.

Ebenso wenig Erfolg ist Kenneth Huff vom Middle Georgia State College beschieden, der im Frühjahr 2010 während der Recherche nach dem Aufbau eines motorgetriebenen einsitziges Hubschraubers, den er nach seinem Abschluß bauen wollte, über Informationen zum Sikorsky-Wettbewerb stolpert. Mit Hilfe von zwei Kommilitonen und einem 5.000 $ Zuschuß von der Hochschule beginnt ein Jahr später die Arbeit an einem Prototypen. Ziel ist die Entwicklung eines kleinen, koaxialen Muskelkraft-Hubschraubers, der das Potential für ein zuverlässiges und praktisches Produkt zur Freizeitgestaltung hat.

Mit einer zusätzlichen Finanzspritze im Frühjahr 2012 können wichtige konstruktive Änderungen am Aluminium-Rahmen vorgenommen werden, der durch ein Paar von Zweiblattrotoren gekrönt ist, sodaß ein Leergewicht von knapp 50 kg erreicht wird. Außerdem richten sich die Bemühungen darauf, eine neue Gruppe von besonders effizienten Rotoren zu entwerfen, zu bauen und zu erproben. Trotzdem wird nur ein maximalen Hub von 36 kg erzeugt, wobei im Minimum 109 kg benötigt, um den Hubschrauber zu fliegen.

Da die Entwickler überzeugt sind, mit ausreichender Finanzierung einen Hubschrauber mit einer Traglast von 136 kg entwickeln zu können, der mit 300 W oder weniger auskommt, starten sie im März 2013 eine Crowdfunding-Kampagne mit dem Finanzierungsziel von 20.000 $, die jedoch fehlschlägt, da nur bescheidene 919 $ zusammenkommen. Trotzdem will das Team weitermachen.


Tatsächlich soll es zu diesem Zeitpunkt noch immer einige Menschen geben, ja sogar Ingenieure, Techniker und Akademiker, die nicht glauben wollen, daß es möglich ist, sich alleine nur mit den rund 200 W der Beinmuskeln senkrecht in die Luft zu erheben. Und eine Minute lang dort zu verweilen. Diesen kann man nun endlich die nachweislichen Fakten vorhalten und sagen: „Und er erhebt sich (strampelnd) doch!“

Denn (Applaus!) am 13. Juni 2013 gewinnt der Muskelkraft-Hubschrauber Atlas der Firma AeroVelo Inc., die auf das seit 2006 bestehende AeroVelo-Team der University of Toronto zurückgeht, den Sikorsky Prize - mit Todd Reichert an den Pedalen, einer Flugdauer von 64,11 Sekunden und eine Flughöhe von 3,3 m.

Was natürlich einen LINK zu dem entsprechenden Clip verdient (01:45), auf dem dieses geschichtsträchtige Ereignis festgehalten ist. Von der Firma Sikorsky selbst gibt es einen etwas längeren Clip (05:14), in welchem sie der AeroVelo Inc. zu dem Rekord gratuliert (LINK).

Atlas besteht aus vier 2-Blatt-Rrotoren von jeweils 10,2 m Durchmesser, die über einen leichten Rahmen miteinander verbunden sind, der mit fortschrittlicher aerodynamischer Modellierung hauptsächlich aus neuen Materialien wie Kohlefasern aufgebaut ist. Das Leergewicht beträgt 55 kg, der Antrieb erfolgt über abrollende Seilspulen, wie auf dem Detailfoto gut zu erkennen ist.

Atlas-Antrieb

Atlas-Antrieb

Zum Hintergrund: Das AeroVelo-Team experimentiert anfänglich mit einem muskelbetrieben Ornithopter Snowbird, der seinen Erstflug im Jahr 2009 absolviert (s.o.). 2011 gelingt es dem Team ferner mit seinem stromlinienförmigen Vortex-Fahrrad den College-Geschwindigkeitsrekord zu brechen – mit 116,9 km/h.

Anfang 2012 beginnen dann die kanadischen Ingenieure und Erfinder Todd Reichert und Cameron Robertson zusammen mit Studenten und Absolventen der University of Toronto mit den Entwürfen zur Auslegung eines Muskelkrafthubschraubers. Einer der ersten Schritte ist die Nutzung der modernen Informationstechnologie, um herauszufinden, warum die bisherigen Versuche gescheitert sind. Ohne die riesigen Budgets, die benötigt werden um Zugriff auf Supercomputer zu erhalten, verbringen die beiden fünf Monate mit der Entwicklung von Software für ihr Projekt, die auf einem üblichen Laptop laufen kann. Das Programm zeigt klar auf, daß die Vorgänger alle zu klein gedacht haben.

Außerdem wird dem Team bewußt, daß das Gewicht einer der Schlüsselkomponenten des Hubschrauber verringert werden muß: Todd Reichert selbst, der zu Beginn des Projekts noch 180 Pfund wiegt. Da die Berechnungen zeigen, daß der Hubschrauber aber nur ein maximales Gewicht von 165 Pfund heben kann, wird ein rigeroses Trainingsprogramm durchgezogen, bei dem Reichert in ein paar Monaten mehr als 20 Pfund abnimmt.

Da der Hubschrauber etwa 170.000 $ kostet, wird ein Kickstarter-Crowdfunding gestartet, das 30.000 $ einbringen soll. Im Juni 2012 tragen knapp 500 Unterstützer mit zusammen 34.424 $ dazu bei, die Verwirklichung des Projekts zu ermöglichen, und schon im August und September können erste Tests durchgeführt werden – wobei der Hubschrauber bei einem Crash Ende August allerdings beschädigt wird.

Nach der Reparatur und weiteren Tests kann dann im Sommer 2013 der Rekordversuch angegangen werden, der sich äußerst spannend gestaltet. Fünf Tage lang erfolgen in einem Hallenfußball-Stadion Testflüge, die die Bedingen des Sikorsky-Preises aber stets um Haaresbreite verpassen. Am letzten Tag, und nur zehn Minuten vor Ablauf der Zeit, gelingt es Reichert den Atlas auf eine Höhe von 3,3 m zu heben und ihn dort so lange zu halten, daß es den erfolgreichen Innovatoren die ausgesetzten 250.000 $ bringt.

Diese Geschichte ist insofern noch erstaunlicher, da weder Reichert noch Robertson jemals zuvor einen Hubschrauber entworfen hatten. Ein Flächenvergleich der Rotoren, die bei den verschiedenen HPH zu Einsatz gekommen sind, mag zur Erklärung des Erfolgs des Atlas gereichen.

Im Oktober wird beschlossen, das filigrane Fluggefährt wieder zu aktivieren, um noch ein paar Rekorde einzufahren – und um auch anderen Menschen zu ermöglichen, die einmalige Erfahrung des Muskel-Hubschrauberflugs zu machen. Alexis Reichert, die schon beim Bau des Atlas mitgeholfen hatte, stellt mit 53 Sekunden einen neuen Frauen-Rekord für den längsten Flug auf, gefolgt von Trefor Evans, der die aufwendige Gerüststruktur des Atlas konzipiert hatte, und der nach ein paar Testflügen einen 86 Sekunden langen Weltrekordflug absolviert, bei dem er jeden letzten Millimeter der Antriebsleitungen verwendet.

 

Weiter mit den Muskelkraft-Luftschiffen...