Biomimicry Ornithopter: Krukas-Overbrenging, Vleugelslag & Vluchtmechanica

Wat heb je nodig?

• Dunne balsa-houten latjes of lichte koolstofvezelstaafjes
• Dunne mylar folie, vliegerpapier of tissuepapier (vleugelmembraan)
• Sterke rubberen elastieken (voor elastiekmotor)
• Metaaldraad / paperclips (krukas en drijfstangen)
• Plastic kraaltjes (wrijvingsarme lagers)
• Houtlijm en secondelijm
• Dun papier om zelf kleine kokertjes (lagerbusjes) voor de krukas te rollen
• Een paar druppels plantaardige olie (optioneel, om het opgewonden elastiek soepeler te laten draaien)
• Kniptang en buigtang
• Fijn hobbymesje
• Liniaal

Wat leer je?

• De principes van biomimicry en de vluchtmechanica van vogels en insecten doorgronden
• Een krukasmechanisme (roterende beweging omzetten in alternerende hefboombeweging) construeren
• Materiaalefficiëntie en gewichtsbesparing optimaliseren voor aerodynamische lift
• Het evenwicht tussen zwaartepunt, staartstabiliteit en vleugelhoek iteratief kalibreren

Stappenplan

Al eeuwenlang droomde Leonardo da Vinci ervan om te vliegen zoals een vogel: niet met vaste vleugels zoals een vliegtuig, maar met actief klapwiekende vleugels. In deze biomimicry-opdracht (gebaseerd op de Instructable 'Building an Ornithopter') bouwen leerlingen een ornithopter met een krukasmechanisme dat de opgeslagen energie van een opgewonden elastiek omzet in een op-en-neergaande vleugelslag.

1. 1

   Het materiaal snijden. Zaag van balsahout de onderdelen op maat: een motorstok, een voorste verticale verbindingsstang en twee dunnere verbindingsstangen, volgens de bouwtekening.

2. 2

   De romp bouwen. Buig een haakje in de achterste ophangdraad voor het elastiek en steek die door het midden van de motorstok. Buig de draad in twee rechte hoeken en zet hem vast met secondelijm (CA-lijm); versterk de verbinding extra.

3. 3

   Papieren lagerbusjes rollen. Rol om een stukje muziekdraad (piano-draad) als mal kleine kokertjes van papier, lijm ze met CA-lijm en snijd ze in korte stukjes: deze dienen straks als wrijvingsarme lagertjes voor de krukas.

4. 4

   De krukas buigen en monteren. Buig met een buigtang de krukasdraad, steek hem door het gelijmde papieren kokertje, maak in het midden een knik van 60 graden en rijg er drie kraaltjes op als lagers.

5. 5

   De vleugelspanten maken. Buig muziekdraad tot vleugelspanten, steek ze door de vleugelstaaf, lijm ze vast met CA-lijm en versterk de verbinding met een laagje tissuepapier gedrenkt in lijm.

6. 6

   De staart bouwen. Lijm balsahouten staafjes tot een T-vorm, versterk de verbinding met tissuepapier en lijm, en steek het uiteinde van de staartophangdraad van de romp in het balsa staartdeel.

7. 7

   De drijfstangen maken. Verhard de uiteinden van de verbindingsstangen met een laagje secondelijm en maak in elke stang twee gaatjes voor de muziekdraad, vlak bij elk uiteinde.

8. 8

   De vleugels uitknippen. Knip de vleugelvorm uit dun tissuepapier volgens het patroon.

9. 9

   Alles samenbouwen. Lijm de tissuepapieren vleugels op de vleugelspanten, lijm de tissuepapieren staart op het balsa T-frame en verbind de drijfstangen met de vleugelspant-draden en de krukas. Stel de lengte van de verbindingsstangen zorgvuldig af zodat de vleugels soepel op en neer bewegen.

10. 10

    De eerste vlucht. Span een elastiek tussen de voorste en achterste ophaakjes. Draai de krukas 30 tot 35 slagen rond om het elastiek op te winden (optioneel: wrijf er een klein beetje plantaardige olie op voor een soepelere werking). Houd de neus van de ornithopter licht omhoog en laat hem voorzichtig los. Pas daarna gewicht, vleugelvorm of krukas aan om de vlucht te verbeteren.

Voorbeelden