Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа №41 с. Аксаково
муниципального района Белебеевский район
I. Введение ______________________________________________стр.3-4
II . История возникновения авиации _______________________стр.4-7
III ________стр.7-10
IV .Практическая часть: Организация выставки моделей
самолетов из разных материалов и проведение
исследований _______________________________________стр.10-11
V . Заключение __________________________________________ стр.12
V I. Список литературы . _________________________________ стр.12
V II. Приложение
I .Введение.
Актуальность: «Человек не птица, а летать стремится»
Так уж сложилось, что человека всегда тянуло к небу. Люди пытались сделать себе крылья, позже летательные аппараты. И их старания оправдались, они смогли все-таки взлететь Появление самолетов ничуть не уменьшило актуальность древнего желания.. В современном мире летательные аппараты заняли почетное место, они помогают людям преодолевать большие расстояния, перевозят почту, лекарства, гуманитарную помощь , тушат пожары и спасают людей. Так кто же построил и совершил на нем управляемый полет? Кто сделал этот столь важный для человечества шаг, ставший началом новой эры, эры авиации?
Изучение данной темы я считаю интересной и актуальной
Цель работы: изучить историю авиации и историю появления первых бумажных самолетиков, исследовать модели бумажных самолётиков
Задачи исследования:
Александр Федорович Можайский построил в 1882 году «воздухоплавательный снаряд». Так было написано в патенте на него в 1881 году. Кстати, патент на самолет тоже был первым в мире! Братья Райт запатентовали свой аппарат только в 1905 году. Можайский создал настоящий самолет со всеми полагающимися ему частями: фюзеляжем, крылом, силовой установкой из двух паровых машин и трех воздушных винтов, шасси, хвостовым оперением. Он был гораздо более похож на современный самолет, чем аэроплан братьев Райт.
Взлет самолета Можайского (с рисунка известного летчика К. Арцеулова)
специально построенному наклонному деревянному настилу, взлетел, пролетел определенное расстояние и благополучно приземлился. Результат, конечно, скромный. Но возможность полетов на аппарате тяжелее воздуха была очевидно доказана. Дальнейшие расчеты показали, что для полноценного полета самолету Можайского просто не хватало мощности силовой установки. Через три года он умер, а сам долгие годы простоял в Красном селе под открытым небом. Потом его перевезли под Вологду в имение Можайских и уже там он сгорел в 1895 году. Ну, что тут скажешь. Очень жаль…
III . История появления первых бумажных самолетов
Наиболее распространённая версия времени изобретения и имени изобретателя - 1930 год, Нортроп - сооснователь компании Lockheed Corporation. Нортроп использовал бумажные самолётики для тестирования новых идей при конструкцииреальных самолётов. Несмотря на кажущуюся несерьезность этого занятия, оказалось, что пускание самолетиков - целая наука. Родилась она в 1930 году, когда Джек Нортроп - сооснователь компании Lockheed Corporation, использовал бумажные самолётики для тестирования новых идей при конструкции реальных самолётов.
А спортивные состязания по запусканию самолетиков из бумаги Red Bull Paper Wings проходят на мировом уровне. Придумал их британец Энди Чиплинг. Многие годы он с друзьями занимался созданием бумажных моделей и в конце-концов в 1989 году основал Ассоциацию Бумажного Авиастроения. Именно он написал свод правил по запуску бумажных самолетов. Для создания самолетика должен использоваться лист бумаги формата А-4. Все манипуляции с самолетиком должны заключаться в сгибании бумаги - не разрешается его резать или клеить, а также использовать инородные предметы для фиксации (скрепки и т. п.). Правила соревнований очень простые - команды состязаются по трем дисциплинам (дальность полета, время полета и аэробатика - зрелищное шоу).
Чемпионат мира по запусканию бумажных самолетиков впервые состоялся в 2006 году. Он проходит раз в три года в Зальцбурге, в огромном стеклянно-сферической формы здании, которое называется «Ангар-7». 
Самолетик Планер, хоть и выглядит совершенным раскорякой, хорошо планирует, поэтому на чемпионате мира пилоты из некоторых стран запускали его в соревновании на самое долгое время полета. Важно бросать его не вперед, а вверх. Тогда он будет плавно и долго спускаться. Такой самолет уж точно не нужно запускать дважды, любая деформация для него смертельна. Мировой рекорд планирования сейчас 27,6 секунды. Его установил американский пилот Кен Блекберн.
Во время работы нам встретились незнакомые слова, которыми пользуются при конструировании. Мы заглянули в энциклопедический словарь, вот что мы узнали:
Словарь терминов.
Авиетка -самолёт небольших размеров с двигателем малой мощности (мощность двигателя не превышает 100 лошадиных сил), обычно одно - или двухместный.
Стабилизатор – одна из горизонтальных плоскостей, которая обеспечивает устойчивость самолёта.
Киль - это вертикальная плоскость, обеспечивающая устойчивость самолета.
Фюзеляж -корпус летательного аппарата, служащий для размещения экипажа, пассажиров, грузов и оборудования; связывает между собой крыло, оперение, иногда шасси и силовую установку.
IV . Практическая часть:
Организация выставки моделей самолетов из разных материалов и проведение испытаний .
Ну, кто из детей не делал самолетиков? По-моему таких людей очень тяжело найти. Доставляло огромную радость запускать эти бумажные модели, а делать – интересно и просто. Потому что бумажный самолет очень прост в изготовлении и не требует затрат на материалы. Все что нужно для такого самолета – взять лист бумаги, и потратив несколько секунд, стать победителем двора, школы или офиса в соревнованиях на самый дальний или самый долгий полет
Мы тоже сделали наш первый самолётик – Малыш на уроке технологии и запускали их прямо в классе на перемене. Было очень интересно и весело.
Домашнее задание у нас было сделать или нарисовать модель самолета из любого
материала. Мы организовали выставку наших самолетов, где выступили все ученики. Там были нарисованные самолеты:красками, карандашами. Аппликация из салфеток и цветной бумаги, модели самолетов из дерева, картона, 20 спичечных коробков, пластиковой бутылки.
Нам захотелось узнать больше о самолетах, а Людмила Геннадьевна предложила узнать одной группе учеников кто же построил и совершил на нем управляемый полет, а другой - историю появления первых бумажных самолетов . Все сведения о самолетах мы нашли в интернете. Когда мы узнали о соревнованиях по запусканию бумажных самолетиков, мы тоже решили провести такие соревнования на самую длинную дистанцию и самое долгое планирование.
Для участия мы решили сделать самолетики: «Дротик», «Планер», «Малыш», «Стрела», а я сам придумал самолетик « Сокол» (схемы самолетов в приложении №1-5).
Запускали модели 2 раза. Победил самолетик - «Дротик», он пролеметров.
Запускали модели 2 раза. Победил самолетик - «Планер», он находился в воздухе 5 секунд.
Запускали модели 2 раза. Победил самолетик, сделанный из офисной
бумаги, он пролетел 11метров.
Вывод: Таким образом, наша гипотеза подтвердилась: дальше всех пролетел «Дротик» (15метров), дольше всех находился в воздухе «Планер» (5секунд), лучше всего самолетики летают, сделанные из офисной бумаги.
Но нам так понравилось узнавать все новое и новое, что мы в интернете нашли новую модель самолета из модулей. Работа, конечно, кропотливая - требует аккуратности, усидчивости, но очень интересная, особенно собирать. Мы для самолета сделали 2000 модулей. Авиаконструктор" href="/text/category/aviakonstruktor/" rel="bookmark">авиаконструктором и сконструирует самолет, на котором будут летать люди.
V I. Список литературы:
1.http://ru. wikipedia. org/wiki/Бумажный самолётик...
2. http://www. *****/news/detail
3 http://ru. wikipedia. org›wiki/Самолёт_Можайского
4. http://www. ›200711.htm
5. http://www. *****›avia/8259.html
6. http:// ru. wikipedia. org›wiki/Братья_Райт
7. http:// locals. md›2012 /stan-chempionom-mira…samolyotikov/
8 http:// *****› из модулей МК самолёт
П Р И Л О Ж Е Н И Е
https://pandia.ru/text/78/230/images/image010_1.gif" width="710" height="1019 src=">
Являясь отцом практически выпускницы средней школы, был втянут в
смешную историю с неожиданным концом. В ней есть познавательная
часть и трогательная жизненно–политическая.
Пост накануне дня космонавтики. Физика бумажного самолета.
Незадолго перед новым годом, дочь решила проконтролировать собственную успеваемость и узнала, что физичка при заполнении журнала задним числом, наставила каких–то лишних четверок и полугодовая оценка висит между "5" и "4". Тут надо понимать, что физика в 11 классе - предмет, мягко говоря, непрофильный, все заняты дрессурой для поступления и страшным ЕГЭ, но на общий балл она влияет. Скрипя сердце, из педагогических соображений мною было отказано во вмешательстве - типа разберись сама. Она подсобралась, пришла на выяснение, переписала прямо тут же какую–то самостоятельную и получила полугодовую пятерку. Все бы ничего, но учительница попросила в рамках решения вопроса зарегистрироваться на Поволжскую научную конференцию (Казанский университет) в секцию "физика" и написать какой–нибудь доклад. Участие ученика в этой шняге идет в зачет при ежегодной аттестации учителей, ну и типа "тогда уж точно год закроем". Учительницу можно понять, нормальная, в общем–то, договоренность.
Ребенок подзагрузился, пошел в оргкомитет, взял правила участия. Поскольку девочка довольно ответственная, стала размышлять и придумывать какую–нибудь тему. Естесственно, обратилась за советом ко мне - ближайшему техническому интеллегенту постсоветской эпохи. В интернете нашелся список победителей прошлых конференций (там дают дипломы трех степеней), это нас соориентировало, но не помогло. Доклады представляли собой две разновидности, одна - "нанофильтры в нефтяных инновациях", вторая - "фотографии кристаллов и электронный метроном". По мне, так вторая разновидность нормальна - дети должны резать жабу, а не втирать очки под правительственные гранты, но у нас идей особо не прибавилось. Пришлось руководствоваться правилами, что–то вроде "предпочтение отдается самостоятельным работам и экспериментам."
Решили, что будем делать какой–нибудь смешной доклад, наглядный и
прикольный, без зауми и нанотехнологий - развеселим аудиторию,
участия нам достаточно. Времени было месяца полтора. Копипаст был
принципиально неприемлим. После некоторых размышлений, определились
с темой - "Физика бумажного самолетика". Я в свое время провел
детство в авиамоделизме, да и дочка любит самолеты, поэтому тема
более–менее близкая. Предстояло сделать законченое практическое
исследование физической направленности и, собственно, написать
работу. Далее я буду постить тезисы этой работы, некоторые
комментарии и иллюстрации/фото. В конце будет конец истории, что
логично. Если будет интересно, отвечу на вопросы уже развернутыми
фрагментами.
Оказалось, что у бумажного самолета есть хитрый срыв потока наверху крыла, который формирует изогнутую зону, похожую на полноценный аэродинамический профиль.
Для опытов взяли три разные модели.
Модель №1. Самая распространенная и общеизвестная конструкция. Как
правило, большинство представляет себе именно ее, когда слышит
выражение “бумажный самолет”.
Модель №2. “Стрела”, или “Копье”. Характерная модель с острым углом
крыла и предполагаемой высокой скоростью.
Модель №3. Модель с крылом большого удлинения. Особенная
конструкция, собирается по широкой стороне листа. Предполагается,
что она обладает хорошими аэродинамическими данными из–за крыла
большого удлинения.
Все самолеты собирались из одинаковых листов бумаги формата А4.
Масса каждого самолета - 5 грамм.
Для определения базовых параметров был проделан простейший
эксперимент - полет бумажного самолетика фиксировался видеокамерой
на фоне стены с нанесенной метрической разметкой. Поскольку
известен межкадровый интервал для видеосъемки (1/30 секунды), можно
легко вычислить скорость планирования. По падению высоты на
соответствующих кадрах находятся угол планирования и
аэродинамическое качество самолета.
В среднем, скорость самолетика - 5–6 м/с, что не так у ж и
мало.
Аэродинамическое качество - порядка 8.
Чтобы воссоздать условия полета, нам нужен ламинарный поток со
скоростью до 8 м/с и возможность измерить подъемную силу и
сопротивление. Классический способ таких исследований -
аэродинамическая труба. В нашем случае ситуация упрощается тем, что
сам самолетик имеет небольшие габариты и скорость и может быть
непосредственно помещен в трубу ограниченных
размеров.Следовательно, нам не мешает ситуация, когда продуваемая
модель существенно отличается по габаритам от оригинала, что, в
силу различия чисел Рейнольдса, требует компенсации при
измерениях.
При сечении трубы 300x200 мм и скорости потока - до 8 м/с нам
понадобится вентилятор с производительностью не менее 1000
куб.м/час. Для изменения скорости потока необходим регулятор
скорости двигателя, а для измерения - анемометр с соответствующей
точностью. Измеритель скорости не обязательно должен быть цифровым,
вполне реально обойтись отклоняемой пластиной с градуировкой по
углу или жидкостным анемометром, который имеет большую
точность.
Аэродинамическую труба известна достаточно давно, ее применял в исследованиях еще Можайский, а Циолковский и Жуковский уже детально разработали современную технику эксперимента, которая принципиально не изменилась.
Настольная аэродинамическая труба была реализована на основе достаточно мощного промышленного вентилятора. За вентилятором расположены взаимно перпендикулярные пластины, спрямляющие поток перед попаданием в измерительную камеру. Окна в измерительной камеры снабжены стеклами. В нижней стенке прорезано прямоугольное отверстие для держателей. Непосредственно в измерительной камере установлена крыльчатка цифрового анемометра для измерения скорости потока. Труба имеет небольшое сужение на выходе для “подпора” потока, позволяющее снизить турбулентность ценой уменьшения скорости. Частота вращения вентилятора регулируется простейшим бытовым электронным регулятором.
Характеристики трубы оказались хуже расчетных, главным образом из–за несоответствия производительности вентилятора паспортным характеристикам. Подпор потока тоже снизил скорость в зоне измерений на 0.5 м/с. В результате максимальная скорость - чуть выше 5 м/с, что, тем не менее, оказалось достаточным.
Число Рейнольдса для трубы:
Re = VLρ/η = VL/ν
V (скорость) = 5м/c
L (характеристика)= 250мм = 0,25м
ν (коэф (плотность/ вязскость)) = 0,000014 м^2/с
Re = 1,25/ 0,000014 = 89285,7143
Для измерений сил, действующих на самолет использовались
элементарные аэродинамические весы с двумя степенями свободы на
основе пары электронных ювелирных весов с точностью 0.01 грамм.
Самолет фиксировался на двух стойках под нужным углом и
устанавливался на платформу первых весов. Те, в свою очередь,
размещались на подвижной площадке с рычажной передачей
горизонтального усилия на вторые весы.
Измерения показали, что точность вполне достаточна для базовых
режимов. Однако, было сложно фиксировать угол, поэтому лучше
разработать соответствующую схему крепления с разметкой.
При продувке моделей измерялись два основных параметра - сила сопротивления и подъемная сила в зависимости от скорости потока при заданном угле. Было построено семейство характеристик с достаточно реалистичными значениями, позволяющие описать поведение каждого самолета. Результаты сведены в графики с дальнейшим нормированием масштаба относительно скорости.
Модель №1.
Золотая середина. Конструкция максимально соответствует материалу -
бумаге. Прочность крыльев соответствует длине, развесовка
оптимальна, поэтому правильно сложенный самолет хорошо
выравнивается и плавно летит. Именно сочетание таких качеств и
легкость сборки сделало эту конструкцию такой популярной. Скорость
меньше, чем у второй модели, но больше, чем у третьей. На больших
скоростях уже начинает мешать широкий хвост, до этого прекрасно
стабилизирующий модель.
Модель №2.
Модель с наихудшими летными характеристиками. Большая
стреловидность и короткие крылья призваны лучше работать на высоких
скоростях, что и происходит, но подъемная сила растет недостаточно
и самолет действительно летит как копье. Кроме того, он не
стабилизируется в полете должным образом.
Модель №3.
Представитель “инженерной” школы - модель специально задумывалась
со специальными характеристиками. Крылья большого удлинения
действительно работают лучше, но сопротивление растет очень быстро
- самолет летает медленно и не терпит ускорений. Для компенсации
недостаточной жесткости бумаги используются многочисленные складки
в носке крыла, что тоже увеличивает сопротивление. Тем не менее,
модель очень показательна и летает хорошо.
Некоторые результаты по визуализации вихрей
Если внести в поток источник дыма, то можно увидеть и
сфотографировать потоки, огибающие крыло. В нашем распоряжении не
было специальных генераторов дыма, мы использовали палочки
благовоний. Для увеличения контраста использовался фильтр для
обработки фотографий. Скорость потока также уменьшалась, поскольку
плотность дыма была невысока.
Формирование потока на передней кромке крыла.
Турбулентный “хвост”.
Также потоки можно исследовать с помощью коротких нитей, приклеиваемых на крыло, либо тонким щупом с ниткой на конце.
Понятно, что бумажный самолетик - это в первую очередь просто источник радости и прекрасная иллюстрация для первого шага в небо. Сходный принцип парения на практике используют только белки–летяги, не имеющие большого народно–хозяйственного значения, по крайней мере, в нашей полосе.
Более практичным подобием бумажному самолету является “Wing suite” - костюм–крыло для парашютистов, позволяющий осуществлять горизонтальный полет. Кстати, аэродинамическое качество такого костюма меньше, чем у бумажного самолета - не больше 3–х.
Я придумал тему, план - на 70 процентов, редактирование теории,
железяки, общее редактирование, план выступления.
Она - всю теорию собрала, вплоть до перевода статей, измерения
(весьма трудоемкие, кстати), рисунки/графики, текст, литературу,
презентацию, доклад (было много вопросов).
Я пропускаю раздел, где в общем виде рассматриваются задачи анализа и синтеза, позволяющие построить обратную последовательность - конструирование самолетика по заданным характеристикам.
С учетом проведенной работы мы можем нанести на mind map раскраску, индицирующую выполнение поставленных задач. Зелёным цветом здесь обозначены пункты, которые находятся на удовлетворительном уровне, светло–зеленым - вопросы, которые имеют некоторые ограничения, желтым - области затронутые, но не разработанные в должной мере, красным - перспективные, нуждающиеся в дополнительном исследовании (финансирование приветствуется).
Месяц пролетел незаметно - дочь копала интернет, гоняла трубу на столе. Весы косячили, самолетики сдувало мимо теории. На выходе получилось страниц 30 приличного текста с фотографиями и графиками. Работа была отправлена на заочный тур (всего несколько тысяч работ во всех секциях). Еще через месяц, о ужас, вывесили список очных докладов, где наш соседствовал с остальными нанокрокодилами. Ребенок горестно вздохнул и принялся лепить презентацию на 10 минут. Сразу исключили зачитывание - выступать, так живо и осмысленно. Перед мероприятием устроили прогон с хронометражом и протестами. Утром невыспавшаяся докладчица с правильным ощущением "ничего не помню и не знаю" попилила в КГУ.
К концу дня я начал волноваться, ни ответа - ни привета. Появилось такое шаткое состояние, когда не понимаешь - рискованная шутка удалась или нет. Не хотелось, чтобы подростку как–то вышла боком это история. Оказалось, что все затянулось и ее доклад пришелся аж на 4 вечера. Ребенок прислал смс - "все рассказала, жюри смеется". Ну, думаю, ладно, спасибо хоть не ругают. И еще через час примерно - "диплом первой степени". Вот это было совершенно неожиданно.
Мы думали о чем угодно, но на фоне совершенно дикого прессинга лоббированных тем и участников получить первый приз за хорошую, но неформатную работу - это что–то из совсем забытого времени. После уже она рассказала, что жюри (достаточно авторитетное, кстати, не меньше кфмн) молниеносно прибивало зомбированных нанотехнологов. Видать, все так наелись в научных кругах, что безоговорочно выставили негласный заслон мракобесию. Доходило до смешного - бедный ребенок зачитывал какие–то дикие научизмы, но не мог ответить в чем измерялся угол при его экспериментах. Влиятельные научные руководители слегка бледнели (но быстро восстанавливались), для меня загадка - зачем им было устраивать такое позорище, да еще и за счет детей. В итоге, все призовые места раздали славным ребятам с нормальными живыми глазами и хорошими темами. Второй диплом, например, получила девочка с моделью двигателя Стирлинга, которая бойко его запускала на кафедре, шустро меняла режимы и осмысленно комментировала всякие ситуации. Еще один диплом дали парню, который сидел на университетском телескопе и что–то там высматривал под руководством профессора, который однозначно не допускал никаких посторонних "помощей". В меня же эта история вселила некоторую надежду. В то, что есть воля обычных, нормальных людей к нормальному порядку вещей. Не привычка к предрешенной несправедливости, а готовность к усилиям по ее восстановлению.
На следующий день, на награждении, к призерам подошел председатель приемной коммисии и сказал, что все они досрочно зачислены на физфак КГУ. Если они захотят поступить, то просто должны принести документы вне конкурса. Эта льгота, кстати, реально существовала когда–то, но сейчас она официально отменена, также как отменены дополнительные преференции медалистам и олимпиадчикам (кроме, кажется, победителей российских олимпиад). То есть - это была чистая инициатива ученого совета. Понятно, что сейчас кризис абитуриентов и на физику не рвутся, с другой стороны - это один из самых нормальных факультетов с хорошим еще уровнем. Так, исправляя четверку, ребенок оказался в первой строке зачисленных. Уж как она этим распорядится - не представляю, узнаю - отпишу.
А потянула бы дочь такую работу одна?
Она тоже спрашивала - типа пап, я ведь не сама все сделала.
Моя версия такая. Ты все сделала сама, понимаешь что написано на
каждой странице и ответишь на любой вопрос - да. Знаешь об области
больше присутствующих тут и знакомых - да. Поняла общую технологию
научного эксперимента от зарождения идеи до результата + побочные
исследования - да. Проделала значительную работу - несомненно.
Выдвинула эту работу на общих основаниях без протекции - да.
Защитила - ок. Жюри квалифицированное - без сомнения. Тогда это
твоя награда за конференцию школьников.
Я - инженер–акустик, небольшая инженерная компания, системотехнику в авиационном заканчивал, еще учился потом.
Человек полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума.
(Н. Е. Жуковский)
Почему и как летает самолет Почему могут летать птицы несмотря на то что они тяжелее воздуха? Какие силы поднимают огромный пассажирский самолет, который может летать быстрее, выше и дальше любой птицы, ведь крылья его неподвижны? Почему планер, не имеющий мотора, может парить в воздухе? На все эти и многие другие вопросы дает ответ аэродинамика - наука, изучающая законы взаимодействия воздуха с движущимися в нем телами.
В развитии аэродинамики у нас в стране выдающуюся роль сыграл профессор Николай Егорович Жуковский (1847 -1921) - «отец русской авиации», как назвал его В. И. Ленин. Заслуга Жуковского состоит в том, что он первый объяснил образование подъемной силы крыла и сформулировал теорему для вычисления этой силы. Жуковский не только открыл законы, лежащие в основе теории полета, но и подготовил почву для бурного развития авиации в нашей стране.
При полёте на любой самолёт действуют четыре силы , сочетание которых не даёт ему упасть:
Сила тяжести - постоянная сила, которая притягивает самолёт к земле.
Сила тяги , которая исходит от двигателя и двигает самолёт вперёд.
Сила сопротивления , противоположная силе тяги и вызывается трением, замедляя самолёт и уменьшая подъёмную силу крыльев.
Подъёмная сила , которая образуется тогда, когда воздух, движущийся над крылом, создаёт пониженное давление. Подчиняясь законам аэродинамики, поднимаются в воздух все летательные аппараты, начиная с легких спортивных самолетов
Все самолёты на первый взгляд очень похожи, но если присмотреться, то можно найти в них отличия. Они могут отличаться крыльями, хвостовым опереньем, строением фюзеляжа. От этого зависит их скорость, высота полёта, и прочие манёвры. И у каждого самолёта только своя пара крыльев.
Чтобы полететь, не нужно размахивать крыльями, нужно заставить их двигаться относительно воздуха. А для этого крылу нужно просто сообщить горизонтальную скорость. От взаимодействия крыла с воздухом возникнет подъёмная сила, и, как только её величина окажется больше величины веса самого крыла и всего, что с ним связано, начнётся полёт. Дело остается за малым: сделать подходящее крыло и суметь разогнать его до необходимой скорости.
Наблюдательные люди очень давно заметили, что у птиц крылья не плоские. Рассмотрим крыло, у которого нижняя поверхность плоская, а верхняя - выпуклая.
Поток воздуха, набегающий на переднюю кромку крыла, делится на две части: одна обтекает крыло снизу, другая - сверху. Сверху воздуху приходится пройти путь несколько больший, чем снизу, следовательно, сверху скорость воздуха будет тоже чуть больше, чем снизу. Известно, что с увеличением скорости давление в потоке газа падает. Вот и здесь давление воздуха под крылом оказывается выше, чем над ним. Разница давлений направлена вверх, вот вам и подъёмная сила. А если добавить угол атаки, то подъёмная сила ещё увеличится.
Как летит настоящий самолет?
Настоящее крыло самолета имеет каплевидную форму, за счет этого воздух, проходящий сверху крыла, двигается быстрее по сравнению с воздухом, проходящим внизу крыла. Эта разница в воздушных потоках создает подъемную силу и самолет летит.
А основополагающая идея здесь такова: воздушный поток разрезается надвое передней кромкой крыла, и часть его обтекает крыло вдоль верхней поверхности, а вторая часть - вдоль нижней. Чтобы двум потокам сомкнуться за задней кромкой крыла, не образуя вакуума, воздух, обтекающий верхнюю поверхность крыла, должен двигаться быстрее относительно самолета, чем воздух, обтекающий нижнюю поверхность, поскольку ему нужно преодолеть большее расстояние.
Низкое давление сверху втягивает крыло на себя, а более высокое снизу подталкивает его вверх. Крыло поднимается. И если подъемная сила превышает вес самолета, то и сам самолет зависает в воздухе.
У бумажных самолётов нет профильных крыльев, так как же они летают? Подъёмную силу создаёт угол атаки их плоских крыльев. Даже в случае плоских крыльев можно заметить, что воздух, движущийся над крылом проходит немного больший путь (и движется быстрее). Подъёмную силу создаёт то же самое давление, что и у профильных крыльев, но, конечно, эта разница в давлении не столь велика.
Угол атаки самолета - угол между направлением скорости набегающего на тело потока воздуха и характерным продольным направлением, выбранным на теле, например у самолета это будет хорда крыла, - продольная строительная ось, у снаряда или ракеты - их ось симметрии.
Прямое крыло
Достоинством прямого крыла является его высокий коэффициент подъемной силы это позволяет существенно увеличивать удельную нагрузку на крыло, а значит, уменьшать габариты и массу, не опасаясь значительного увеличения скорости взлета и посадки.
Недостатком, предопределяющим непригодность такого крыла при сверхзвуковых скоростях полета, является резкое увеличение лобового сопротивления самолета
Треугольное крыло
Треугольное крыло жёстче и легче прямого и чаще всего используется при сверхзвуковых скоростях. Применение треугольного крыла определяется главным образом прочностными и конструктивными соображениями. Недостатками треугольного крыла являются возникновение и развитие волнового кризиса.
ВЫВОД
Если при моделировании изменять форму крыла и носа бумажного самолетика, то может измениться дальность и продолжительность его полета
Крылья бумажного самолета - плоские. Чтобы обеспечить разницу в воздушных потоках сверху и снизу крыла (чтобы образовалась подъемная сила) оно должно быть наклонено на определенный угод (угол атаки).
Самолеты для максимально длительных полетов не отличаются жесткостью, зато имеют большой размах крыльев, хорошо сбалансированы.
Панаиотов Георгий
Цель работы: Сконструировать самолеты, обладающие следующими характеристиками: максимальной дальностью и длительностью полета.
Задачи:
Проанализировать информацию, полученную из первоисточников;
Изучить элементы древнего восточного искусства аэрогами;
Познакомиться с основами аэродинамики, технологии конструирования летательных аппаратов из бумаги;
Провести испытания сконструированных моделей;
Выработать навыки правильного, результативного запуска моделей;
Скачать:
Предварительный просмотр:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Исследовательская работа « Исследование летательных свойств различных моделей бумажных самолетов»
Гипотеза: можно предположить, что лётные характеристики самолёта зависят от его формы.
Опыт № 1 « Принцип создания крыла» Воздух, перемещающийся по верхней поверхности полоски, оказывает меньшее давление, чем неподвижный воздух, находящийся под полоской. Он и поднимает полоску вверх.
Опыт № 2 Движущийся воздух оказывает меньшее давление, чем неподвижный воздух, который находится под листом.
Опыт № 3 «Дуновение» Неподвижный воздух по краям полосок оказывает более сильное давление, чем движущийся воздух между ними. Разность давления и толкает полоски друг к другу.
Испытания: Модель № 1 Попытка Дальность №1 6м 40см №2 10м 45см №3 8м
Испытания: Модель № 2 Попытка Дальность №1 10м 20см №2 14м №3 16м 90см
Испытания: Модель № 3 Попытка Дальность №1 13м 50см №2 12м №3 13м
Испытания: Модель № 4 Попытка Дальность № 1 13м 60см № 2 19м 70см № 3 21м 60см
Испытания: Модель № 5 Попытка Дальность № 1 9м 20см № 2 13м 20см № 3 10м 60см
Результаты испытаний: Чемпион в дальности полёта Модель № 4 Чемпион во времени нахождения в воздухе Модель №5
Вывод: Лётные характеристики самолёта зависят от его формы.
Предварительный просмотр:
Введение
Каждый раз, когда я вижу самолет – взмывающую в небо серебряную птицу, – я восхищаюсь мощью, с которой он легко преодолевает земное притяжение и бороздит небесный океан и задаю себе вопросы:
- Как должно быть устроено крыло самолета, чтобы выдержать большой груз?
- Какой должна быть оптимальная форма крыла, рассекающего воздух?
- Какие характеристики ветра помогают самолету в его полете?
- Какую скорость может развивать самолет?
Человек всегда мечтал подняться в небо «как птица» и издревле пытался воплотить свою мечту. В 20 веке авиация начала так быстро развиваться, что человечество не смогло сохранить многие подлинники этой сложной техники. Но многие образцы сохранились в музеях в виде уменьшенных макетов, дающих почти полное представление о реальных машинах.
Я выбрал эту тему, потому, что она помогает в жизни не только развить логическое техническое мышление, но и приобщиться к практическим навыкам работы с бумагой, материаловедением, технологией проектирования и конструирования летательных аппартаов. А самое главное - это создание своего самолёта.
Мы выдвинули гипотезу – можно предположить, что летные характеристики самолета зависят от его формы.
Мы использовали следующие методы исследования:
- Изучение научной литературы;
- Получение информации в сети Интернет;
- Непосредственное наблюдение, экспериментирование;
- Создание экспериментальных пилотных моделей самолетов;
Цель работы: Сконструировать самолеты, обладающие следующими характеристиками: максимальной дальностью и длительностью полета.
Задачи:
Проанализировать информацию, полученную из первоисточников;
Изучить элементы древнего восточного искусства аэрогами;
Познакомиться с основами аэродинамики, технологии конструирования летательных аппаратов из бумаги;
Провести испытания сконструированных моделей;
Выработать навыки правильного, результативного запуска моделей;
В основу моего исследования я взял одно из направлений японского искусства оригами - аэрогами (от яп. «гами» - бумага и лат. «аэро» - воздух).
Аэродинамика (от греческих слов aer – воздух и dinamis – сила) – это наука о силах, возникающих при движении тел в воздухе. Воздух, благодаря своим физическим свойствам, сопротивляется продвижению в нем твердых тел. При этом, между телами и воздухом возникают силы взаимодействия, которые и изучаются аэродинамикой.
Аэродинамика является теоретической основой современной авиации. Любой летательный аппарат, летит, подчиняясь законам аэродинамики. Поэтому для конструктора самолёта, знание основных законов аэродинамики, не только полезно, но и просто необходимо. Изучая законы аэродинамики, я провёл серию наблюдений и опытов: «Выбор формы летательного аппарата», «Принципы создания крыла», «Дуновение» и т. д.
Конструирование.
Сложить бумажный самолетик не так просто, как кажется. Действия должны быть уверенными и точными, сгибы – идеально прямыми и в нужных местах. Простые конструкции прощают ошибки, в сложной же пара неидеальных углов может завести процесс сборки в тупик. Кроме того, есть случаи, когда сгиб необходимо намеренно выполнить не очень точно.
Например, если на одном из последних шагов требуется сложить толстую многослойную конструкцию пополам, сгиб не получится, если не сделать поправку на толщину в самом начале складывания. Такие вещи не описываются в схемах, они приходят с опытом. А от симметрии и точной развесовки модели зависит, насколько хорошо она полетит.
Ключевой момент в «бумажной авиации» – расположение центра тяжести. Создавая различные конструкции, я предлагаю утяжелить нос самолета, разместив в нем больше бумаги, сформировать полноценные крылья, стабилизаторы, киль. Тогда бумажным самолетиком можно управлять, как настоящим.
Например, экспериментальным путём я выяснил, что скорость и траекторию полета можно корректировать, сгибая заднюю часть крыльев подобно настоящим закрылкам, слегка поворачивая бумажный киль. Такое управление лежит в основе «бумажной аэробатики».
Конструкции самолетов существенно различаются в зависимости от цели их постройки. К примеру, самолеты для полетов на большие дистанции по форме напоминают дротик – они такие же узкие, длинные, жесткие, с ярко выраженным смещением центра тяжести к носу. Самолеты для максимально длительных полетов не отличаются жесткостью, зато имеют большой размах крыльев, хорошо сбалансированы. Балансировка крайне важна для самолетов, запускаемых на улице. Они должны сохранять правильное положение, несмотря на дестабилизирующие колебания воздуха. Самолетам, запускаемым в помещении, полезно смещение центра тяжести к носу. Такие модели летают быстрее и стабильнее, их проще запускать.
Испытания
Для того чтобы достичь высоких результатов при запуске, необходимо овладеть правильной техникой броска.
- Чтобы отправить самолет на максимальную дистанцию, нужно как можно сильнее бросить его вперед и вверх под углом 45 градусов.
- В состязаниях на время полета следует забросить самолет на максимальную высоту, чтобы он дольше планировал вниз.
Запуск на открытом воздухе помимо дополнительных проблем (ветер) создает и дополнительные преимущества. Используя восходящие потоки воздуха, можно заставить самолет лететь невероятно далеко и долго. Сильный восходящий поток можно найти, к примеру, около большого многоэтажного дома: ударяясь о стену, ветер меняет направление на вертикальное. Более дружелюбную воздушную подушку можно отыскать в солнечный день на автомобильной парковке. Темный асфальт сильно нагревается, и горячий воздух над ним плавно поднимается вверх.
Основная часть
1.1 Наблюдения и опыты
Наблюдения
Выбор формы летательного аппарата. (Приложение 11)
Невероятные факты
Многие из нас видели, а может и делали бумажные самолетики и запускали их, глядя, как они парят в воздухе.
А задумывались ли вы, кто первым создал бумажный самолет и зачем?
Сегодня бумажные самолеты делают не только дети, но и серьезные авиастроительные компании - инженеры и дизайнеры.
Как, когда и для чего использовались и до сих пор используются бумажные самолетики, можно узнать здесь.
Немного исторических фактов, связанных с летательными аппаратами из бумаги
* Первый бумажный самолетик был создан около 2 000 лет назад. Считается, что первыми, кто придумал делать самолетики из бумаги, были китайцы, которые также увлекались созданием летающих змеев из папируса.
* Использовать бумагу для полетов решили и братья Монгольфье - Жозеф-Мишель и Жак-Этьенн. Именно они изобрели воздушный шар и использовали для этого бумагу. Произошло это в 18-м веке.
* Леонардо да Винчи писал об использовании бумаги для создания моделей орнитоптера (воздушное судно).
* В начале 20-го века, журналы, рассказывавшие о летательных аппаратах, использовали изображения бумажных самолетов для объяснения принципов аэродинамики.
Читайте также: Как сделать бумажный самолетик
* В своем стремлении построить первый летательный аппарат, способный перевозить человека, братья Райт использовали бумажные самолеты и крылья в аэродинамических туннелях.
* В 1930-х годах, английский художник и инженер Уоллис Ригби спроектировал свой первый бумажный самолет. Эта идея показалась интересной нескольким издательствам, которые начали с ним сотрудничать и публиковать его бумажные модели, которые довольно просто было собрать. Стоит отметить, что Ригби старался делать не просто интересные модели, но и летающие.
* Так же в начале 1930-х годов Джек Нортроп из Lockheed Corporation использовал несколько бумажных моделей самолетов и крыльев для тестирования. Это делалось перед созданием настоящих больших самолетов.
* Во время Второй мировой войны, правительства многих государств ограничивали использование таких материалов, как пластик, металл и дерево, так как они считались стратегически важными. Бумага стала общедоступной и очень популярной в индустрии игрушек. Именно это сделало бумажное моделирование популярным.
* В СССР бумажное моделирование было также очень популярно. В 1959 году вышла в свет книга П. Л. Анохина "Бумажные летающие модели". В итоге, эта книга, на многие годы стала очень популярной среди моделистов. В ней можно было узнать об истории самолетостроения, а также о бумажном моделировании. Все бумажные модели быль оригинальными, к примеру, можно было найти летающую модель из бумаги самолета "Як".
Необычные факты про бумажные модели самолетов
* Согласно Ассоциации бумажного самолетостроения, самолет из бумаги, запущенный в открытый космос, не будет летать, он будет планировать по прямой линии. Если самолетик из бумаги не столкнется с каким-нибудь предметом, он может вечно парить в космосе.
* Самый дорогостоящий бумажный самолет был использован в космическом челноке во время очередного полета в космос. Одной лишь стоимости топлива, использованного для доставки самолета в космос на челноке, достаточно, чтобы назвать этот бумажный самолет самым дорогим.
* Самый большой размах крыльев бумажного самолета составляет 12, 22 см. Самолет с такими крыльями смог пролететь почти 35 метров, перед тем, как столкнулся со стеной. Такой самолет был сделан группой студентов с Факультета авиа- и ракетостроения из Политехнического института в Дельфте, Нидерланды.
Запуск был проведен в 1995 году, когда самолет запустили внутри здания с платформы, высотой 3 метра. По правилам самолет должен был пролететь около 15 метров. Если бы не ограниченное пространство, он бы пролетел намного дальше.
* Ученые, инженеры и студенты используют бумажные самолетики для изучения аэродинамики. Национальное управление по воздухоплаванию и исследованию космического пространства (НАСА) отправила бумажный самолетик в космос на космическом челноке.
* Бумажные самолеты можно делать различных форм. Согласно рекордсмену Кену Блэкбурну (Ken Blackburn), самолетики, сделанные в форме буквы "X,", обруча или футуристического космического корабля, могут летать, как и простые бумажные самолеты, если их сделать правильно.
* Специалисты НАСА совместно с космонавтами провели мастер-класс для школьников в ангаре своего исследовательского центра в 1992 году. Вместе они строили большие бумажные самолеты, размах крыльев которых мог достигать 9-ти метров.
* Самый маленький бумажный оригами-самолетик был создан под микроскопом господином Наито из Японии. Он сложил самолетик из листа бумаги размером 2,9 кв. миллиметра. После изготовления, самолетик был помещен на кончик швейной иглы.
* Самый продолжительный полет бумажного самолета состоялся 19 декабря 2010 года, и был запущен он японцем Такуо Тода (Takuo Toda), который является главой Японской ассоциации самолетиков-оригами. Длительность полета его модели, запущенной в городе Фукуяма, префектура Хиросима, составила 29,2 секунды.
Как сделать самолетик Такуо Тода
Робот собирает бумажный самолет
