El hombre volará, confiando no en la fuerza de sus músculos, sino en la fuerza de su mente.
(N. E. Zhukovsky)
¿Por qué y cómo vuela un avión? ¿Por qué los pájaros pueden volar aunque sean más pesados que el aire? ¿Qué fuerzas levantan un enorme avión de pasajeros que puede volar más rápido, más alto y más lejos que cualquier pájaro, porque sus alas están inmóviles? ¿Por qué un planeador que no tiene motor puede volar en el aire? Todas estas y muchas otras preguntas son respondidas por la aerodinámica, una ciencia que estudia las leyes de interacción del aire con los cuerpos que se mueven en él.
En el desarrollo de la aerodinámica en nuestro país, el profesor Nikolai Egorovich Zhukovsky (1847 -1921), "el padre de la aviación rusa", como lo llamó V. I. Lenin, desempeñó un papel destacado. El mérito de Zhukovsky radica en el hecho de que fue el primero en explicar la formación de la fuerza de sustentación de un ala y formuló un teorema para calcular esta fuerza. Zhukovsky no solo descubrió las leyes subyacentes a la teoría del vuelo, sino que también allanó el camino para el rápido desarrollo de la aviación en nuestro país.
Al volar en cualquier avión hay cuatro fuerzas, cuya combinación no le permite caer:
Gravedad es la fuerza constante que tira del avión hacia el suelo.
Fuerza de tracción, que proviene del motor y mueve el avión hacia adelante.
fuerza de resistencia, opuesto a la fuerza de empuje y es causado por la fricción, ralentizando la aeronave y reduciendo la sustentación de las alas.
fuerza de elevación, que se forma cuando el aire que se mueve sobre el ala crea una presión reducida. Obedeciendo las leyes de la aerodinámica, todas las aeronaves se elevan en el aire, empezando por las avionetas deportivas
Todos los aviones a primera vista son muy similares, pero si miras de cerca, puedes encontrar diferencias en ellos. Pueden diferir en alas, cola, estructura del fuselaje. Su velocidad, altitud de vuelo y otras maniobras dependen de esto. Y cada avión tiene solo su propio par de alas.
Para volar, no necesitas batir tus alas, necesitas hacer que se muevan en relación con el aire. Y para esto, el ala solo necesita estar informada. velocidad horizontal. De la interacción del ala con el aire surgirá la sustentación, y tan pronto como su valor sea mayor que el peso del ala misma y todo lo relacionado con ella, comenzará el vuelo. El asunto sigue siendo pequeño: hacer un ala adecuada y poder acelerarla a la velocidad requerida.
La gente observadora notó hace mucho tiempo que las aves tienen alas que no son planas. Considere un ala cuya superficie inferior es plana y su superficie superior es convexa.
El flujo de aire en el borde de ataque del ala se divide en dos partes: una fluye alrededor del ala desde abajo y la otra, desde arriba. Desde arriba, el aire tiene que ir un poco más largo que desde abajo, por lo tanto, desde arriba, la velocidad del aire también será ligeramente mayor que desde abajo. Se sabe que a medida que aumenta la velocidad, disminuye la presión en el flujo de gas. Aquí, también, la presión del aire debajo del ala es más alta que encima. La diferencia de presión se dirige hacia arriba, esa es la fuerza de elevación. Y si agrega el ángulo de ataque, la fuerza de elevación aumentará aún más.
¿Cómo vuela un avión real?
El ala de un avión real tiene forma de lágrima, lo que significa que el aire que pasa por encima del ala se mueve más rápido que el aire que pasa por la parte inferior del ala. Esta diferencia en corrientes de aire crea sustentación y el avión vuela.
Y la idea fundamental aquí es esta: el flujo de aire se corta en dos por el borde de ataque del ala, y una parte fluye alrededor del ala a lo largo de la superficie superior, y la otra parte a lo largo de la parte inferior. Para que las dos corrientes converjan detrás del borde de salida del ala sin crear un vacío, el aire que fluye alrededor de la superficie superior del ala debe moverse más rápido en relación con el avión que el aire que fluye alrededor de la superficie inferior, ya que tiene que recorrer una mayor distancia.
La presión baja desde arriba tira del ala hacia adentro, mientras que la presión más alta desde abajo la empuja hacia arriba. El ala sube. Y si la fuerza de sustentación excede el peso de la aeronave, entonces la aeronave cuelga en el aire.
A aviones de papel sin alas de perfil, entonces, ¿cómo vuelan? La sustentación es creada por el ángulo de ataque de sus alas planas. Incluso con alas planas, puede ver que el aire que se mueve sobre el ala viaja una distancia un poco más larga (y se mueve más rápido). La sustentación es creada por la misma presión que las alas de perfil, pero por supuesto esta diferencia de presión no es tan grande.
El ángulo de ataque de la aeronave es el ángulo entre la dirección de la velocidad del flujo de aire sobre el cuerpo y la dirección longitudinal característica elegida sobre el cuerpo, por ejemplo, para una aeronave será la cuerda del ala, es el eje de construcción longitudinal, para un proyectil o cohete es su eje de simetría.
ala recta
La ventaja de un ala recta es su alto coeficiente de sustentación, que le permite aumentar significativamente la carga específica en el ala y, por lo tanto, reducir el tamaño y el peso sin temor a un aumento significativo en la velocidad de despegue y aterrizaje.
La desventaja que predetermina la inadecuación de un ala de este tipo a velocidades de vuelo supersónicas es un fuerte aumento en la resistencia del avión.
ala delta
Un ala delta es más rígida y liviana que un ala recta y se usa con mayor frecuencia a velocidades supersónicas. El uso de un ala delta está determinado principalmente por consideraciones de diseño y resistencia. Las desventajas del ala delta son la aparición y el desarrollo de una crisis de olas.
CONCLUSIÓN
Si la forma del ala y la nariz de un avión de papel cambia durante el modelado, entonces el alcance y la duración de su vuelo pueden cambiar.
Alas avion de papel- plano. Para proporcionar una diferencia en el flujo de aire desde arriba y desde abajo del ala (para formar sustentación), debe inclinarse a un cierto ángulo (ángulo de ataque).
Los aviones para los vuelos más largos no son rígidos, pero tienen una gran envergadura y están bien equilibrados.
1. Introducción. Objetivo. Patrones generales de desarrollo del campo del conocimiento. La elección del objeto de estudio. mapa mental.
2. Física elemental del vuelo de planeadores (BS). Sistema de ecuaciones de fuerza.
9. Fotografías del resumen aerodinámico de las características del tubo, equilibrio aerodinámico.
10. Resultados de los experimentos.
12. Algunos resultados sobre la visualización de vórtices.
13. Relación entre parámetros y soluciones de diseño. Comparativa de opciones reducidas a un ala rectangular. La posición del centro aerodinámico y del centro de gravedad y las características de los modelos.
14. Planificación energéticamente eficiente. estabilización de vuelo. Táctica de récord mundial para la duración del vuelo.
18. Conclusión.
19. Lista de referencias.
1. Introducción. Objetivo. Patrones generales de desarrollo del campo del conocimiento. La elección del objeto de investigación. mapa mental.
El desarrollo de la física moderna, principalmente en su parte experimental y especialmente en los campos aplicados, procede de acuerdo con un patrón jerárquico pronunciado. Esto se debe a la necesidad de una concentración adicional de los recursos necesarios para lograr resultados, desde el soporte material de los experimentos hasta la distribución del trabajo entre institutos científicos especializados. Independientemente de si se lleva a cabo en nombre del estado, estructuras comerciales o incluso entusiastas, pero la planificación del desarrollo del campo del conocimiento, la gestión de la investigación científica es una realidad moderna.
El propósito de este trabajo no es solo establecer un experimento local, sino también un intento de ilustrar tecnología moderna organización científica en su nivel más simple.
Los primeros reflejos que preceden a la obra propiamente dicha suelen fijarse de forma libre, históricamente esto ocurre en las servilletas. Sin embargo, en la ciencia moderna, esta forma de presentación se llama mapeo mental, literalmente "esquema de pensamiento". Es un esquema en el que todo encaja en forma de formas geométricas. que pueden ser relevantes para el tema en cuestión. Estos conceptos están conectados por flechas que indican conexiones lógicas. Al principio, dicho esquema puede contener conceptos completamente diferentes y desiguales que son difíciles de combinar en un plan clásico. Sin embargo, esta diversidad le permite encontrar un lugar para conjeturas aleatorias e información no sistematizada.
Se eligió un avión de papel como objeto de investigación, algo familiar para todos desde la infancia. Se supuso que la realización de una serie de experimentos y la aplicación de los conceptos de la física elemental ayudarían a explicar las características del vuelo y también, quizás, harían posible formular principios generales construcción.
La recopilación preliminar de información mostró que el área no es tan simple como parecía al principio. De gran ayuda fue la investigación de Ken Blackburn, ingeniero aeroespacial, poseedor de cuatro récords mundiales (incluido el actual) de planificación del tiempo, que estableció con aviones de su propio diseño.
Con respecto a la tarea, el mapa mental se ve así:
Este es un esquema básico que representa la estructura prevista del estudio.
2. Física elemental del vuelo de planeadores. Sistema de ecuaciones para pesos.
Planificación - caso especial descenso de la aeronave sin la participación del empuje generado por el motor. Para aviones sin motor - planeadores, como un caso especial - aviones de papel, el planeo es el modo de vuelo principal.
El deslizamiento se lleva a cabo debido al equilibrio de los pesos entre sí y la fuerza aerodinámica, que a su vez consiste en fuerzas de sustentación y arrastre.
El diagrama vectorial de las fuerzas que actúan sobre la aeronave (planeador) durante el vuelo es el siguiente:
La condición para la planificación directa es la igualdad
La condición para la uniformidad en la planificación es la igualdad.
Así, para mantener una planificación rectilínea uniforme, se requieren ambas igualdades, el sistema
Y=GcosA
Q=GsinA
3. Profundizar en la teoría básica de la aerodinámica. laminar y turbulento. número de Reynolds.
La teoría aerodinámica moderna proporciona una comprensión más detallada del vuelo, basada en la descripción del comportamiento diferentes tipos flujos de aire, dependiendo de la naturaleza de la interacción de las moléculas. Hay dos tipos principales de flujos: laminar, cuando las partículas se mueven a lo largo de curvas suaves y paralelas, y turbulento, cuando se mezclan. Como regla, no hay situaciones con flujo idealmente laminar o puramente turbulento, la interacción de ambos crea una imagen real del funcionamiento del ala.
Si consideramos un objeto específico con características finitas: masa, dimensiones geométricas, las propiedades de flujo a nivel de interacción molecular se caracterizan por el número de Reynolds, que da un valor relativo y denota la relación entre los impulsos de fuerza y la viscosidad del fluido. Cómo más número, menor será la influencia de la viscosidad.
Re=VLρ/η=VL/ν
V (velocidad)
L (característica de tamaño)
ν (coeficiente (densidad/viscosidad)) = 0,000014 m^2/s para aire a temperatura normal.
Para un avión de papel, el número de Reynolds es aproximadamente 37 000.
Dado que el número de Reynolds es mucho más bajo que en los aviones reales, esto significa que la viscosidad del aire juega un papel mucho más importante, lo que resulta en una mayor resistencia y una menor sustentación.
4. Cómo funcionan las alas convencionales y planas.
Un ala plana desde el punto de vista de la física elemental es una placa ubicada en ángulo con respecto a una corriente de aire en movimiento. El aire es "lanzado" en ángulo hacia abajo, creando una fuerza de dirección opuesta. Esta es la fuerza aerodinámica total, que se puede representar como dos fuerzas: sustentación y arrastre. Tal interacción se explica fácilmente sobre la base de la tercera ley de Newton. Un ejemplo clásico de un ala reflectora plana es una cometa.
El comportamiento de una superficie aerodinámica convencional (plano-convexa) se explica por la aerodinámica clásica como la aparición de una fuerza de sustentación debida a la diferencia de velocidades de los fragmentos de flujo y, en consecuencia, a la diferencia de presiones por debajo y por encima del ala.
Un ala plana de papel en el flujo crea una zona de vórtice en la parte superior, que es como un perfil curvo. Es menos estable y eficiente que una carcasa dura, pero el mecanismo es el mismo.
La figura está tomada de la fuente (Ver referencias). Muestra la formación de un perfil aerodinámico debido a la turbulencia en la superficie superior del ala. También existe el concepto de capa de transición, en la que el flujo turbulento se vuelve laminar debido a la interacción de las capas de aire. Por encima del ala de un avión de papel, mide hasta 1 centímetro.
5. Resumen de tres diseños de aeronaves
Para el experimento se eligieron tres diseños diferentes de aviones de papel con diferentes características.
Modelo No. 1. El diseño más común y conocido. Por regla general, la mayoría lo imagina cuando escucha la expresión “avión de papel”.
Número de modelo 2. "Flecha" o "Lanza". Un modelo característico con un ángulo de ala pronunciado y una supuesta alta velocidad.
Número de modelo 3. Modelo con ala de alta relación de aspecto. Diseño especial, ensamblado en el lado ancho de la hoja. Se supone que tiene buenos datos aerodinámicos debido a la alta relación de aspecto del ala.
Todos los aviones fueron ensamblados a partir de las mismas hojas de papel con un peso específico de 80 gramos/m^2 en formato A4. La masa de cada avión es de 5 gramos.
6. Conjuntos de características, por qué son.
Para obtener parámetros característicos para cada diseño, es necesario determinar estos parámetros por sí mismos. La masa de todos los aviones es la misma: 5 gramos. Es bastante fácil medir la velocidad de planificación para cada estructura y ángulo. La relación entre la diferencia de altura y el rango correspondiente nos dará la relación sustentación-arrastre, esencialmente el mismo ángulo de planeo.
De interés es la medición de las fuerzas de sustentación y arrastre en diferentes ángulos de ataque del ala, la naturaleza de sus cambios en los regímenes de contorno. Esto permitirá caracterizar las estructuras en base a parámetros numéricos.
Por separado, es posible analizar los parámetros geométricos de los aviones de papel: la posición del centro aerodinámico y el centro de gravedad para diferentes formas de alas.
Al visualizar los flujos, puede lograr una representación visual de los procesos que ocurren en capas límite aire cerca de las superficies aerodinámicas.
7. Experimentos preliminares (cámara). Valores obtenidos de velocidad y relación sustentación-resistencia.
Para determinar los parámetros básicos, se hizo el experimento mas simple- el vuelo de un avión de papel fue grabado por una cámara de video contra el fondo de una pared con marcas métricas. Dado que se conoce el intervalo de fotogramas para la grabación de vídeo (1/30 de segundo), la velocidad de deslizamiento se puede calcular fácilmente. Según el descenso de altitud, el ángulo de planeo y la calidad aerodinámica de la aeronave se encuentran en los marcos correspondientes.
En promedio, la velocidad del avión es de 5-6 m / s, que no es tan poco.
Calidad aerodinámica - alrededor de 8.
8. Requisitos para el experimento, tarea de Ingeniería.
Para recrear las condiciones de vuelo, necesitamos un flujo laminar de hasta 8 m/s y la capacidad de medir la sustentación y la resistencia. El método clásico de investigación aerodinámica es el túnel de viento. En nuestro caso, la situación se simplifica por el hecho de que el propio avión es pequeño en tamaño y velocidad y puede colocarse directamente en un tubo de dimensiones limitadas.
Por lo tanto, no nos impide la situación en la que el modelo soplado difiere significativamente en las dimensiones del original, lo que, debido a la diferencia en los números de Reynolds, requiere una compensación durante las mediciones.
Con una sección de tubería de 300x200 mm y un caudal de hasta 8 m/s, necesitamos un ventilador con una capacidad de al menos 1000 metros cúbicos/hora. Para cambiar el caudal, se necesita un controlador de velocidad del motor y, para la medición, un anemómetro con la precisión adecuada. El medidor de velocidad no tiene que ser digital, es bastante posible funcionar con una placa desviada con graduaciones de ángulo o un anemómetro líquido, que tiene una mayor precisión.
El túnel de viento se conoce desde hace mucho tiempo, Mozhaisky lo usó en la investigación y Tsiolkovsky y Zhukovsky ya lo desarrollaron en detalle. tecnología moderna experimento, que no ha cambiado fundamentalmente.
Para medir la fuerza de arrastre y la fuerza de sustentación se utilizan balanzas aerodinámicas, que permiten determinar las fuerzas en varias direcciones (en nuestro caso, en dos).
9. Fotografías del túnel de viento. Descripción general de las características de la tubería, equilibrio aerodinámico.
El túnel de viento de escritorio se implementó sobre la base de un ventilador industrial suficientemente potente. Detrás del ventilador se ubican placas perpendiculares entre sí, que enderezan el flujo antes de ingresar a la cámara de medición. Las ventanas de la cámara de medición están equipadas con vidrio. Se corta un orificio rectangular para soportes en la pared inferior. Directamente en la cámara de medición, se instala un impulsor de anemómetro digital para medir la velocidad del flujo. La tubería tiene una ligera constricción en la salida para “impulsar” el flujo, lo que reduce la turbulencia a expensas de la reducción de la velocidad. La velocidad del ventilador se controla mediante un sencillo controlador electrónico doméstico.
Las características de la tubería resultaron ser peores que las calculadas, principalmente debido a la discrepancia entre el rendimiento del ventilador y las características del pasaporte. El impulso de flujo también redujo la velocidad en la zona de medición en 0,5 m/s. Como resultado velocidad máxima- ligeramente por encima de 5 m / s, que, sin embargo, resultó ser suficiente.
Número de Reynolds para tubería:
Re = VLρ/η = VL/ν
V (velocidad) = 5 m/s
L (característica) = 250 mm = 0,25 m
ν (factor (densidad/viscosidad)) = 0,000014 m2/s
Re = 1,25/ 0,000014 = 89285,7143
Para medir las fuerzas que actúan sobre la aeronave se utilizaron balanzas aerodinámicas elementales con dos grados de libertad basadas en un par de balanzas electrónicas de joyería con una precisión de 0,01 gramos. El avión se fijó en dos bastidores en ángulo recto y se montó en la plataforma de las primeras escalas. Éstos, a su vez, se colocaban sobre una plataforma móvil con una palanca de transmisión de fuerza horizontal a la segunda balanza.
Las mediciones han demostrado que la precisión es bastante suficiente para los modos básicos. Sin embargo, fue difícil fijar el ángulo, por lo que es mejor desarrollar un esquema de montaje apropiado con marcas.
10. Resultados de los experimentos.
Al purgar los modelos, se midieron dos parámetros principales: la fuerza de arrastre y la fuerza de elevación, dependiendo de la velocidad del flujo en ángulo dado. Se construyó una familia de características con valores suficientemente realistas para describir el comportamiento de cada aeronave. Los resultados se resumen en gráficos con una mayor normalización de la escala relativa a la velocidad.
11. Relaciones de curvas para tres modelos.
Modelo No. 1.
Medio dorado. El diseño corresponde al material - papel. La fuerza de las alas corresponde a la longitud, la distribución del peso es óptima, por lo que un avión correctamente plegado está bien alineado y vuela sin problemas. Es la combinación de tales cualidades y la facilidad de montaje lo que hizo que este diseño fuera tan popular. La velocidad es menor que el segundo modelo, pero más que el tercero. A altas velocidades, la cola ancha ya comienza a interferir, lo que anteriormente estabilizaba perfectamente el modelo.
Número de modelo 2.
Modelo con las peores características de vuelo. El barrido grande y las alas cortas están diseñados para funcionar mejor en altas velocidades, lo que sucede, pero el ascensor no crece lo suficiente y el avión realmente vuela como una lanza. Además, no se estabiliza correctamente en vuelo.
Número de modelo 3.
El representante de la escuela de "ingeniería": el modelo fue concebido con características especiales. Las alas de alta relación de aspecto funcionan mejor, pero la resistencia aumenta muy rápidamente: el avión vuela lentamente y no tolera la aceleración. Para compensar la falta de rigidez del papel se utilizan numerosos pliegues en la puntera del ala, lo que también aumenta la resistencia. Sin embargo, el modelo es muy revelador y vuela bien.
12. Algunos resultados sobre la visualización de vórtices
Si introduce una fuente de humo en el arroyo, puede ver y fotografiar los chorros que rodean el ala. No teníamos generadores de humo especiales a nuestra disposición, usábamos varitas de incienso. Para aumentar el contraste, se utilizó un filtro especial para el procesamiento de fotografías. El caudal también disminuyó porque la densidad del humo era baja.
Formación de flujo en el borde de ataque del ala.
Cola turbulenta.
Además, los flujos se pueden examinar usando hilos cortos pegados al ala, o con una sonda delgada con un hilo al final.
13. Relación entre parámetros y soluciones de diseño. Comparativa de opciones reducidas a un ala rectangular. La posición del centro aerodinámico y del centro de gravedad y las características de los modelos.
Ya se ha señalado que el papel como material tiene muchas limitaciones. Para bajas velocidades de vuelo, las alas largas y estrechas tienen mejor calidad. No es casualidad que los planeadores reales, especialmente los poseedores de récords, también tengan esas alas. Sin embargo, los aviones de papel tienen limitaciones tecnológicas y sus alas no son óptimas.
Para analizar la relación entre la geometría de los modelos y sus características de vuelo, es necesario convertir una forma compleja en un análogo rectangular mediante el método de transferencia de área. Mejor trato con eso programas de computador, lo que le permite representar diferentes modelos en forma universal. Después de las transformaciones, la descripción se reducirá a los parámetros básicos: envergadura, longitud de cuerda, centro aerodinámico.
La interconexión de estas cantidades y el centro de masa permitirá fijar los valores característicos para varios tipos comportamiento. Estos cálculos están más allá del alcance de este trabajo, pero se pueden hacer fácilmente. Sin embargo, se puede suponer que el centro de gravedad de un avión de papel con alas rectangulares está a una distancia de uno a cuatro desde el morro hasta la cola, para un avión con alas delta, en un segundo (el llamado punto neutral).
14. Planificación energéticamente eficiente. estabilización de vuelo.
Táctica de récord mundial para el tiempo de duración del vuelo.
Con base en las curvas de sustentación y resistencia, se puede encontrar un modo de vuelo energéticamente favorable con las menores pérdidas. Esto es ciertamente importante para los transatlánticos de largo alcance, pero también puede resultar útil en la aviación de papel. Al modernizar ligeramente el avión (doblar los bordes, redistribuir el peso), puede lograr mejores características de vuelo o, por el contrario, transferir el vuelo a un modo crítico.
En términos generales, los aviones de papel no cambian de características durante el vuelo, por lo que pueden prescindir de estabilizadores especiales. La cola, que crea resistencia, te permite desplazar el centro de gravedad hacia adelante. La rectitud de vuelo se mantiene por el plano vertical del pliegue y por la V transversal de las alas.
Estabilidad significa que la aeronave, cuando se desvía, tiende a volver a una posición neutral. El punto de la estabilidad del ángulo de planeo es que la aeronave mantendrá la misma velocidad. Cuanto más estable sea el avión, más más velocidad igual que el modelo #2. Pero esta tendencia debe reducirse: se debe usar la elevación, por lo que los mejores aviones de papel, en su mayor parte, tienen una estabilidad neutral, esta es la mejor combinación de cualidades.
Sin embargo, los regímenes establecidos no siempre son los mejores. El récord mundial del vuelo más largo se estableció con una táctica muy específica. En primer lugar, la salida del avión se realiza en línea recta vertical, simplemente se lanza sobre altura máxima. En segundo lugar, después de la estabilización en el punto superior debido a la posición relativa del centro de gravedad y el área efectiva del ala, el avión debe entrar en vuelo normal. En tercer lugar, la distribución del peso del avión no es normal: tiene una parte delantera subcargada, por lo tanto, debido a la gran resistencia que no compensa el peso, se desacelera muy rápidamente. Al mismo tiempo, la fuerza de sustentación del ala cae bruscamente, asiente hacia abajo y, al caer, acelera con un tirón, pero nuevamente disminuye la velocidad y se congela. Tales oscilaciones (cabración) se suavizan debido a la inercia en los puntos de desvanecimiento y, como resultado, el tiempo total que se pasa en el aire es más largo que el planeo uniforme normal.
15. Un poco sobre la síntesis de una estructura con características dadas.
Se supone que habiendo determinado los parámetros principales de un avión de papel, su relación y completando así la etapa de análisis, es posible proceder al problema de síntesis, basado en requisitos necesarios crear una nueva estructura. Empíricamente, los aficionados de todo el mundo hacen esto, la cantidad de diseños ha superado los 1000. Pero no existe una expresión numérica final para tal trabajo, al igual que no existen obstáculos especiales para realizar dicha investigación.
16. Analogías prácticas. Ardilla voladora. Suite de ala.
Está claro que un avión de papel es, ante todo, solo una fuente de alegría y una maravillosa ilustración para el primer paso hacia el cielo. En la práctica, solo las ardillas voladoras, que no tienen una gran importancia económica, al menos en nuestro carril, usan un principio similar de vuelo elevado.
Un equivalente más práctico de un avión de papel es el "Wing suite", un traje de alas para paracaidistas que permite el vuelo horizontal. Por cierto, la calidad aerodinámica de dicho traje es menor que la de un avión de papel, no más de 3.
17. Regrese al mapa mental. El nivel de desarrollo. Preguntas surgidas y opciones para un mayor desarrollo de la investigación.
Teniendo en cuenta el trabajo realizado, podemos aplicar un coloreado en el mapa mental indicando la finalización de las tareas. El color verde aquí indica puntos que se encuentran en un nivel satisfactorio, verde claro: problemas que tienen algunas limitaciones, amarillo: áreas afectadas, pero no desarrolladas en la medida necesaria, rojo: prometedor, que necesita investigación adicional.
18. Conclusión.
Como resultado del trabajo se estudió la base teórica del vuelo de los aviones de papel, se planificaron y realizaron experimentos que permitieron determinar los parámetros numéricos para diferentes diseños y las relaciones generales entre ellos. Los complejos mecanismos de vuelo también se ven afectados, desde el punto de vista de la aerodinámica moderna.
Se describen los principales parámetros que afectan el vuelo, se dan recomendaciones integrales.
En la parte general, se intentó sistematizar el campo de conocimiento a partir del mapa mental y se esbozaron las principales direcciones para futuras investigaciones.
19. Lista de referencias.
1. Aerodinámica de aviones de papel [Recurso electrónico] / Ken Blackburn - modo de acceso: http://www.paperplane.org/paero.htm, gratuito. - Zagl. de la pantalla - Yaz. inglés
2. A Schütt. Introducción a la física del vuelo. Traducción de G.A. Wolpert de la quinta edición alemana. - M.: Editorial Unida Científica y Técnica de la URSS NKTP. Edición de literatura técnica y teórica, 1938. - 208 p.
3. Stakhursky A. Para manos hábiles: Túnel de viento de escritorio. Estación Central para Jóvenes Técnicos que lleva el nombre de N.M. Shvernik - M.: Ministerio de Cultura de la URSS. Dirección General de la Industria Gráfica, 13ª Imprenta, 1956. - 8 p.
4. Merzlikin V. Modelos de planeadores controlados por radio. - M: Editorial DOSAAF URSS, 1982. - 160 p.
5. A. L. Stasenko. Física de vuelo. - M: Ciencias. Edición principal de literatura física y matemática, 1988, - 144 p.
Para hacer un avión de papel, necesitarás una hoja de papel rectangular, que puede ser blanca o de color. Si lo desea, puede utilizar un cuaderno, fotocopia, papel periódico o cualquier otro papel que esté disponible.
Es mejor elegir la densidad de la base para el futuro avión más cerca del promedio, para que vuele lejos y al mismo tiempo no sea demasiado difícil doblarlo (generalmente es difícil arreglar los pliegues en papel demasiado grueso y resultan desiguales).
Es mejor para los amantes del origami novatos comenzar con el modelo de avión más simple familiar para todos desde la infancia:
Para aquellos que no pudieron doblar el avión de acuerdo con las instrucciones, aquí hay un video tutorial:
Si te cansaste de esta opción en la escuela y quieres ampliar tus habilidades de construcción de aviones de papel, te diremos cómo realizar paso a paso dos variaciones simples del modelo anterior.
Instrucción fotográfica paso a paso.
Esquema de plegado
¿Quieres aprender a lanzar correctamente un avión de papel que acabas de hacer con tus propias manos? Luego lea atentamente las reglas de su manejo:
Si se siguen todas las reglas, pero el modelo aún no vuela como le gustaría, intente mejorarlo de la siguiente manera:
También llamamos su atención sobre una instrucción en video para la fabricación y prueba de un modelo interesante de un avión que es capaz no solo de volar lejos, sino también de un vuelo increíblemente largo:
Ahora que tiene confianza en sus habilidades y ya sabe plegar y lanzar aviones simples, ofrecemos instrucciones que le indicarán cómo hacer un avión de papel más complejo.
esquema de ejecución
Esquema de ejecución paso a paso
¡El luchador de papel está listo!
Instrucciones de fabricación:
Siguiendo las instrucciones de la foto y el video, puede hacer un avión de papel con sus propias manos en unos minutos, ¡jugar con él se convertirá en un pasatiempo agradable y entretenido para usted y sus hijos!
Hechos increíbles
Muchos de nosotros hemos visto, o tal vez hecho, aviones de papel y los hemos lanzado, viéndolos volar en el aire.
¿Alguna vez te has preguntado quién fue el primero en crear un avión de papel y por qué?
Hoy en día, los aviones de papel están hechos no solo por niños, sino también por empresas serias de fabricación de aviones: ingenieros y diseñadores.
Cómo, cuándo y para qué se usaron y todavía se usan los aviones de papel, puede averiguarlo aquí.
* El primer avión de papel se creó hace unos 2.000 años. Se cree que los primeros a los que se les ocurrió la idea de hacer aviones de papel fueron los chinos, a quienes también les gustaba crear cometas voladoras a partir de papiro.
* Los hermanos Montgolfier, Joseph-Michel y Jacques-Etienne, también decidieron utilizar papel para volar. ellos son los que inventaron Globo y papel usado para ello. Ocurrió en el siglo XVIII.
* Leonardo da Vinci escribió sobre el uso de papel para crear modelos de ornitópteros (aviones).
* A principios del siglo XX, las revistas de aviación usaban imágenes de aviones de papel para explicar los principios de la aerodinámica.
Ver también: Cómo hacer un avión de papel
* En su búsqueda para construir el primer avión que transportaba humanos, los hermanos Wright usaron aviones de papel y alas en túneles de viento.
* En la década de 1930, el artista e ingeniero inglés Wallis Rigby diseñó su primer avión de papel. Esta idea pareció interesante a varios editores, que comenzaron a cooperar con él y publicaron sus modelos en papel, que eran bastante fáciles de montar. Vale la pena señalar que Rigby intentó hacer no solo modelos interesantes, sino también voladores.
* También a principios de la década de 1930, Jack Northrop de Lockheed Corporation utilizó varios modelos de papel de aviones y alas para realizar pruebas. Esto se hizo antes de la creación de aviones realmente grandes.
* Durante la Segunda Guerra Mundial, muchos gobiernos restringieron el uso de materiales como el plástico, el metal y la madera por considerarlos estratégicamente importantes. El papel se ha vuelto común y muy popular en la industria del juguete. Esto es lo que hizo popular el modelado en papel.
* En la URSS, el modelado en papel también fue muy popular. En 1959, se publicó el libro de P. L. Anokhin "Paper Flying Models". Como resultado, este libro se hizo muy popular entre los modelistas durante muchos años. En él se podía aprender sobre la historia de la construcción de aeronaves, así como del modelado en papel. Todos los modelos de papel eran originales, por ejemplo, se podía encontrar un modelo de papel volador del avión Yak.
*Según la Paper Aircraft Association, un avión de papel lanzado por EVA no volará, se deslizará en línea recta. Si un avión de papel no choca con algún objeto, puede volar para siempre en el espacio.
* El avión de papel más caro se usó en el transbordador espacial durante el próximo vuelo al espacio. El costo del combustible utilizado para llevar el avión al espacio solo en el transbordador es suficiente para llamar a este avión de papel el más caro.
* La mayor envergadura de un avión de papel es de 12,22 cm. Un avión con esas alas podría volar casi 35 metros antes de chocar contra la pared. Este avión fue fabricado por un grupo de estudiantes de la Facultad de Ingeniería de Aviación y Cohetes del Instituto Politécnico de Delft, Países Bajos.
El lanzamiento se llevó a cabo en 1995, cuando la aeronave fue lanzada dentro del edificio desde una plataforma de 3 metros de altura. Según las reglas, el avión tenía que volar unos 15 metros. Si no fuera por el espacio limitado, habría volado mucho más lejos.
* Científicos, ingenieros y estudiantes usan aviones de papel para estudiar la aerodinámica. Administración Nacional de Aeronáutica e Investigación espacio exterior(NASA) envió un avión de papel al espacio en el transbordador espacial.
* Se pueden hacer aviones de papel diversas formas. Según el poseedor del récord Ken Blackburn, los aviones hechos en forma de "X", un aro o una nave espacial futurista pueden volar como simples aviones de papel si se hacen bien.
* Especialistas de la NASA junto con astronautas. realizó una clase magistral para escolaresen su hangar centro de Investigación en 1992. Juntos construyeron grandes aviones de papel con una envergadura de hasta 9 metros.
* El avión de origami de papel más pequeño fue creado bajo un microscopio por el Sr. Naito de Japón. Dobló un avión a partir de una hoja de papel que medía 2,9 metros cuadrados. milímetro. Una vez realizado, el avión se colocaba en la punta de una aguja de coser.
* El vuelo más largo de un avión de papel tuvo lugar el 19 de diciembre de 2010 y fue lanzado por el japonés Takuo Toda, quien es el director de la Asociación Japonesa de Aviones de Origami. La duración de vuelo de su modelo, lanzado en la ciudad de Fukuyama, prefectura de Hiroshima, fue de 29,2 segundos.
Cómo hacer un avión Takuo Toda
Robot ensambla un avión de papel
Panaiotov Georgy
Objetivo: Aeronaves de diseño con las siguientes características: rango maximo y duración del vuelo.
Tareas:
Analizar información obtenida de fuentes primarias;
Estudiar los elementos del antiguo arte oriental del aerogami;
Para familiarizarse con los conceptos básicos de la aerodinámica, la tecnología de diseño de aviones a partir de papel;
Probar los modelos construidos;
Desarrollar habilidades para el correcto y efectivo lanzamiento de modelos;
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Trabajo de investigación "Investigación de las propiedades de vuelo de varios modelos de aviones de papel"
Hipótesis: Se puede suponer que las características de vuelo de una aeronave dependen de su forma.
Experimento No. 1 "El principio de crear un ala" El aire que se mueve a lo largo de la superficie superior de la tira ejerce menos presión que el aire quieto debajo de la tira. Levanta la tira.
Experimento No. 2 El aire en movimiento ejerce menos presión que el aire estacionario, que está debajo de la lámina.
Experimento No. 3 "Soplar" El aire quieto en los bordes de las tiras ejerce más presión que el aire en movimiento entre ellas. La diferencia de presión empuja las tiras una hacia la otra.
Pruebas: Modelo #1 Rango de prueba #1 6m 40cm #2 10m 45cm #3 8m
Pruebas: Modelo #2 Rango de prueba #1 10m 20cm #2 14m #3 16m 90cm
Pruebas: Modelo #3 Rango de prueba #1 13m 50cm #2 12m #3 13m
Pruebas: Modelo #4 Rango de prueba #1 13m 60cm #2 19m 70cm #3 21m 60cm
Pruebas: Modelo #5 Rango de prueba #1 9m 20cm #2 13m 20cm #3 10m 60cm
Resultados de la prueba: Range Champion Model #4 Airtime Champion Model #5
Conclusión: Las características de vuelo de una aeronave dependen de su forma.
Introducción
Cada vez que veo un avión, un pájaro plateado que se eleva hacia el cielo, admiro el poder con el que vence fácilmente la gravedad de la tierra y surca el océano celestial y me hago preguntas:
El hombre siempre ha soñado con elevarse al cielo “como un pájaro” y desde la antigüedad ha tratado de hacer realidad su sueño. En el siglo XX, la aviación comenzó a desarrollarse tan rápidamente que la humanidad no pudo salvar muchos de los originales de esta compleja tecnología. Pero muchas muestras se han conservado en museos en forma de modelos reducidos, dando una imagen casi completa de las máquinas reales.
Elegí este tema porque ayuda en la vida no solo a desarrollar el pensamiento técnico lógico, sino también a unir las habilidades prácticas de trabajar con papel, ciencia de materiales, tecnología para diseñar y construir aeronaves. Y lo más importante es la creación de tu propio avión.
Hicimos la hipótesis - se puede suponer que las características de vuelo de la aeronave dependen de su forma.
Utilizamos los siguientes métodos de investigación:
Objetivo: Diseñar aeronaves con las siguientes características: alcance máximo y duración del vuelo.
Tareas:
Analizar información obtenida de fuentes primarias;
Estudiar los elementos del antiguo arte oriental del aerogami;
Para familiarizarse con los conceptos básicos de la aerodinámica, la tecnología de diseño de aviones a partir de papel;
Probar los modelos construidos;
Desarrollar habilidades para el correcto y efectivo lanzamiento de modelos;
Como base de mi investigación, tomé una de las áreas del arte del origami japonés: aerogami (del japonés "gami" - papel y latín "aero" - aire).
La aerodinámica (del griego aer - aire y dinamis - fuerza) es la ciencia de las fuerzas que surgen cuando los cuerpos se mueven en el aire. El aire, gracias a su propiedades físicas, se resiste a avanzar en ella sólidos. Al mismo tiempo, surgen fuerzas de interacción entre los cuerpos y el aire, que son estudiadas por la aerodinámica.
La aerodinámica es bases teóricas aviación moderna. Cualquier avión vuela, obedeciendo las leyes de la aerodinámica. Por lo tanto, para un diseñador de aeronaves, el conocimiento de las leyes básicas de la aerodinámica no solo es útil, sino simplemente necesario. Mientras estudiaba las leyes de la aerodinámica, realicé una serie de observaciones y experimentos: “La elección de la forma aeronave”, “Principios de creación de un ala”, “Golpe”, etc.
Diseño.
Doblar un avión de papel no es tan fácil como parece. Las acciones deben ser seguras y precisas, los pliegues, perfectamente rectos y en los lugares correctos. Los diseños simples perdonan, mientras que en los diseños complejos un par de ángulos imperfectos pueden llevar el proceso de montaje a un callejón sin salida. Además, hay casos en los que el pliegue debe ser intencionalmente poco preciso.
Por ejemplo, si uno de los últimos pasos requiere que doble una estructura de sándwich gruesa por la mitad, el pliegue no funcionará a menos que realice un ajuste de grosor al comienzo del pliegue. Tales cosas no se describen en diagramas, vienen con la experiencia. Y la simetría y la distribución precisa del peso del modelo determinan qué tan bien volará.
El punto clave en la "aviación de papel" es la ubicación del centro de gravedad. Por crear varios diseños, propongo hacer que la nariz del avión sea más pesada colocando más papel en ella, para formar alas, estabilizadores y una quilla de pleno derecho. Después avión de papel puede ser controlado como uno real.
Por ejemplo, a través de la experimentación, descubrí que la velocidad y la trayectoria de vuelo se pueden ajustar doblando la parte posterior de las alas como aletas reales, girando ligeramente la quilla de papel. Tal control es la base de las "acrobacias aéreas de papel".
Los diseños de aeronaves varían significativamente según el propósito de su construcción. Por ejemplo, los aviones para vuelos de larga distancia se asemejan a la forma de un dardo: son igualmente estrechos, largos, rígidos, con un cambio pronunciado en el centro de gravedad hacia la nariz. Los aviones para los vuelos más largos no son rígidos, pero tienen una gran envergadura y están bien equilibrados. El equilibrio es extremadamente importante para los aviones lanzados desde la calle. Deben mantener la posición correcta, a pesar de las fluctuaciones desestabilizadoras en el aire. Las aeronaves lanzadas en interiores se benefician de un centro de gravedad con el morro hacia abajo. Dichos modelos vuelan más rápido y más estables, son más fáciles de lanzar.
Pruebas
Para lograr altos resultados al principio, necesita dominar técnica correcta lanzar.
El lanzamiento al aire libre, además de problemas adicionales (viento), genera ventajas adicionales. Usando corrientes ascendentes de aire, puede hacer que el avión vuele increíblemente lejos y durante mucho tiempo. Una fuerte corriente ascendente se puede encontrar, por ejemplo, cerca de un gran edificio de varios pisos: golpeando una pared, el viento cambia de dirección a vertical. Mas amistoso colchón de aire se puede encontrar en un día soleado en un aparcamiento. El asfalto oscuro se calienta mucho y el aire caliente que se encuentra sobre él se eleva suavemente.
Parte principal
1.1 Observaciones y experimentos
Observaciones
La elección de la forma de la aeronave.(Anexo 11)
