L'uomo volerà, facendo affidamento non sulla forza dei suoi muscoli, ma sulla forza della sua mente.
(NE Zhukovsky)
Perché e come vola un aeroplano Perché gli uccelli possono volare anche se sono più pesanti dell'aria? Quali forze sollevano un enorme aereo passeggeri che può volare più veloce, più in alto e più lontano di qualsiasi uccello, perché le sue ali sono immobili? Perché un aliante che non ha un motore può librarsi in aria? A tutte queste e a molte altre domande risponde l'aerodinamica, una scienza che studia le leggi dell'interazione dell'aria con i corpi che vi si muovono.
Nello sviluppo dell'aerodinamica nel nostro paese, un ruolo eccezionale è stato svolto dal professor Nikolai Egorovich Zhukovsky (1847 -1921) - "il padre dell'aviazione russa", come lo chiamava V. I. Lenin. Il merito di Zhukovsky sta nel fatto che è stato il primo a spiegare la formazione della forza di portanza di un'ala e ha formulato un teorema per calcolare questa forza. Zhukovsky non solo ha scoperto le leggi alla base della teoria del volo, ma ha anche aperto la strada al rapido sviluppo dell'aviazione nel nostro paese.
Quando si vola su qualsiasi aeromobile ci sono quattro forze, la cui combinazione non gli consente di cadere:
Gravitàè la forza costante che tira l'aereo verso il suolo.
Forza di trazione, che proviene dal motore e fa avanzare l'aereo.
Forza di resistenza, opposto alla forza di spinta ed è causato dall'attrito, rallentando l'aeromobile e riducendo l'alzata delle ali.
forza di sollevamento, che si forma quando l'aria che si muove sopra l'ala crea una pressione ridotta. Obbedendo alle leggi dell'aerodinamica, tutti i velivoli si alzano in aria, a cominciare dai velivoli sportivi leggeri
Tutti gli aerei a prima vista sono molto simili, ma se guardi da vicino, puoi trovare differenze in essi. Possono differire per ali, coda, struttura della fusoliera. La loro velocità, altitudine di volo e altre manovre dipendono da questo. E ogni aereo ha solo il suo paio di ali.
Per volare, non hai bisogno di sbattere le ali, devi farle muovere rispetto all'aria. E per questo l'ala deve solo essere informata velocità orizzontale. Dall'interazione dell'ala con l'aria sorgerà la portanza, e non appena il suo valore sarà maggiore del peso dell'ala stessa e di tutto ciò che è ad essa connesso, inizierà il volo. La questione resta piccola: realizzare un'ala adatta e poterla accelerare alla velocità richiesta.
Gli osservatori hanno notato molto tempo fa che gli uccelli hanno ali che non sono piatte. Considera un'ala la cui superficie inferiore è piatta e la sua superficie superiore è convessa.
Il flusso d'aria sul bordo d'attacco dell'ala è diviso in due parti: una scorre attorno all'ala dal basso, l'altra dall'alto. Dall'alto, l'aria deve andare un po' più a lungo che dal basso, quindi anche dall'alto la velocità dell'aria sarà leggermente maggiore rispetto al basso. È noto che all'aumentare della velocità, la pressione nel flusso del gas diminuisce. Anche qui la pressione dell'aria sotto l'ala è superiore a quella sopra. La differenza di pressione è diretta verso l'alto, questa è la forza di sollevamento. E se aggiungi l'angolo di attacco, la forza di sollevamento aumenterà ancora di più.
Come vola un vero aereo?
Una vera ala di aeroplano è a forma di lacrima, il che significa che l'aria che passa sopra la parte superiore dell'ala si muove più velocemente dell'aria che passa attraverso la parte inferiore dell'ala. Questa differenza in correnti d'aria crea portanza e l'aereo vola.
E l'idea fondamentale qui è questa: il flusso d'aria è tagliato in due dal bordo d'attacco dell'ala, e parte di esso scorre attorno all'ala lungo la superficie superiore e la seconda parte lungo quella inferiore. Affinché i due flussi convergano dietro il bordo d'uscita dell'ala senza creare un vuoto, l'aria che scorre attorno alla superficie superiore dell'ala deve muoversi più velocemente rispetto all'aereo rispetto all'aria che scorre attorno alla superficie inferiore, poiché deve percorrere una distanza maggiore.
La bassa pressione dall'alto tira l'ala verso l'interno, mentre una pressione più alta dal basso la spinge verso l'alto. L'ala si alza. E se la forza di sollevamento supera il peso dell'aereo, l'aereo stesso è sospeso in aria.
In aeroplanini di carta senza ali di profilo, quindi come volano? La portanza è creata dall'angolo di attacco delle loro ali piatte. Anche con le ali piatte, puoi vedere che l'aria che si muove sopra l'ala percorre una distanza leggermente maggiore (e si muove più velocemente). La portanza è creata dalla stessa pressione delle ali profilate, ma ovviamente questa differenza di pressione non è così grande.
L'angolo di attacco del velivolo è l'angolo tra la direzione della velocità del flusso d'aria sul corpo e la caratteristica direzione longitudinale scelta sul corpo, ad esempio, per un aereo sarà la corda dell'ala, è l'asse di costruzione longitudinale, per un proiettile o un razzo è il loro asse di simmetria.
ala dritta
Il vantaggio di un'ala dritta è il suo elevato coefficiente di portanza, che consente di aumentare notevolmente il carico specifico sull'ala, e quindi di ridurre le dimensioni e il peso senza temere un aumento significativo della velocità di decollo e atterraggio.
Lo svantaggio che predetermina l'inadeguatezza di una tale ala a velocità di volo supersoniche è un forte aumento della resistenza dell'aeromobile.
ala delta
Un'ala delta è più rigida e leggera di un'ala dritta e viene spesso utilizzata a velocità supersoniche. L'uso di un'ala delta è determinato principalmente da considerazioni di resistenza e design. Gli svantaggi dell'ala delta sono l'emergere e lo sviluppo di una crisi delle onde.
CONCLUSIONE
Se la forma dell'ala e del muso di un aeroplano di carta viene modificata durante la modellazione, la portata e la durata del suo volo potrebbero cambiare.
Ali aereo di carta- piatto. Per fornire una differenza di flusso d'aria da sopra e sotto l'ala (per formare portanza), deve essere inclinata di un certo angolo (angolo di attacco).
Gli aerei per i voli più lunghi non sono rigidi, ma hanno un'ampia apertura alare e sono ben bilanciati.
1. Introduzione. Obbiettivo. Modelli generali di sviluppo del campo della conoscenza. La scelta dell'oggetto di studio. mappa mentale.
2. Fisica elementare del volo in aliante (BS). Sistema di equazioni delle forze.
9. Fotografie della panoramica aerodinamica delle caratteristiche del tubo, equilibrio aerodinamico.
10. Risultati degli esperimenti.
12. Alcuni risultati sulla visualizzazione dei vortici.
13. Relazione tra parametri e soluzioni progettuali. Confronto di opzioni ridotte ad un'ala rettangolare. La posizione del baricentro aerodinamico e del baricentro e le caratteristiche dei modelli.
14. Pianificazione dell'efficienza energetica. stabilizzazione del volo. Tattica da record mondiale per durata del volo.
18. Conclusione.
19. Elenco dei riferimenti.
1. Introduzione. Obbiettivo. Modelli generali di sviluppo del campo della conoscenza. La scelta dell'oggetto di ricerca. mappa mentale.
Lo sviluppo della fisica moderna, principalmente nella sua parte sperimentale, e soprattutto nei campi applicati, procede secondo uno schema gerarchico pronunciato. Ciò è dovuto alla necessità di un'ulteriore concentrazione delle risorse necessarie al raggiungimento dei risultati, dal supporto materiale degli esperimenti alla distribuzione del lavoro tra istituti scientifici specializzati. Indipendentemente dal fatto che sia svolta per conto dello Stato, di strutture commerciali o anche di appassionati, ma la pianificazione dello sviluppo del campo della conoscenza, la gestione della ricerca scientifica è una realtà moderna.
Lo scopo di questo lavoro non è solo quello di impostare un esperimento locale, ma anche un tentativo di illustrare tecnologia moderna organizzazione scientifica al suo livello più semplice.
Le prime riflessioni che precedono l'opera vera e propria sono solitamente fissate in forma libera, storicamente questo avviene sui tovaglioli. Tuttavia, nella scienza moderna, questa forma di presentazione è chiamata mappatura mentale, letteralmente "schema di pensiero". È uno schema in cui tutto si inserisce sotto forma di forme geometriche. che possono essere rilevanti per la questione in esame. Questi concetti sono collegati da frecce che indicano connessioni logiche. All'inizio, un tale schema può contenere concetti completamente diversi e disuguali che sono difficili da combinare in un piano classico. Tuttavia, questa diversità ti consente di trovare un posto per ipotesi casuali e informazioni non sistematizzate.
Come oggetto di ricerca è stato scelto un aeroplano di carta, cosa familiare a tutti fin dall'infanzia. Si presumeva che l'esecuzione di una serie di esperimenti e l'applicazione dei concetti di fisica elementare avrebbero aiutato a spiegare le caratteristiche del volo e, forse, avrebbero anche permesso di formulare principi generali costruzione.
La raccolta preliminare di informazioni ha mostrato che l'area non è così semplice come sembrava all'inizio. Di grande aiuto è stata la ricerca di Ken Blackburn, ingegnere aerospaziale, detentore di quattro record mondiali (compreso quello attuale) per il tempo di pianificazione, che ha stabilito con aeroplani di sua progettazione.
Per quanto riguarda il compito, la mappa mentale si presenta così:
Questo è uno schema di base che rappresenta la struttura prevista dello studio.
2. Fisica elementare del volo in aliante. Sistema di equazioni per pesi.
Pianificazione - caso speciale discesa dell'aeromobile senza la partecipazione della spinta generata dal motore. Per gli aerei senza motore - alianti, come caso speciale - aeroplani di carta, il volo a vela è la modalità di volo principale.
La planata viene effettuata grazie ai pesi che si bilanciano tra loro e alla forza aerodinamica, che a sua volta consiste in forze di portanza e resistenza.
Il diagramma vettoriale delle forze che agiscono sull'aeromobile (aliante) durante il volo è il seguente:
La condizione per una pianificazione diretta è l'uguaglianza
La condizione per l'uniformità progettuale è l'uguaglianza
Pertanto, per mantenere una pianificazione rettilinea uniforme, sono necessarie entrambe le uguaglianze, il sistema
Y=GcosA
Q=GsinA
3. Approfondimento della teoria di base dell'aerodinamica. laminare e turbolento. numero di Reynolds.
Una comprensione più dettagliata del volo è data dalla moderna teoria aerodinamica, basata sulla descrizione del comportamento tipi diversi flussi d'aria, a seconda della natura dell'interazione delle molecole. Esistono due tipi principali di flussi: laminari, quando le particelle si muovono lungo curve lisce e parallele, e turbolenti, quando si mescolano. Di norma, non ci sono situazioni con flusso idealmente laminare o puramente turbolento, l'interazione di entrambi crea un quadro reale del funzionamento dell'ala.
Se consideriamo un oggetto specifico con caratteristiche finite - massa, dimensioni geometriche, le proprietà del flusso a livello di interazione molecolare sono caratterizzate dal numero di Reynolds, che fornisce un valore relativo e denota il rapporto tra gli impulsi di forza e la viscosità del fluido. Come più numero, minore è l'influenza della viscosità.
Re=VLρ/η=VL/ν
V (velocità)
L (taglia caratteristica)
ν (coefficiente (densità/viscosità)) = 0,000014 m^2/s per aria a temperatura normale.
Per un aeroplano di carta, il numero di Reynolds è di circa 37.000.
Poiché il numero di Reynolds è molto più basso rispetto agli aerei reali, ciò significa che la viscosità dell'aria gioca un ruolo molto più importante, con conseguente aumento della resistenza aerodinamica e riduzione della portanza.
4. Come funzionano le ali convenzionali e piatte.
Un'ala piatta dal punto di vista della fisica elementare è una piastra situata ad angolo rispetto a un flusso d'aria in movimento. L'aria viene "gettata" con un angolo verso il basso, creando una forza diretta in modo opposto. Questa è la forza aerodinamica totale, che può essere rappresentata come due forze: portanza e resistenza. Tale interazione è facilmente spiegabile sulla base della terza legge di Newton. Un classico esempio di ala riflettente piatta è un aquilone.
Il comportamento di una superficie aerodinamica convenzionale (plano-convessa) è spiegato dall'aerodinamica classica come l'aspetto di una forza di sollevamento dovuta alla differenza di velocità dei frammenti di flusso e, di conseguenza, alla differenza di pressione da sotto e sopra l'ala.
Un'ala di carta piatta nel flusso crea una zona a vortice sulla parte superiore, che è come un profilo curvo. È meno stabile ed efficiente di un guscio rigido, ma il meccanismo è lo stesso.
La figura è tratta dalla fonte (Vedi riferimenti). Mostra la formazione di un profilo alare a causa della turbolenza sulla superficie superiore dell'ala. Esiste anche il concetto di strato di transizione, in cui il flusso turbolento diventa laminare a causa dell'interazione degli strati d'aria. Sopra l'ala di un aeroplano di carta, arriva fino a 1 centimetro.
5. Panoramica di tre progetti di aeromobili
Per l'esperimento sono stati scelti tre diversi modelli di aeroplanini di carta con caratteristiche diverse.
Modello n. 1. Il design più comune e noto. Di norma, la maggioranza lo immagina quando sente l'espressione "aereo di carta".
Numero modello 2. "Freccia" o "Lancia". Un modello caratteristico con un angolo alare acuto e una presunta alta velocità.
Numero modello 3. Modello con ala ad alto allungamento. Design speciale, assemblato sul lato largo del foglio. Si presume che abbia buoni dati aerodinamici grazie all'alto allungamento dell'ala.
Tutti gli aerei sono stati assemblati dagli stessi fogli di carta con un peso specifico di 80 grammi / m ^ 2 formato A4. La massa di ogni aeromobile è di 5 grammi.
6. Set di funzionalità, perché lo sono.
Per ottenere parametri caratteristici per ogni progetto, è necessario determinare questi parametri stessi. La massa di tutti gli aerei è la stessa: 5 grammi. È abbastanza facile misurare la velocità di pianificazione per ogni struttura e angolo. Il rapporto tra la differenza di altezza e l'intervallo corrispondente ci darà il rapporto portanza/resistenza, essenzialmente lo stesso angolo di planata.
Di interesse è la misurazione delle forze di portanza e di resistenza ai diversi angoli di attacco dell'ala, la natura dei loro cambiamenti nei regimi di confine. Ciò consentirà di caratterizzare le strutture sulla base di parametri numerici.
Separatamente, è possibile analizzare i parametri geometrici degli aerei di carta: la posizione del centro aerodinamico e il centro di gravità per le diverse forme delle ali.
Visualizzando i flussi, puoi ottenere una rappresentazione visiva dei processi che si verificano strati limite aria vicino alle superfici aerodinamiche.
7. Esperimenti preliminari (camera). Ottenuti i valori per la velocità e il rapporto portanza-resistenza.
Per determinare i parametri di base, è stato fatto l'esperimento più semplice- il volo di un aeroplano di carta è stato registrato da una videocamera sullo sfondo di un muro con segni metrici. Poiché è noto l'intervallo di fotogrammi per le riprese video (1/30 di secondo), è possibile calcolare facilmente la velocità di scorrimento. A seconda del calo di altitudine, l'angolo di planata e la qualità aerodinamica del velivolo si trovano sui telai corrispondenti.
In media, la velocità dell'aereo è di 5-6 m / s, il che non è così piccolo.
Qualità aerodinamica - circa 8.
8. Requisiti per l'esperimento, compito di ingegneria.
Per ricreare le condizioni di volo, abbiamo bisogno di un flusso laminare fino a 8 m/s e della capacità di misurare portanza e resistenza. Il metodo classico della ricerca aerodinamica è la galleria del vento. Nel nostro caso, la situazione è semplificata dal fatto che l'aereo stesso è piccolo per dimensioni e velocità e può essere posizionato direttamente in un tubo di dimensioni contenute.
Pertanto, non siamo ostacolati dalla situazione in cui il modello soffiato differisce significativamente nelle dimensioni dall'originale, il che, a causa della differenza nei numeri di Reynolds, richiede una compensazione durante le misurazioni.
Con una sezione del tubo di 300x200 mm e una portata fino a 8 m/s, abbiamo bisogno di un ventilatore con una portata di almeno 1000 metri cubi/ora. Per modificare la portata è necessario un regolatore di velocità del motore e per la misurazione un anemometro con una precisione adeguata. Il misuratore di velocità non deve essere digitale, è del tutto possibile cavarsela con una piastra deviata con graduazioni angolari o un anemometro liquido, che ha una maggiore precisione.
La galleria del vento è nota da molto tempo, Mozhaisky l'ha utilizzata nella ricerca e Tsiolkovsky e Zhukovsky l'hanno già sviluppata in dettaglio tecnologia moderna esperimento, che non è sostanzialmente cambiato.
Per misurare la forza di trascinamento e la forza di portanza, vengono utilizzati equilibri aerodinamici, che consentono di determinare le forze in più direzioni (nel nostro caso, in due).
9. Fotografie della galleria del vento. Panoramica delle caratteristiche del tubo, equilibrio aerodinamico.
La galleria del vento desktop è stata realizzata sulla base di un ventilatore industriale sufficientemente potente. Dietro la ventola si trovano piastre reciprocamente perpendicolari che raddrizzano il flusso prima di entrare nella camera di misurazione. Le finestre della camera di misurazione sono dotate di vetro. Un foro rettangolare per i supporti è praticato nella parete di fondo. Direttamente nella camera di misura, è installata una girante anemometro digitale per misurare la velocità del flusso. Il tubo presenta una leggera strozzatura in uscita per “aumentare” il flusso, riducendo la turbolenza a scapito della riduzione della velocità. La velocità della ventola è controllata da un semplice controller elettronico domestico.
Le caratteristiche del tubo si sono rivelate peggiori di quelle calcolate, principalmente a causa della discrepanza tra le prestazioni del ventilatore e le caratteristiche del passaporto. Il boost di flusso ha anche ridotto la velocità nella zona di misurazione di 0,5 m/s. Di conseguenza velocità massima- leggermente superiore a 5 m / s, che, tuttavia, si è rivelato sufficiente.
Numero di Reynolds per la pipa:
Re = VLρ/η = VL/ν
V (velocità) = 5 m/s
L (caratteristica) = 250 mm = 0,25 m
ν (fattore (densità/viscosità)) = 0,000014 m2/s
Ri = 1,25/ 0,000014 = 89285,7143
Per misurare le forze che agiscono sull'aereo sono stati utilizzati bilanci aerodinamici elementari con due gradi di libertà basati su una coppia di bilance elettroniche per gioielli con una precisione di 0,01 grammi. L'aereo è stato fissato su due rack ad angolo retto e montato sulla piattaforma della prima bilancia. Questi, a loro volta, erano posti su una piattaforma mobile con una leva di trasmissione della forza orizzontale alla seconda scala.
Le misurazioni hanno dimostrato che la precisione è abbastanza sufficiente per le modalità di base. Tuttavia, è stato difficile correggere l'angolo, quindi è meglio sviluppare uno schema di montaggio appropriato con segni.
10. Risultati degli esperimenti.
Durante lo spurgo dei modelli, sono stati misurati due parametri principali: la forza di trascinamento e la forza di sollevamento, a seconda della velocità del flusso a dato angolo. È stata costruita una famiglia di caratteristiche con valori sufficientemente realistici per descrivere il comportamento di ciascun aeromobile. I risultati sono riassunti in grafici con ulteriore normalizzazione della scala rispetto alla velocità.
11. Relazioni di curve per tre modelli.
Modello n. 1.
Aurea media. Il design corrisponde al materiale: carta. La forza delle ali corrisponde alla lunghezza, la distribuzione del peso è ottimale, quindi un aereo correttamente piegato è ben allineato e vola senza intoppi. È la combinazione di tali qualità e facilità di montaggio che ha reso questo design così popolare. La velocità è inferiore al secondo modello, ma superiore al terzo. Alle alte velocità, l'ampia coda inizia già a interferire, il che precedentemente stabilizzava perfettamente il modello.
Numero modello 2.
Modello con le peggiori caratteristiche di volo. La grande spazzata e le ali corte sono progettate per funzionare meglio alte velocità, cosa che accade, ma l'ascensore non cresce abbastanza e l'aereo vola davvero come una lancia. Inoltre, non si stabilizza correttamente in volo.
Numero modello 3.
Il rappresentante della scuola di "ingegneria": il modello è stato concepito con caratteristiche speciali. Le ali ad alto allungamento funzionano meglio, ma la resistenza aumenta molto rapidamente: l'aereo vola lentamente e non tollera l'accelerazione. Per compensare la mancanza di rigidità della carta, vengono utilizzate numerose pieghe nella punta dell'ala, che aumentano anche la resistenza. Tuttavia, il modello è molto rivelatore e vola bene.
12. Alcuni risultati sulla visualizzazione dei vortici
Se introduci una fonte di fumo nel ruscello, puoi vedere e fotografare i ruscelli che girano intorno all'ala. Non avevamo speciali generatori di fumo a nostra disposizione, usavamo bastoncini di incenso. Per aumentare il contrasto è stato utilizzato un filtro speciale per l'elaborazione delle foto. La portata è diminuita anche perché la densità del fumo era bassa.
Formazione di flusso sul bordo d'attacco dell'ala.
Coda turbolenta.
Inoltre, i flussi possono essere esaminati utilizzando fili corti incollati all'ala o con una sonda sottile con un filo all'estremità.
13. Relazione tra parametri e soluzioni progettuali. Confronto di opzioni ridotte ad un'ala rettangolare. La posizione del baricentro aerodinamico e del baricentro e le caratteristiche dei modelli.
È già stato notato che la carta come materiale ha molti limiti. Per le basse velocità di volo, le ali lunghe e strette hanno migliore qualità. Non è un caso che anche i veri alianti, in particolare i detentori di record, abbiano tali ali. Tuttavia, gli aeroplanini di carta hanno dei limiti tecnologici e le loro ali non sono ottimali.
Per analizzare la relazione tra la geometria dei modelli e le loro caratteristiche di volo, è necessario portare una forma complessa a un analogo rettangolare mediante il metodo di trasferimento dell'area. Il miglior affare con esso programmi per computer, consentendo di rappresentare diversi modelli in forma universale. Dopo le trasformazioni, la descrizione verrà ridotta ai parametri di base: campata, lunghezza della corda, centro aerodinamico.
L'interconnessione di queste quantità e il baricentro consentirà di fissare i valori caratteristici per vari tipi comportamento. Questi calcoli esulano dallo scopo di questo lavoro, ma possono essere eseguiti facilmente. Tuttavia, si può presumere che il baricentro per un aeroplano di carta con ali rettangolari sia a una distanza da uno a quattro dal muso alla coda, per un aeroplano con ali a delta - a un secondo (il cosiddetto punto neutro).
14. Pianificazione dell'efficienza energetica. stabilizzazione del volo.
Tattica da record mondiale per la durata del volo.
Sulla base delle curve per portanza e resistenza, si può trovare una modalità di volo energeticamente favorevole con le perdite minime. Questo è certamente importante per le navi di linea a lungo raggio, ma può anche tornare utile nell'aviazione di carta. Modernizzando leggermente l'aereo (piegatura dei bordi, ridistribuzione del peso), è possibile ottenere migliori caratteristiche di volo o, al contrario, trasferire il volo in una modalità critica.
In generale, gli aeroplani di carta non cambiano caratteristiche durante il volo, quindi possono fare a meno di speciali stabilizzatori. La coda, che crea resistenza, permette di spostare il baricentro in avanti. La rettilineità del volo è mantenuta per il piano verticale della piega e per la V trasversale delle ali.
Stabilità significa che l'aereo, quando deviato, tende a tornare in posizione neutra. Il punto di stabilità dell'angolo di planata è che l'aereo manterrà la stessa velocità. Più stabile è l'aereo, il più velocità come il modello n. 2. Ma questa tendenza deve essere ridotta: è necessario utilizzare l'ascensore, quindi i migliori aeroplanini di carta, per la maggior parte, hanno una stabilità neutra, questa è la migliore combinazione di qualità.
Tuttavia, i regimi stabiliti non sono sempre i migliori. Il record mondiale per il volo più lungo è stato stabilito con una tattica molto specifica. In primo luogo, la partenza dell'aeroplano viene eseguita in linea retta verticale, su cui viene semplicemente lanciato altezza massima. In secondo luogo, dopo la stabilizzazione nel punto più alto a causa della posizione relativa del baricentro e dell'area effettiva alare, l'aereo stesso deve entrare in volo normale. In terzo luogo, la distribuzione del peso dell'aereo non è normale: ha una parte anteriore sottocarico, quindi, a causa della grande resistenza che non compensa il peso, rallenta molto rapidamente. Allo stesso tempo, la forza di sollevamento dell'ala diminuisce bruscamente, annuisce e, cadendo, accelera con uno scatto, ma di nuovo rallenta e si blocca. Tali oscillazioni (cabrazione) vengono attenuate a causa dell'inerzia nei punti di dissolvenza e, di conseguenza, il tempo totale trascorso in aria è più lungo del normale scorrimento uniforme.
15. Un po' sulla sintesi di una struttura con determinate caratteristiche.
Si presume che dopo aver determinato i parametri principali di un aeroplanino di carta, la loro relazione, e completando così la fase di analisi, si possa procedere al problema di sintesi - basato su requisiti necessari creare una nuova struttura. Empiricamente, i dilettanti di tutto il mondo lo fanno, il numero di progetti ha superato 1000. Ma non esiste un'espressione numerica finale per tale lavoro, così come non ci sono ostacoli speciali per fare tale ricerca.
16. Analogie pratiche. Scoiattolo volante. Suite d'ala.
È chiaro che un aeroplano di carta è, prima di tutto, solo una fonte di gioia e una meravigliosa illustrazione per il primo passo nel cielo. Un principio simile del librarsi è utilizzato in pratica solo dagli scoiattoli volanti, che non hanno una grande importanza economica, almeno nella nostra corsia.
Un equivalente più pratico di un aeroplano di carta è la "Wing suite", una tuta alare per paracadutisti che consente il volo orizzontale. A proposito, la qualità aerodinamica di una tuta del genere è inferiore a quella di un aeroplano di carta, non più di 3.
17. Ritorna alla mappa mentale. Il livello di sviluppo. Domande e opzioni emerse per l'ulteriore sviluppo della ricerca.
Tenendo conto del lavoro svolto, possiamo applicare una colorazione sulla mappa mentale che indica il completamento dei compiti. Il colore verde qui indica punti che sono a un livello soddisfacente, verde chiaro - problemi che presentano alcune limitazioni, giallo - aree interessate, ma non sviluppate nella misura necessaria, rosso - promettente, che necessitano di ulteriori ricerche.
18. Conclusione.
Come risultato del lavoro, è stata studiata la base teorica del volo degli aerei di carta, sono stati pianificati e condotti esperimenti che hanno permesso di determinare i parametri numerici per i diversi progetti e le relazioni generali tra di loro. Anche i complessi meccanismi del volo ne risentono, dal punto di vista dell'aerodinamica moderna.
Vengono descritti i principali parametri che influiscono sul volo e vengono fornite raccomandazioni complete.
Nella parte generale si è cercato di sistematizzare il campo della conoscenza sulla base della mappa mentale e si sono delineate le principali direzioni per ulteriori ricerche.
19. Elenco dei riferimenti.
1. Aerodinamica dell'aereo di carta [risorsa elettronica] / Ken Blackburn - modalità di accesso: http://www.paperplane.org/paero.htm, gratuito. - Zagl. dallo schermo. - Yaz. inglese
2. A Schütt. Introduzione alla fisica del volo. Traduzione di G.A. Wolpert dalla quinta edizione tedesca. - M.: Casa editrice scientifica e tecnica unita dell'URSS NKTP. Edizione di letteratura tecnica e teorica, 1938. - 208 p.
3. Stakhursky A. Per mani abili: galleria del vento desktop. Stazione Centrale per Giovani Tecnici intitolata a N.M. Shvernik - M.: Ministero della Cultura dell'URSS. Direzione principale dell'industria della stampa, 13a tipografia, 1956. - 8 p.
4. Merzlikin V. Modelli radiocomandati di alianti. - M: Casa editrice DOSAAF URSS, 1982. - 160 p.
5. AL Stasenko. Fisica del volo. - M: Scienza. Edizione principale della letteratura fisica e matematica, 1988, - 144 p.
Per realizzare un aeroplano di carta, avrai bisogno di un foglio di carta rettangolare, che può essere bianco o colorato. Se lo si desidera, è possibile utilizzare quaderno, xerox, carta da giornale o qualsiasi altra carta disponibile.
È meglio scegliere la densità della base per il futuro aereo più vicino alla media, in modo che voli lontano e allo stesso tempo non sia troppo difficile piegarlo (di solito è difficile fissare le pieghe su carta troppo spessa e risultano irregolari).
È meglio che gli amanti degli origami alle prime armi inizino con il modello di aeroplano più semplice familiare a tutti fin dall'infanzia:
Per coloro che non sono riusciti a piegare l'aereo secondo le istruzioni, ecco un video tutorial:
Se ti sei stancato di questa opzione a scuola e vuoi espandere le tue capacità di costruzione di aeroplani di carta, ti diremo come eseguire passo dopo passo due semplici varianti del modello precedente.
Istruzioni per foto passo passo
Schema pieghevole
Vuoi imparare a lanciare correttamente un aeroplano di carta che hai appena realizzato con le tue mani? Quindi leggi attentamente le regole della sua gestione:
Se tutte le regole vengono seguite, ma il modello continua a non volare come vorresti, prova a migliorarlo come segue:
Portiamo anche alla tua attenzione un'istruzione video per la produzione e il collaudo di un modello interessante di un aeromobile in grado non solo di volare lontano, ma anche di un volo incredibilmente lungo:
Ora che sei sicuro delle tue capacità e hai già messo le mani su come piegare e lanciare semplici aeroplani, offriamo istruzioni che ti diranno come realizzare un aeroplano di carta più complesso.
Schema di esecuzione
Schema di esecuzione passo dopo passo
Il combattente di carta è pronto!
Istruzioni per la produzione:
Seguendo le istruzioni foto e video fornite, in pochi minuti puoi realizzare un aeroplano di carta con le tue mani, giocando con il quale diventerà un passatempo piacevole e divertente per te e i tuoi bambini!
Fatti incredibili
Molti di noi hanno visto, o forse costruito, aeroplanini di carta e li hanno lanciati, osservandoli volare in aria.
Ti sei mai chiesto chi è stato il primo a creare un aeroplanino di carta e perché?
Oggi, gli aeroplani di carta sono realizzati non solo da bambini, ma anche da seri aziende produttrici di aeromobili: ingegneri e designer.
Come, quando e per quali aeroplani di carta sono stati utilizzati e sono ancora utilizzati, puoi scoprirlo qui.
* Il primo aeroplano di carta è stato creato circa 2000 anni fa. Si ritiene che i primi a cui è venuta l'idea di realizzare aeroplanini di carta siano stati i cinesi, a cui piaceva anche creare aquiloni volanti dal papiro.
* Anche i fratelli Montgolfier, Joseph-Michel e Jacques-Etienne, decisero di usare la carta per volare. Sono loro che hanno inventato Palloncino e usava la carta per questo. È successo nel 18° secolo.
* Leonardo da Vinci ha scritto sull'uso della carta per creare modelli di ornitotteri (aerei).
* All'inizio del XX secolo, le riviste di aeroplani utilizzavano immagini di aeroplani di carta per spiegare i principi dell'aerodinamica.
Vedi anche: Come realizzare un aeroplano di carta
* Nella loro ricerca per costruire il primo aereo per il trasporto di esseri umani, i fratelli Wright usarono aerei di carta e ali nelle gallerie del vento.
* Negli anni '30, l'artista e ingegnere inglese Wallis Rigby progettò il suo primo aeroplano di carta. Questa idea sembrò interessante a diversi editori, che iniziarono a collaborare con lui ea pubblicare i suoi modelli cartacei, che erano abbastanza facili da assemblare. Vale la pena notare che Rigby ha cercato di realizzare non solo modelli interessanti, ma anche volanti.
* Sempre all'inizio degli anni '30, Jack Northrop della Lockheed Corporation utilizzò diversi modelli di carta di aeroplani e ali a scopo di test. Ciò è stato fatto prima della creazione di veri e propri velivoli di grandi dimensioni.
* Durante la seconda guerra mondiale, molti governi limitarono l'uso di materiali come plastica, metallo e legno in quanto considerati strategicamente importanti. La carta è diventata un luogo comune e molto popolare nell'industria dei giocattoli. Questo è ciò che ha reso popolare il modellismo su carta.
* Anche in URSS la modellazione su carta era molto popolare. Nel 1959 fu pubblicato il libro di PL Anokhin "Paper Flying Models". Di conseguenza, questo libro è diventato molto popolare tra i modellisti per molti anni. In esso, si potrebbe conoscere la storia della costruzione di aeromobili e la modellazione della carta. Tutti i modelli di carta erano originali, ad esempio si poteva trovare un modellino di carta volante dell'aereo Yak.
*Secondo la Paper Aircraft Association, un aeroplano di carta lanciato dall'EVA non volerà, scivolerà in linea retta. Se un aeroplano di carta non entra in collisione con qualche oggetto, può volare per sempre nello spazio.
* L'aereo di carta più costoso è stato utilizzato nella navetta spaziale durante il prossimo volo nello spazio. Il costo del carburante utilizzato per portare l'aereo nello spazio sulla navetta da solo è sufficiente per definire questo aereo di carta il più costoso.
* L'apertura alare più grande di un aeroplano di carta è di 12,22 cm Un aeroplano con tali ali potrebbe volare per quasi 35 metri prima di colpire il muro. Un tale velivolo è stato realizzato da un gruppo di studenti della Facoltà di aviazione e ingegneria missilistica del Politecnico di Delft, nei Paesi Bassi.
Il varo è stato effettuato nel 1995, quando l'aereo è stato lanciato all'interno dell'edificio da una piattaforma alta 3 metri. Secondo le regole, l'aereo doveva volare a circa 15 metri. Se non fosse stato per lo spazio limitato, sarebbe volato molto più lontano.
* Scienziati, ingegneri e studenti usano aeroplanini di carta per studiare l'aerodinamica. Amministrazione Nazionale dell'Aeronautica e della Ricerca spazio(NASA) ha inviato un aeroplano di carta nello spazio sullo Space Shuttle.
* È possibile realizzare aeroplanini di carta varie forme. Secondo il detentore del record Ken Blackburn, gli aeroplani realizzati a forma di "X", un cerchio o un'astronave futuristica possono volare proprio come semplici aeroplani di carta se fatti bene.
* Specialisti della NASA insieme agli astronauti ha tenuto una master class per gli scolarinel suo hangar centro di ricerca nel 1992. Insieme hanno costruito grandi aeroplani di carta con un'apertura alare fino a 9 metri.
* Il più piccolo aeroplano di carta origami è stato creato al microscopio dal signor Naito dal Giappone. Ha piegato un aeroplano da un foglio di carta di 2,9 metri quadrati. millimetro. Una volta realizzato, l'aeroplano veniva posizionato sulla punta di un ago da cucito.
* Il volo più lungo di un aeroplano di carta ha avuto luogo il 19 dicembre 2010 ed è stato lanciato dal giapponese Takuo Toda, che è il capo della Japan Origami Airplane Association. La durata del volo del suo modello, lanciato nella città di Fukuyama, nella prefettura di Hiroshima, è stata di 29,2 secondi.
Come realizzare un aeroplano Takuo Toda
Il robot assembla un aeroplano di carta
Panaiotov Georgy
Obbiettivo: Progettare aeromobili con le seguenti caratteristiche: portata massima e durata del volo.
Compiti:
Analizzare le informazioni ottenute da fonti primarie;
Studiare gli elementi dell'antica arte orientale dell'aerogami;
Conoscere le basi dell'aerodinamica, la tecnologia di progettazione di aeromobili dalla carta;
Testare i modelli costruiti;
Sviluppare competenze per il lancio corretto ed efficace dei modelli;
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Lavoro di ricerca "Indagine sulle proprietà di volo di vari modelli di aeroplani di carta"
Ipotesi: Si può presumere che le caratteristiche di volo di un aeromobile dipendano dalla sua forma.
Esperimento n. 1 “Il principio di creare un'ala” L'aria che si muove lungo la superficie superiore della striscia esercita una pressione minore rispetto all'aria ferma sotto la striscia. Solleva la striscia.
Esperimento n. 2 L'aria in movimento esercita una pressione minore dell'aria stazionaria, che si trova sotto il telo.
Esperimento n. 3 "Soffio" L'aria ferma ai bordi delle strisce esercita una pressione maggiore dell'aria in movimento tra di esse. La differenza di pressione spinge le strisce l'una verso l'altra.
Prove: Modello n. 1 Portata di prova n. 1 6 m 40 cm n. 2 10 m 45 cm n. 3 8 m
Prove: Modello n. 2 Portata di prova n. 1 10 m 20 cm n. 2 14 m n. 3 16 m 90 cm
Prove: Modello #3 Portata di prova #1 13m 50cm #2 12m #3 13m
Prove: Modello n. 4 Portata di prova n. 1 13 m 60 cm n. 2 19 m 70 cm n. 3 21 m 60 cm
Prove: Modello #5 Gamma di prova #1 9m 20cm #2 13m 20cm #3 10m 60cm
Risultati del test: Range Champion Modello n. 4 Airtime Champion Modello n. 5
Conclusione: le caratteristiche di volo di un aeromobile dipendono dalla sua forma.
introduzione
Ogni volta che vedo un aeroplano - un uccello d'argento che si libra nel cielo - ammiro la potenza con cui supera facilmente la gravità terrestre e solca l'oceano celeste e mi pongo domande:
L'uomo ha sempre sognato di salire in cielo “come un uccello” e fin dall'antichità ha cercato di realizzare il suo sogno. Nel 20° secolo, l'aviazione iniziò a svilupparsi così rapidamente che l'umanità non riuscì a salvare molti degli originali di questa complessa tecnologia. Ma molti campioni sono stati conservati nei musei sotto forma di modelli ridotti, dando un quadro quasi completo di macchine reali.
Ho scelto questo argomento perché aiuta nella vita non solo a sviluppare il pensiero tecnico logico, ma anche a unire le abilità pratiche di lavorare con la carta, la scienza dei materiali, la tecnologia per la progettazione e la costruzione di aeromobili. E la cosa più importante è la creazione del proprio aereo.
Abbiamo ipotizzato - si può presumere che le caratteristiche di volo dell'aeromobile dipendano dalla sua forma.
Abbiamo utilizzato i seguenti metodi di ricerca:
Obbiettivo: Progettare aeromobili con le seguenti caratteristiche: autonomia massima e durata del volo.
Compiti:
Analizzare le informazioni ottenute da fonti primarie;
Studiare gli elementi dell'antica arte orientale dell'aerogami;
Conoscere le basi dell'aerodinamica, la tecnologia di progettazione di aeromobili dalla carta;
Testare i modelli costruiti;
Sviluppare competenze per il lancio corretto ed efficace dei modelli;
Come base della mia ricerca, ho preso una delle aree dell'arte dell'origami giapponese: aerogami (dal giapponese "gami" - carta e dal latino "aero" - aria).
L'aerodinamica (dal greco aer - aria e dinamis - forza) è la scienza delle forze che sorgono quando i corpi si muovono nell'aria. Aria, grazie al suo Proprietà fisiche, resiste ad avanzare in esso solidi. Allo stesso tempo, tra i corpi e l'aria sorgono forze di interazione, che sono studiate dall'aerodinamica.
L'aerodinamica è base teorica aviazione moderna. Qualsiasi aereo vola, obbedendo alle leggi dell'aerodinamica. Pertanto, per un progettista di aeroplani, la conoscenza delle leggi di base dell'aerodinamica non è solo utile, ma semplicemente necessaria. Studiando le leggi dell'aerodinamica ho condotto una serie di osservazioni ed esperimenti: “La scelta della forma aereo”, “Principi per creare un'ala”, “Soffiare”, ecc.
Disegno.
Piegare un aeroplano di carta non è così facile come sembra. Le azioni devono essere sicure e precise, le pieghe - perfettamente diritte e nei punti giusti. I progetti semplici perdonano, mentre nei progetti complessi un paio di angoli imperfetti possono portare il processo di assemblaggio a un vicolo cieco. Inoltre, ci sono casi in cui la piega deve essere volutamente poco precisa.
Ad esempio, se uno degli ultimi passaggi richiede di piegare a metà una struttura a sandwich spessa, la piegatura non funzionerà a meno che non si esegua una regolazione dello spessore proprio all'inizio della piega. Queste cose non sono descritte nei diagrammi, vengono con l'esperienza. E la simmetria e la precisa distribuzione del peso del modello determinano quanto bene volerà.
Il punto chiave nell'"aviazione di carta" è la posizione del baricentro. Creando vari disegni, Propongo di appesantire il muso dell'aereo inserendo più carta al suo interno, per formare ali a tutti gli effetti, stabilizzatori e una chiglia. Quindi aeroplano di carta può essere controllato come uno reale.
Ad esempio, attraverso la sperimentazione, ho scoperto che la velocità e la traiettoria di volo possono essere regolate piegando la parte posteriore delle ali come dei veri flap, ruotando leggermente la chiglia di carta. Tale controllo è alla base delle "acrobazie aeree di carta".
I progetti degli aeromobili variano in modo significativo a seconda dello scopo della loro costruzione. Ad esempio, gli aerei per i voli a lunga distanza assomigliano a un dardo: sono altrettanto stretti, lunghi, rigidi, con uno spostamento pronunciato del baricentro verso il muso. Gli aerei per i voli più lunghi non sono rigidi, ma hanno un'ampia apertura alare e sono ben bilanciati. Il bilanciamento è estremamente importante per gli aerei lanciati su strada. Devono mantenere la posizione corretta, nonostante le fluttuazioni destabilizzanti dell'aria. Gli aerei lanciati all'interno beneficiano di un baricentro a testa in giù. Tali modelli volano più velocemente e più stabili, sono più facili da lanciare.
Prove
Per ottenere risultati elevati all'inizio, è necessario padroneggiare tecnica corretta gettare.
Il lancio all'aria aperta, oltre a problemi aggiuntivi (vento), crea ulteriori vantaggi. Usando correnti ascensionali, puoi far volare l'aereo incredibilmente in lungo e in largo. Una forte corrente ascensionale si può riscontrare, ad esempio, in prossimità di un grande edificio a più piani: colpendo un muro, il vento cambia direzione in verticale. più amichevole cuscino d'aria può essere trovato in una giornata di sole in un parcheggio. L'asfalto scuro diventa molto caldo e l'aria calda sopra di esso sale dolcemente.
Parte principale
1.1 Osservazioni ed esperimenti
Osservazioni
La scelta della forma dell'aeromobile.(Allegato 11)
