Człowiek będzie latał, polegając nie na sile swoich mięśni, ale na sile swojego umysłu.
(NE Żukowski)
Dlaczego i jak leci samolot Dlaczego ptaki mogą latać, chociaż są cięższe od powietrza? Jakie siły unoszą ogromny samolot pasażerski, który może lecieć szybciej, wyżej i dalej niż jakikolwiek ptak, bo jego skrzydła są nieruchome? Dlaczego szybowiec bez silnika może szybować w powietrzu? Na wszystkie te i wiele innych pytań odpowiada aerodynamika - nauka badająca prawa interakcji powietrza z poruszającymi się w nim ciałami.
W rozwoju aerodynamiki w naszym kraju wybitną rolę odegrał profesor Nikołaj Egorowicz Żukowski (1847-1921) - „ojciec lotnictwa rosyjskiego”, jak nazywał go V. I. Lenin. Zasługa Żukowskiego polega na tym, że jako pierwszy wyjaśnił powstawanie siły nośnej skrzydła i sformułował twierdzenie do obliczenia tej siły. Żukowski nie tylko odkrył prawa leżące u podstaw teorii lotu, ale także utorował drogę do szybkiego rozwoju lotnictwa w naszym kraju.
Podczas lotu dowolnym samolotem są cztery siły, których połączenie nie pozwala mu upaść:
Powaga to stała siła, która ciągnie samolot w kierunku ziemi.
Siła trakcyjna, który pochodzi z silnika i porusza samolot do przodu.
Siła oporu, przeciwnie do siły ciągu i jest spowodowane tarciem, spowalniając samolot i zmniejszając uniesienie skrzydeł.
siła podnoszenia, który powstaje, gdy powietrze poruszające się nad skrzydłem wytwarza zmniejszone ciśnienie. Zgodnie z prawami aerodynamiki wszystkie samoloty wznoszą się w powietrze, zaczynając od lekkich samolotów sportowych
Wszystkie samoloty na pierwszy rzut oka są bardzo podobne, ale jeśli przyjrzysz się uważnie, możesz znaleźć w nich różnice. Mogą różnić się skrzydłami, ogonem, budową kadłuba. Od tego zależy ich prędkość, wysokość lotu i inne manewry. A każdy samolot ma tylko własną parę skrzydeł.
Aby latać, nie musisz trzepotać skrzydłami, musisz sprawić, by poruszały się względem powietrza. I do tego skrzydło musi być tylko poinformowane prędkość pozioma. Z interakcji skrzydła z powietrzem powstanie siła nośna, a gdy tylko jej wartość będzie większa niż ciężar samego skrzydła i wszystkiego, co z nim związane, rozpocznie się lot. Sprawa pozostaje niewielka: zrobić odpowiednie skrzydło i móc je rozpędzić do wymaganej prędkości.
Spostrzegawczy ludzie już dawno zauważyli, że ptaki mają skrzydła, które nie są płaskie. Rozważmy skrzydło, którego dolna powierzchnia jest płaska, a górna wypukła.
Strumień powietrza na krawędzi natarcia skrzydła podzielony jest na dwie części: jedna opływa skrzydło od dołu, druga od góry. Z góry powietrze musi płynąć trochę dłużej niż z dołu, dlatego też z góry prędkość powietrza będzie nieco większa niż z dołu. Wiadomo, że wraz ze wzrostem prędkości ciśnienie w strumieniu gazu maleje. Tutaj też ciśnienie powietrza pod skrzydłem jest wyższe niż nad nim. Różnica ciśnień jest skierowana do góry, to jest siła podnoszenia. A jeśli dodasz kąt natarcia, siła nośna wzrośnie jeszcze bardziej.
Jak lata prawdziwy samolot?
Prawdziwe skrzydło samolotu ma kształt łzy, co oznacza, że powietrze przepływające nad górną częścią skrzydła porusza się szybciej niż powietrze przechodzące przez dolną część skrzydła. Ta różnica w prądy powietrzne tworzy windę i samolot leci.
A podstawowa idea jest taka: strumień powietrza jest przecinany przez krawędź natarcia skrzydła, część opływa skrzydło wzdłuż górnej powierzchni, a druga część wzdłuż dolnej. Aby oba strumienie zbiegały się za krawędzią spływu skrzydła bez wytworzenia podciśnienia, powietrze opływające górną powierzchnię skrzydła musi poruszać się szybciej względem samolotu niż powietrze opływające dolną powierzchnię, ponieważ musi podróżować na większą odległość.
Niskie ciśnienie z góry wciąga skrzydło, a wyższe ciśnienie od dołu wypycha je do góry. Skrzydło idzie w górę. A jeśli siła nośna przekracza ciężar samolotu, sam samolot wisi w powietrzu.
Na papierowe samolociki bez skrzydeł profilowych, więc jak latają? Siła nośna jest tworzona przez kąt natarcia ich płaskich skrzydeł. Nawet przy płaskich skrzydłach widać, że powietrze poruszające się nad skrzydłem pokonuje nieco większą odległość (i porusza się szybciej). Podnoszenie jest tworzone przez taki sam nacisk jak skrzydła profilowe, ale oczywiście ta różnica ciśnienia nie jest tak duża.
Kąt natarcia samolotu to kąt pomiędzy kierunkiem prędkości przepływu powietrza na korpusie a charakterystycznym kierunkiem podłużnym wybranym na korpusie, np. dla samolotu będzie to cięciwa skrzydła, to podłużna oś konstrukcji, dla pocisku lub rakiety jest to ich oś symetrii.
proste skrzydło
Zaletą prostego skrzydła jest jego wysoki współczynnik nośności, który pozwala na znaczne zwiększenie jednostkowego obciążenia skrzydła, a co za tym idzie zmniejszenie gabarytów i masy bez obawy o znaczne zwiększenie prędkości startu i lądowania.
Wadą, która z góry decyduje o nieprzydatności takiego skrzydła przy prędkościach lotu naddźwiękowego, jest gwałtowny wzrost oporu samolotu.
skrzydło delta
Skrzydło delta jest sztywniejsze i lżejsze niż skrzydło proste i jest najczęściej używane przy prędkościach ponaddźwiękowych. Zastosowanie skrzydła typu delta jest determinowane głównie względami wytrzymałościowymi i konstrukcyjnymi. Wadami skrzydła delta są pojawienie się i rozwój kryzysu falowego.
WNIOSEK
Jeżeli podczas modelowania zmieni się kształt skrzydła i nosa papierowego samolotu, to może zmienić się zasięg i czas jego lotu.
Skrzydełka samolot z papieru- mieszkanie. Aby zapewnić różnicę w przepływie powietrza nad i pod skrzydłem (aby wytworzyć siłę nośną), należy je pochylić pod pewnym kątem (kąt natarcia).
Samoloty do najdłuższych lotów nie są sztywne, ale mają dużą rozpiętość skrzydeł i są dobrze wyważone.
1. Wstęp. Cel. Ogólne wzorce rozwoju dziedziny wiedzy. Wybór przedmiotu badań. Mapa myśli.
2. Elementarna fizyka lotu szybowcowego (BS). Układ równań sił.
9. Fotografie z aerodynamicznego przeglądu charakterystyk tuby, równowaga aerodynamiczna.
10. Wyniki eksperymentów.
12. Niektóre wyniki dotyczące wizualizacji wirów.
13. Związek między parametrami a rozwiązaniami projektowymi. Porównanie opcji zredukowanych do prostokątnego skrzydła. Położenie środka aerodynamicznego i środka ciężkości oraz charakterystyka modeli.
14. Planowanie efektywne energetycznie. stabilizacja lotu. Taktyka rekordu świata na czas trwania lotu.
18. Wniosek.
19. Lista referencji.
1. Wstęp. Cel. Ogólne wzorce rozwoju dziedziny wiedzy. Wybór przedmiotu badań. Mapa myśli.
Rozwój fizyki współczesnej, przede wszystkim w jej części doświadczalnej, a zwłaszcza w dziedzinach stosowanych, przebiega według wyraźnego schematu hierarchicznego. Wynika to z potrzeby dodatkowej koncentracji zasobów niezbędnych do osiągnięcia wyników, od wsparcia materialnego eksperymentów po dystrybucję prac między wyspecjalizowanymi instytutami naukowymi. Niezależnie od tego, czy jest to realizowane w imieniu państwa, struktur komercyjnych czy wręcz pasjonatów, ale planowanie rozwoju dziedziny wiedzy, zarządzanie badaniami naukowymi to współczesna rzeczywistość.
Celem tej pracy jest nie tylko zorganizowanie lokalnego eksperymentu, ale także próba zilustrowania nowoczesna technologia organizacja naukowa na najprostszym poziomie.
Pierwsze refleksje poprzedzające właściwą pracę są zwykle utrwalane w dowolnej formie, historycznie dzieje się to na serwetkach. Jednak we współczesnej nauce ta forma prezentacji nazywana jest mapowaniem umysłu - dosłownie „schematem myślenia”. To schemat, w którym wszystko wpisuje się w postaci geometrycznych kształtów. które mogą mieć znaczenie dla danego zagadnienia. Pojęcia te są połączone strzałkami wskazującymi połączenia logiczne. Początkowo taki schemat może zawierać zupełnie różne i nierówne koncepcje, które trudno połączyć w klasyczny plan. Jednak ta różnorodność pozwala znaleźć miejsce na przypadkowe domysły i nieusystematyzowane informacje.
Jako obiekt badań wybrano papierowy samolot - rzecz znaną wszystkim od dzieciństwa. Założono, że wykonanie szeregu eksperymentów i zastosowanie pojęć fizyki elementarnej pomogłoby wyjaśnić cechy lotu, a być może także umożliwiłoby sformułowanie ogólne zasady budowa.
Wstępne zebranie informacji pokazało, że teren nie jest tak prosty, jak się początkowo wydawało. Dużą pomocą okazały się badania Kena Blackburna, inżyniera lotnictwa, posiadacza czterech rekordów świata (w tym obecnego) w planowaniu czasu, który ustanowił samolotami własnej konstrukcji.
W odniesieniu do zadania mapa myśli wygląda tak:
Jest to podstawowy zarys, który przedstawia zamierzoną strukturę badania.
2. Elementarna fizyka lotu szybowcowego. Układ równań wag.
Planowanie - szczególny przypadek zniżanie samolotu bez udziału ciągu generowanego przez silnik. W przypadku samolotów bez napędu - szybowców, aw szczególnym przypadku - samolotów papierowych, szybownictwo jest głównym trybem lotu.
Szybowanie odbywa się dzięki równoważącym się ciężarom oraz sile aerodynamicznej, na którą z kolei składają się siły nośne i oporowe.
Wykres wektorowy sił działających na samolot (szybowiec) podczas lotu przedstawia się następująco:
Warunkiem prostego planowania jest równość
Warunkiem jednolitości planowania jest równość
Tak więc, aby utrzymać prostoliniowe, jednolite planowanie, wymagane są obie równości, system
Y=GcosA
Q=GsinA
3. Zagłębienie się w podstawową teorię aerodynamiki. laminarny i turbulentny. Numer Reynoldsa.
Bardziej szczegółowe zrozumienie lotu daje współczesna teoria aerodynamiki, oparta na opisie zachowania różne rodzaje przepływy powietrza, w zależności od charakteru interakcji cząsteczek. Istnieją dwa główne rodzaje przepływów - laminarny, gdy cząstki poruszają się po gładkich i równoległych krzywych, oraz turbulentny, gdy są mieszane. Z reguły nie ma sytuacji z przepływem idealnie laminarnym lub czysto turbulentnym, wzajemne oddziaływanie obu z nich tworzy prawdziwy obraz działania skrzydła.
Jeśli weźmiemy pod uwagę konkretny obiekt o skończonej charakterystyce – masa, wymiary geometryczne, to właściwości płynięcia na poziomie oddziaływania molekularnego charakteryzują się liczbą Reynoldsa, która daje wartość względną i oznacza stosunek impulsów siły do lepkości płynu. Jak więcej numeru, tym mniejszy wpływ lepkości.
Re=VLρ/η=VL/ν
V (prędkość)
L (charakterystyka wielkości)
ν (współczynnik (gęstość/lepkość)) = 0,000014 m^2/s dla powietrza o normalnej temperaturze.
W przypadku papierowego samolotu liczba Reynoldsa wynosi około 37 000.
Ponieważ liczba Reynoldsa jest znacznie niższa niż w prawdziwym samolocie, oznacza to, że lepkość powietrza odgrywa znacznie większą rolę, co skutkuje zwiększonym oporem i zmniejszoną siłą nośną.
4. Jak działają skrzydła konwencjonalne i płaskie.
Płaskie skrzydło z punktu widzenia fizyki elementarnej to płyta umieszczona pod kątem do poruszającego się strumienia powietrza. Powietrze jest „rzucane” pod kątem w dół, tworząc przeciwnie skierowaną siłę. Jest to całkowita siła aerodynamiczna, którą można przedstawić jako dwie siły – unoszenie i opór. Takie oddziaływanie można łatwo wytłumaczyć na podstawie trzeciego prawa Newtona. Klasycznym przykładem płaskiego skrzydła odblaskowego jest latawiec.
Zachowanie konwencjonalnej (płasko-wypukłej) powierzchni aerodynamicznej jest wyjaśnione przez aerodynamikę klasyczną jako pojawienie się siły nośnej spowodowane różnicą prędkości fragmentów przepływu i, odpowiednio, różnicą ciśnień z dołu i nad skrzydłem.
Płaskie papierowe skrzydło w przepływie tworzy na górze strefę wirową, która przypomina zakrzywiony profil. Jest mniej stabilny i wydajny niż twarda skorupa, ale mechanizm jest taki sam.
Rysunek pochodzi ze źródła (patrz odniesienia). Pokazuje tworzenie się płata z powodu turbulencji na górnej powierzchni skrzydła. Istnieje również koncepcja warstwy przejściowej, w której turbulentny przepływ staje się laminarny w wyniku oddziaływania warstw powietrza. Nad skrzydłem papierowego samolotu ma do 1 centymetra.
5. Przegląd trzech projektów samolotów
Do eksperymentu wybrano trzy różne projekty samolotów papierowych o różnej charakterystyce.
Model nr 1. Najpopularniejszy i najbardziej znany projekt. Z reguły większość wyobraża to sobie, słysząc wyrażenie „samolot papierowy”.
Numer modelu 2. „Strzałka” lub „Włócznia”. Charakterystyczny model o ostrym kącie skrzydeł i założonej dużej prędkości.
Numer modelu 3. Model ze skrzydłem o wysokim współczynniku kształtu. Specjalna konstrukcja, montowana po szerokiej stronie arkusza. Zakłada się, że ma dobre dane aerodynamiczne ze względu na wysokie wydłużenie skrzydła.
Wszystkie samoloty zostały zmontowane z tych samych kartek papieru o gramaturze 80 gram/m^2 formatu A4. Masa każdego samolotu to 5 gramów.
6. Zestawy funkcji, dlaczego tak jest.
Aby uzyskać charakterystyczne parametry dla każdego projektu, konieczne jest samodzielne określenie tych parametrów. Masa wszystkich samolotów jest taka sama - 5 gramów. Łatwo jest zmierzyć szybkość planowania dla każdej konstrukcji i kąta. Stosunek różnicy wysokości do odpowiedniego zakresu da nam stosunek unoszenia do oporu, zasadniczo taki sam kąt schodzenia.
Interesujące są pomiary siły nośnej i oporu pod różnymi kątami natarcia skrzydła, charakter ich zmian w reżimach granicznych. Pozwoli to scharakteryzować struktury na podstawie parametrów numerycznych.
Oddzielnie można analizować parametry geometryczne samolotów papierowych – położenie środka aerodynamicznego i środka ciężkości dla różnych kształtów skrzydeł.
Dzięki wizualizacji przepływów można uzyskać wizualną reprezentację procesów zachodzących w warstwy graniczne powietrze w pobliżu powierzchni aerodynamicznych.
7. Eksperymenty wstępne (komora). Uzyskane wartości prędkości i współczynnika unoszenia do przeciągania.
Aby określić podstawowe parametry, zostało to zrobione najprostszy eksperyment- lot papierowego samolotu został zarejestrowany kamerą wideo na tle ściany z oznaczeniami metrycznymi. Ponieważ znany jest odstęp między klatkami dla nagrywania wideo (1/30 sekundy), prędkość szybowania można łatwo obliczyć. W zależności od spadku wysokości, kąt schodzenia i jakość aerodynamiczna samolotu znajdują się na odpowiednich ramach.
Przeciętnie prędkość samolotu to 5-6 m/s, czyli nie tak mało.
Jakość aerodynamiczna - około 8.
8. Wymagania dotyczące eksperymentu, zadanie inżynierskie.
Aby odtworzyć warunki lotu, potrzebujemy przepływu laminarnego do 8 m/s oraz możliwości pomiaru siły nośnej i oporu. Klasyczną metodą badań aerodynamicznych jest tunel aerodynamiczny. W naszym przypadku sytuację upraszcza fakt, że sam samolot jest niewielkich rozmiarów i prędkości i może być bezpośrednio umieszczony w tubie o ograniczonych wymiarach.
Nie przeszkadza nam więc sytuacja, gdy dmuchany model znacznie odbiega wymiarami od oryginału, co ze względu na różnicę w liczbach Reynoldsa wymaga kompensacji podczas pomiarów.
Przy przekroju rury 300x200 mm i natężeniu przepływu do 8 m / s potrzebujemy wentylatora o wydajności co najmniej 1000 metrów sześciennych / godzinę. Do zmiany natężenia przepływu potrzebny jest regulator obrotów silnika, a do pomiaru anemometr o odpowiedniej dokładności. Prędkościomierz nie musi być cyfrowy, całkiem możliwe jest obejście się z odchylaną płytką z podziałką kątową lub anemometrem cieczowym, który ma większą dokładność.
Tunel aerodynamiczny jest znany od dawna, Mozhaisky wykorzystał go w badaniach, a Ciołkowski i Żukowski już go szczegółowo opracowali nowoczesna technologia eksperyment, który zasadniczo się nie zmienił.
Do pomiaru siły oporu i siły nośnej wykorzystuje się bilanse aerodynamiczne, które umożliwiają wyznaczenie sił w kilku kierunkach (w naszym przypadku w dwóch).
9. Zdjęcia tunelu aerodynamicznego. Przegląd charakterystyk rur, równowaga aerodynamiczna.
Biurkowy tunel aerodynamiczny został zrealizowany w oparciu o wystarczająco mocny wentylator przemysłowy. Za wentylatorem znajdują się wzajemnie prostopadłe płyty, które prostują przepływ przed wejściem do komory pomiarowej. Okienka w komorze pomiarowej wyposażone są w szybę. W dolnej ściance wycięty jest prostokątny otwór na uchwyty. Bezpośrednio w komorze pomiarowej zainstalowany jest wirnik anemometru cyfrowego do pomiaru prędkości przepływu. Rura ma niewielkie zwężenie na wyjściu, aby „zwiększyć” przepływ, co zmniejsza turbulencje kosztem zmniejszenia prędkości. Prędkość wentylatora jest kontrolowana za pomocą prostego domowego sterownika elektronicznego.
Charakterystyki rury okazały się gorsze od obliczonych, głównie ze względu na rozbieżność między wydajnością wentylatora a charakterystyką paszportową. Zwiększenie przepływu zmniejszyło również prędkość w strefie pomiarowej o 0,5 m/s. W rezultacie maksymalna prędkość- nieco powyżej 5 m/s, co jednak okazało się wystarczające.
Liczba Reynoldsa dla rury:
Re = VLρ/η = VL/ν
V (prędkość) = 5m/s
L (charakterystyka) = 250mm = 0,25m
ν (współczynnik (gęstość/lepkość)) = 0,000014 m2/s
Re = 1,25/ 0,000014 = 89285,7143
Do pomiaru sił działających na samolot wykorzystano elementarne wagi aerodynamiczne o dwóch stopniach swobody oparte na parze elektronicznych wag jubilerskich z dokładnością do 0,01 grama. Samolot został zamocowany na dwóch stojakach pod kątem prostym i zamontowany na platformie pierwszej wagi. Te z kolei zostały umieszczone na ruchomej platformie z dźwigniowym przenoszeniem siły poziomej na drugą wagę.
Pomiary wykazały, że dokładność jest wystarczająca dla podstawowych trybów. Trudno było jednak ustalić kąt, dlatego lepiej opracować odpowiedni schemat montażu z oznaczeniami.
10. Wyniki eksperymentów.
Podczas przedmuchiwania modeli zmierzono dwa główne parametry - siłę oporu i siłę podnoszenia, w zależności od prędkości przepływu przy podany kąt. Skonstruowano rodzinę charakterystyk o wystarczająco realistycznych wartościach, aby opisać zachowanie każdego samolotu. Wyniki podsumowano na wykresach z dalszą normalizacją skali względem prędkości.
11. Zależności krzywych dla trzech modeli.
Model nr 1.
Złoty środek. Projekt odpowiada materiałowi - papierowi. Siła skrzydeł odpowiada długości, rozkład masy jest optymalny, dzięki czemu prawidłowo złożony samolot jest dobrze wyrównany i płynnie lata. To właśnie połączenie tych cech i łatwości montażu sprawiło, że projekt ten stał się tak popularny. Prędkość jest mniejsza niż w drugim modelu, ale większa niż w trzecim. Przy dużych prędkościach zaczyna już przeszkadzać szeroki ogon, który wcześniej doskonale ustabilizował model.
Numer modelu 2.
Model o najgorszych charakterystykach lotu. Duży łuk i krótkie skrzydła są zaprojektowane tak, aby lepiej działały wysokie prędkości, co się dzieje, ale winda nie rośnie wystarczająco i samolot naprawdę leci jak włócznia. Ponadto nie stabilizuje się prawidłowo w locie.
Numer modelu 3.
Przedstawiciel szkoły "inżynierii" - model został opracowany ze specjalnymi cechami. Skrzydła o wysokim wydłużeniu działają lepiej, ale opór rośnie bardzo szybko - samolot leci wolno i nie toleruje przyspieszenia. Aby zrekompensować brak sztywności papieru zastosowano liczne fałdy w czubku skrzydła, co również zwiększa wytrzymałość. Niemniej jednak model bardzo odkrywczy i dobrze lata.
12. Niektóre wyniki dotyczące wizualizacji wirów
Jeśli wprowadzisz źródło dymu do strumienia, możesz zobaczyć i sfotografować strumienie, które opływają skrzydło. Nie mieliśmy do dyspozycji specjalnych wytwornic dymu, używaliśmy kadzidełek. Aby zwiększyć kontrast zastosowano specjalny filtr do obróbki zdjęć. Szybkość przepływu również spadła, ponieważ gęstość dymu była niska.
Formacja przepływu na krawędzi natarcia skrzydła.
Burzliwy ogon.
Przepływy można również badać za pomocą krótkich nici przyklejonych do skrzydła lub cienkiej sondy z gwintem na końcu.
13. Związek między parametrami a rozwiązaniami projektowymi. Porównanie opcji zredukowanych do prostokątnego skrzydła. Położenie środka aerodynamicznego i środka ciężkości oraz charakterystyka modeli.
Zauważono już, że papier jako materiał ma wiele ograniczeń. W przypadku niskich prędkości lotu długie, wąskie skrzydła mają najwyższa jakość. To nie przypadek, że prawdziwe szybowce, zwłaszcza rekordziści, również mają takie skrzydła. Samoloty papierowe mają jednak ograniczenia technologiczne, a ich skrzydła nie są optymalne.
Aby przeanalizować związek między geometrią modeli a ich charakterystykami lotu, konieczne jest sprowadzenie złożonego kształtu do prostokątnego analogu metodą przenoszenia powierzchni. Najlepiej sobie z tym poradzić programy komputerowe, co pozwala na reprezentowanie różnych modeli w uniwersalna forma. Po przekształceniach opis zostanie sprowadzony do podstawowych parametrów – rozpiętość, długość cięciwy, środek aerodynamiczny.
Połączenie tych wielkości i środka masy umożliwi ustalenie wartości charakterystycznych dla różne rodzaje zachowanie. Obliczenia te wykraczają poza zakres tej pracy, ale można je łatwo wykonać. Można jednak przyjąć, że środek ciężkości dla samolotu papierowego o prostokątnych skrzydłach znajduje się w odległości od jednego do czterech od dziobu do ogona, dla samolotu ze skrzydłami typu delta - w jednej sekundzie (tzw. punkt neutralny).
14. Planowanie efektywne energetycznie. stabilizacja lotu.
Taktyka rekordu świata pod względem czasu trwania lotu.
Na podstawie krzywych siły nośnej i oporu można znaleźć energetycznie korzystny tryb lotu z najmniejszymi stratami. Jest to z pewnością ważne w przypadku liniowców dalekiego zasięgu, ale może się przydać również w lotnictwie papierowym. Lekko unowocześniając samolot (wyginanie krawędzi, redystrybucja ciężaru), można uzyskać lepsze właściwości lotu lub odwrotnie, przenieść lot w tryb krytyczny.
Ogólnie rzecz biorąc, papierowe samoloty nie zmieniają charakterystyk podczas lotu, więc mogą się obejść bez specjalnych stabilizatorów. Ogon, który tworzy opór, pozwala przesunąć środek ciężkości do przodu. Prostoliniowość lotu jest zachowana dzięki pionowej płaszczyźnie fałdy i poprzecznemu V skrzydeł.
Stabilność oznacza, że samolot po odchyleniu ma tendencję do powrotu do pozycji neutralnej. Punktem stabilności kąta schodzenia jest utrzymanie tej samej prędkości przez samolot. Im bardziej stabilny samolot, tym więcej prędkości taki sam jak model nr 2. Ale ten trend należy ograniczyć - należy użyć windy, aby najlepsze samoloty papierowe miały w większości neutralną stabilność, jest to najlepsza kombinacja cech.
Jednak ustalone reżimy nie zawsze są najlepsze. Rekord świata na najdłuższy lot został ustanowiony bardzo konkretną taktyką. Po pierwsze start samolotu odbywa się w linii pionowej prostej, po prostu narzuca się go maksymalna wysokość. Po drugie, po ustabilizowaniu się w górnym punkcie ze względu na względne położenie środka ciężkości i efektywnej powierzchni skrzydła, samolot sam musi wejść w normalny lot. Po trzecie rozkład masy samolotu nie jest normalny – ma on niedociążoną przednią część, dlatego ze względu na duży opór, który nie rekompensuje masy, bardzo szybko zwalnia. W tym samym czasie siła nośna skrzydła gwałtownie spada, kiwa się i spadając przyspiesza z szarpnięciem, ale ponownie zwalnia i zamarza. Takie oscylacje (kabracje) są wygładzane dzięki bezwładności w punktach zaniku, dzięki czemu całkowity czas spędzony w powietrzu jest dłuższy niż normalny równomierny poślizg.
15. Trochę o syntezie struktury o zadanych cechach.
Zakłada się, że po ustaleniu głównych parametrów płaszczyzny papieru, ich zależności, a tym samym zakończeniu etapu analizy, można przystąpić do problemu syntezy - na podstawie niezbędne wymagania stworzyć nową strukturę. Empirycznie robią to amatorzy na całym świecie, liczba projektów przekroczyła 1000. Ale nie ma ostatecznego wyrażenia liczbowego dla takiej pracy, tak jak nie ma specjalnych przeszkód w prowadzeniu takich badań.
16. Praktyczne analogie. Latająca wiewiórka. Apartament w skrzydle.
Oczywiste jest, że papierowy samolot to przede wszystkim źródło radości i wspaniała ilustracja pierwszego kroku w niebo. Podobną zasadę szybowania stosują w praktyce jedynie latające wiewiórki, które nie mają dużego znaczenia ekonomicznego, przynajmniej na naszym pasie.
Bardziej praktycznym odpowiednikiem papierowego samolotu jest "Wing suite" - kombinezon dla skoczków spadochronowych umożliwiający lot poziomy. Nawiasem mówiąc, jakość aerodynamiczna takiego skafandra jest mniejsza niż w przypadku papierowego samolotu - nie więcej niż 3.
17. Wróć do mapy myśli. Poziom rozwoju. Pojawiające się pytania i możliwości dalszego rozwoju badań.
Biorąc pod uwagę wykonaną pracę, możemy nanieść na mapę myśli kolorowanie wskazujące na wykonanie zadań. Kolor zielony wskazuje tu punkty, które są na zadowalającym poziomie, jasnozielony - problemy, które mają pewne ograniczenia, żółty - obszary dotknięte, ale nie rozwinięte w niezbędnym zakresie, czerwony - obiecujące, wymagające dodatkowych badań.
18. Wniosek.
W wyniku przeprowadzonych prac zbadano podstawy teoretyczne lotu samolotów papierowych, zaplanowano i przeprowadzono eksperymenty, które umożliwiły wyznaczenie parametrów numerycznych dla różnych konstrukcji oraz ogólnych zależności między nimi. Z punktu widzenia nowoczesnej aerodynamiki wpływa to również na złożone mechanizmy lotu.
Opisano główne parametry wpływające na lot, podano kompleksowe zalecenia.
W części ogólnej podjęto próbę usystematyzowania dziedziny wiedzy na podstawie mapy myśli oraz nakreślono główne kierunki dalszych badań.
19. Lista referencji.
1. Aerodynamika papierowego samolotu [Zasoby elektroniczne] / Ken Blackburn - tryb dostępu: http://www.paperplane.org/paero.htm, bezpłatny. - Zagl. z ekranu. - Yaz. język angielski
2. Do Schütta. Wprowadzenie do fizyki lotu. Tłumaczenie G.A. Wolpert z piątego wydania niemieckiego. - M.: Zjednoczone Wydawnictwo Naukowo-Techniczne ZSRR NKTP. Wydanie literatury technicznej i teoretycznej, 1938. - 208 s.
3. Stakhursky A. Dla zręcznych rąk: Biurkowy tunel aerodynamiczny. Dworzec Centralny Młodych Techników im. N.M. Shvernik - M.: Ministerstwo Kultury ZSRR. Dyrekcja Główna Przemysłu Poligraficznego, XIII Drukarnia, 1956. - 8 s.
4. Merzlikin V. Sterowane radiowo modele szybowców. - M: Wydawnictwo DOSAAF ZSRR, 1982. - 160 s.
5. A.L. Stasenko. Fizyka lotu. - M: Nauka. Wydanie główne literatury fizycznej i matematycznej, 1988, - 144 s.
Aby zrobić papierowy samolot, potrzebujesz prostokątnego arkusza papieru, który może być biały lub kolorowy. Jeśli chcesz, możesz użyć notatnika, ksero, papieru gazetowego lub dowolnego innego dostępnego papieru.
Lepiej jest dobrać gęstość podłoża dla przyszłego samolotu bliżej średniej, aby leciała daleko i jednocześnie nie było zbyt trudno ją złożyć (zwykle trudno jest naprawić fałdy na zbyt grubym papierze i okazują się nierówne).
Dla początkujących miłośników origami lepiej jest zacząć od najprostszego modelu samolotu znanego wszystkim od dzieciństwa:
Dla tych, którym nie udało się złożyć samolotu zgodnie z instrukcją, oto samouczek wideo:
Jeśli znudzi Ci się ta opcja w szkole i chcesz poszerzyć swoje umiejętności budowania papierowych samolotów, podpowiemy Ci, jak krok po kroku wykonać dwie proste wariacje poprzedniego modelu.
Instrukcja fotograficzna krok po kroku
Schemat składania
Czy chcesz dowiedzieć się, jak prawidłowo wystrzelić papierowy samolot, który właśnie wykonałeś własnymi rękami? Następnie uważnie przeczytaj zasady jego zarządzania:
Jeśli przestrzegane są wszystkie zasady, ale model nadal nie lata tak, jak byś chciał, spróbuj go ulepszyć w następujący sposób:
Zwracamy również uwagę na film instruktażowy dotyczący produkcji i testowania ciekawego modelu samolotu zdolnego nie tylko do dalekiego, ale i niezwykle długiego lotu:
Teraz, gdy jesteś pewny swoich umiejętności i masz już swoje ręce w składaniu i uruchamianiu prostych samolotów, oferujemy instrukcje, które podpowie Ci, jak zrobić bardziej złożony papierowy samolot.
Schemat wykonania
Schemat wykonania krok po kroku
Papierowy wojownik jest gotowy!
Instrukcje produkcyjne:
Postępując zgodnie z podanymi instrukcjami dotyczącymi zdjęć i filmów, możesz w kilka minut zrobić papierowy samolot własnymi rękami, dzięki czemu zabawa stanie się przyjemną i zabawną rozrywką dla Ciebie i Twoich dzieci!
Niesamowite fakty
Wielu z nas widziało, a może wykonało papierowe samoloty i wystrzeliło je, obserwując, jak szybują w powietrzu.
Czy zastanawiałeś się kiedyś, kto jako pierwszy stworzył papierowy samolot i dlaczego?
Dziś papierowe samoloty wykonują nie tylko dzieci, ale także poważne firmy produkujące samoloty - inżynierowie i projektanci.
Jak, kiedy i do jakich samolotów papierowych były i nadal są używane, dowiesz się tutaj.
* Pierwszy papierowy samolot powstał około 2000 lat temu. Uważa się, że pierwszymi, którzy wpadli na pomysł zrobienia papierowych samolotów byli Chińczycy, którzy również lubili tworzyć latające latawce z papirusu.
* Bracia Montgolfier, Joseph-Michel i Jacques-Etienne, również postanowili używać papieru do latania. To oni wymyślili Balon i zużyty do tego papier. Stało się to w XVIII wieku.
* Leonardo da Vinci pisał o używaniu papieru do tworzenia modeli ornitopterów (samolotów).
* Na początku XX wieku czasopisma lotnicze wykorzystywały zdjęcia papierowych samolotów, aby wyjaśnić zasady aerodynamiki.
Zobacz też: Jak zrobić papierowy samolot
* W dążeniu do zbudowania pierwszego samolotu transportującego ludzi bracia Wright wykorzystali papierowe samoloty i skrzydła w tunelach aerodynamicznych.
* W latach 30. angielski artysta i inżynier Wallis Rigby zaprojektował swój pierwszy papierowy samolot. Pomysł ten wydał się interesujący dla kilku wydawców, którzy rozpoczęli z nim współpracę i publikowali jego papierowe modele, które były dość łatwe w montażu. Warto zauważyć, że Rigby starał się robić nie tylko ciekawe modele, ale także latające.
* Również na początku lat 30. Jack Northrop z firmy Lockheed Corporation używał do testów kilku papierowych modeli samolotów i skrzydeł. Dokonano tego przed stworzeniem naprawdę dużego samolotu.
* Podczas II wojny światowej wiele rządów ograniczało użycie materiałów takich jak plastik, metal i drewno, ponieważ uważano je za strategiczne. Papier stał się powszechny i bardzo popularny w branży zabawkarskiej. To właśnie sprawiło, że modelowanie na papierze stało się popularne.
* W ZSRR modelowanie papierowe było również bardzo popularne. W 1959 roku ukazała się książka P. L. Anokhina „Papierowe modele latające”. W rezultacie książka ta przez wiele lat cieszyła się dużą popularnością wśród modelarzy. Można było w nim zapoznać się z historią budowy samolotów, a także z modelowaniem papierowym. Wszystkie papierowe modele były oryginalne, np. można było znaleźć latający papierowy model samolotu Jak.
*Według Paper Aircraft Association, papierowy samolot wystrzelony przez EVA nie będzie latał, będzie leciał w linii prostej. Jeśli papierowy samolot nie zderzy się z jakimś obiektem, może na zawsze wznieść się w kosmos.
* Najdroższy papierowy samolot został użyty w promie kosmicznym podczas następnego lotu w kosmos. Sam koszt paliwa używanego do wystrzelenia samolotu w kosmos na promie wystarczy, aby nazwać ten papierowy samolot najdroższym.
* Największa rozpiętość skrzydeł papierowego samolotu wynosi 12,22 cm, samolot z takimi skrzydłami może przelecieć prawie 35 metrów przed uderzeniem w ścianę. Taki samolot wykonała grupa studentów Wydziału Lotnictwa i Inżynierii Rakietowej Instytutu Politechnicznego w Delft w Holandii.
Wodowanie nastąpiło w 1995 roku, kiedy samolot został wystrzelony wewnątrz budynku z platformy o wysokości 3 metrów. Zgodnie z przepisami samolot miał przelecieć około 15 metrów. Gdyby nie ograniczona przestrzeń, poleciałby znacznie dalej.
* Naukowcy, inżynierowie i studenci wykorzystują papierowe samoloty do studiowania aerodynamiki. Narodowa Administracja Aeronautyki i Badań przestrzeń kosmiczna(NASA) wysłał w kosmos papierowy samolot promem kosmicznym.
* Można wykonać papierowe samoloty różne formy. Według rekordzisty Kena Blackburna, samoloty wykonane w kształcie „X”, obręczy lub futurystycznego statku kosmicznego mogą latać tak samo jak zwykłe papierowe samoloty, jeśli zostaną wykonane prawidłowo.
* Specjaliści NASA wraz z astronautami zorganizowała klasę mistrzowską dla dzieci w wieku szkolnymw jego hangarze Centrum Badań w 1992 roku. Wspólnie zbudowali duże papierowe samoloty o rozpiętości skrzydeł dochodzącej do 9 metrów.
* Najmniejszy papierowy samolot origami został stworzony pod mikroskopem przez pana Naito z Japonii. Złożył samolot z kartki papieru o powierzchni 2,9 metra kwadratowego. milimetr. Po wykonaniu samolot był umieszczany na czubku igły do szycia.
* Najdłuższy lot papierowego samolotu odbył się 19 grudnia 2010 r. i został wystrzelony przez Japończyka Takuo Toda, który jest szefem Japan Origami Airplane Association. Czas lotu jego modelu, zwodowanego w mieście Fukuyama w prefekturze Hiroszima, wynosił 29,2 sekundy.
Jak zrobić samolot Takuo Toda
Robot montuje papierowy samolot
Gieorgij Panajotowa
Cel: Zaprojektuj samolot o następujących cechach: maksymalny zasięg i czas trwania lotu.
Zadania:
Analizować informacje uzyskane ze źródeł pierwotnych;
Zbadanie elementów starożytnej orientalnej sztuki aerogami;
Zapoznanie się z podstawami aerodynamiki, technologią projektowania samolotów z papieru;
Przetestuj zbudowane modele;
Rozwijanie umiejętności prawidłowego, skutecznego uruchamiania modeli;
Aby skorzystać z podglądu prezentacji, utwórz dla siebie konto ( rachunek) Google i zaloguj się: https://accounts.google.com
Praca badawcza „Badanie właściwości lotnych różnych modeli samolotów papierowych”
Hipoteza: Można założyć, że charakterystyka lotu samolotu zależy od jego kształtu.
Doświadczenie nr 1 „Zasada tworzenia skrzydła” Powietrze poruszające się wzdłuż górnej powierzchni taśmy wywiera mniejsze ciśnienie niż nieruchome powietrze pod taśmą. Podnosi pasek.
Doświadczenie nr 2 Ruchome powietrze wywiera mniejsze ciśnienie niż stacjonarne powietrze, które znajduje się pod arkuszem.
Doświadczenie nr 3 „Blow” Nieruchome powietrze na krawędziach pasków wywiera większy nacisk niż powietrze poruszające się między nimi. Różnica ciśnień dociska paski do siebie.
Próby: Model #1 Zakres prób #1 6m 40cm #2 10m 45cm #3 8m
Próby: Model #2 Zakres prób #1 10m 20cm #2 14m #3 16m 90cm
Próby: Model #3 Zakres prób #1 13m 50cm #2 12m #3 13m
Próby: Model #4 Zakres prób #1 13m 60cm #2 19m 70cm #3 21m 60cm
Próby: Model #5 Zakres prób #1 9m 20cm #2 13m 20cm #3 10m 60cm
Wyniki testu: Range Champion Model #4 Airtime Champion Model #5
Wniosek: Charakterystyki lotu samolotu zależą od jego kształtu.
Wstęp
Za każdym razem, gdy widzę samolot - srebrnego ptaka wznoszącego się w niebo - podziwiam moc, z jaką z łatwością pokonuje ziemską grawitację i orki niebiański ocean i zadaję sobie pytania:
Człowiek zawsze marzył o tym, by wzbić się w niebo „jak ptak” i od czasów starożytnych starał się spełnić swoje marzenie. W XX wieku lotnictwo zaczęło się tak szybko rozwijać, że ludzkość nie była w stanie uratować wielu oryginałów tej złożonej technologii. Ale wiele próbek zachowało się w muzeach w postaci zredukowanych modeli, dając prawie pełny obraz prawdziwych maszyn.
Wybrałem ten temat, ponieważ pomaga on w życiu nie tylko rozwijać logiczne myślenie techniczne, ale także łączyć praktyczne umiejętności pracy z papierem, materiałoznawstwem, technologią projektowania i budowy samolotów. A najważniejsze jest stworzenie własnego samolotu.
Postawiliśmy hipotezę - można przyjąć, że charakterystyka lotu samolotu zależy od jego kształtu.
Wykorzystaliśmy następujące metody badawcze:
Cel: Zaprojektuj samolot o następujących cechach: maksymalny zasięg i czas lotu.
Zadania:
Analizować informacje uzyskane ze źródeł pierwotnych;
Zbadanie elementów starożytnej orientalnej sztuki aerogami;
Zapoznanie się z podstawami aerodynamiki, technologią projektowania samolotów z papieru;
Przetestuj zbudowane modele;
Rozwijanie umiejętności prawidłowego, skutecznego uruchamiania modeli;
Jako podstawę swoich badań przyjąłem jeden z obszarów japońskiej sztuki origami - aerogamia (z japońskiego „gami” - papier i łacińskiego „aero” - powietrze).
Aerodynamika (od greckich słów aer – powietrze i dinamis – siła) to nauka o siłach powstających, gdy ciała poruszają się w powietrzu. Powietrze, dzięki jego właściwości fizyczne, opiera się postępowi w nim ciała stałe. Jednocześnie powstają siły interakcji między ciałami a powietrzem, które są badane przez aerodynamikę.
Aerodynamika to podstawy teoretyczne nowoczesne lotnictwo. Każdy samolot lata, przestrzegając praw aerodynamiki. Dlatego dla projektanta samolotu znajomość podstawowych praw aerodynamiki jest nie tylko przydatna, ale wręcz niezbędna. Studiując prawa aerodynamiki przeprowadziłem szereg obserwacji i eksperymentów: „Wybór kształtu samolot”, „Zasady tworzenia skrzydła”, „Uderzenie” itp.
Projekt.
Złożenie papierowego samolotu nie jest tak łatwe, jak się wydaje. Akcje muszą być pewne i precyzyjne, fałdy – idealnie proste i we właściwych miejscach. Proste projekty są wyrozumiałe, podczas gdy w złożonych projektach kilka niedoskonałych kątów może doprowadzić proces montażu do ślepego zaułka. Ponadto zdarzają się przypadki, w których złożenie musi być celowo niezbyt dokładne.
Na przykład, jeśli jeden z ostatnich kroków wymaga złożenia grubej struktury kanapkowej na pół, złożenie nie zadziała, chyba że dokonasz regulacji grubości na samym początku składania. Takie rzeczy nie są opisane na diagramach, przychodzą z doświadczeniem. A symetria i dokładny rozkład masy modelu decydują o tym, jak dobrze będzie latać.
Kluczowym punktem w „lotnictwie papierowym” jest położenie środka ciężkości. Tworząc różne wzory, proponuję dociążyć nos samolotu poprzez umieszczenie w nim większej ilości papieru, aby uformować pełnoprawne skrzydła, stabilizatory i kil. Następnie papierowy samolot może być kontrolowany jak prawdziwy.
Na przykład poprzez eksperymenty odkryłem, że prędkość i tor lotu można regulować, wyginając tył skrzydeł jak prawdziwe klapy, lekko obracając papierowy kil. Taka kontrola jest podstawą „akrobacji papierowych”.
Konstrukcje samolotów różnią się znacznie w zależności od celu ich budowy. Na przykład samoloty do lotów długodystansowych przypominają kształtem lotkę – są tak samo wąskie, długie, sztywne, z wyraźnym przesunięciem środka ciężkości w kierunku nosa. Samoloty do najdłuższych lotów nie są sztywne, ale mają dużą rozpiętość skrzydeł i są dobrze wyważone. Równoważenie jest niezwykle ważne dla samolotów startujących na ulicach. Muszą utrzymać prawidłową pozycję, pomimo destabilizujących wahań powietrza. Samoloty startujące w pomieszczeniach korzystają z nisko położonego środka ciężkości. Takie modele latają szybciej i stabilniej, łatwiej je wystartować.
Testy
Aby osiągnąć wysokie wyniki na starcie, trzeba opanować poprawna technika rzucić.
Wodowanie w plenerze, poza dodatkowymi problemami (wiatr), stwarza dodatkowe atuty. Używając prądów powietrza, możesz sprawić, że samolot będzie latał niewiarygodnie daleko i długo. Silny prąd wznoszący można znaleźć np. w pobliżu dużego wielopiętrowego budynku: uderzając w ścianę, wiatr zmienia kierunek na pionowy. bardziej przyjacielski poduszka powietrzna można znaleźć w słoneczny dzień na parkingu. Ciemny asfalt bardzo się nagrzewa, a gorące powietrze nad nim unosi się płynnie.
Główną częścią
1.1 Obserwacje i eksperymenty
Obserwacje
Wybór formy samolotu.(Załącznik 11)
