Lennuki tiiva tõstejõud. Ettekanne teemal “Tiiva tõstejõud Lennuki tiiva tõstejõud esitlus

Skalistovskaja keskkooli I-III tase

Füüsika valikkursus 10. klassis Uurimistöö teemal

"Uuring tiiva aerodünaamiliste omaduste sõltuvuse kohta selle kujust."

Bahtšisarai.

Teadusnõustaja:

füüsikaõpetaja Džemilev Remzi Nedimovitš

Töö tegi: Erofejev Sergei

10. klassi õpilane

(Skalistovskaja keskkool

kooli I-III tase

Bakhchisaray rajooninõukogu

Krimmi autonoomne vabariik)

Teema uuendamine.

Uute lennukite projekteerimisel on üheks põhiprobleemiks tiiva optimaalse kuju ja selle parameetrite (geomeetrilised, aerodünaamilised, tugevus jne) valik. Lennukikonstruktorid pidid tegelema erinevate ootamatute efektidega, mis tekivad suurtel kiirustel. Sellest ka tänapäevaste lennukite tiibade kohati ebatavaline kuju. Tiivad "painutavad" tagasi, andes neile noole välimuse; või vastupidi, tiivad omandavad edasipühkimise kuju.

Meie uurimisobjektiks on füüsika aerodünaamika haru - see on aeromehaanika haru, milles uuritakse õhu ja teiste gaaside liikumisseadusi ning nende jõudude vastastikmõju liikuvate tahkete kehadega.

Uuringu teemaks on määrata tiiva tõstejõu suurust teatud juures

õhuvoolu kiirus tiiva suhtes.Üks peamisi tiiva kuju mõjutavaid põhjusi on õhu täiesti erinev käitumine suurtel kiirustel.

Aerodünaamika on eksperimentaalne teadus. Veel puuduvad valemid, mis võimaldaksid absoluutselt täpselt kirjeldada tahke keha ja sissetuleva õhuvoolu vastasmõju. Siiski täheldati, et ühesuguse kujuga (erinevate lineaarsete mõõtmetega) kehad interakteeruvad õhuvooluga samal viisil. Seetõttu uurime tunnis kolme tüüpi sama ristlõikega, kuid erineva kujuga tiibade aerodünaamilisi parameetreid: ristkülikukujulised, pühitud ja tagurpidi pühitud, kui õhk nende ümber liigub.

Vaatlused ja katsed, mida me läbi viime, aitavad meil paremini mõista mõningaid uusi aspekte füüsikaliste nähtuste kohta, mida lennuki lennu ajal täheldatakse.

Meie teema aktuaalsus seisneb lennunduse ja lennutehnoloogia populariseerimises.

Uuringu ajalugu.

Kas me tunneme õhku enda ümber? Kui me ei liigu, siis me seda praktiliselt ei tunnegi. Kui näiteks kihutame avatud akendega autos, siis näkku lööv tuul meenutab vetruvat vedelikujuga. See tähendab, et õhul on elastsus ja tihedus ning see võib tekitada survet. Meie kauge esivanem ei teadnud midagi atmosfäärirõhu olemasolu tõestavatest katsetest, kuid ta mõistis intuitiivselt, et kui ta väga tugevalt kätega vehib, suudab ta õhust eemale tõugata nagu lind. Unistus lennust on saatnud inimest nii kaua, kui ta mäletab. Sellest räägib kuulus legend Ikarusest. Paljud leiutajad on püüdnud startida. Erinevates riikides ja eri aegadel üritati õhuelementi vallutada arvukalt. Suur itaalia kunstnik Leonardo da Vinci visandas ainult inimese lihasjõul töötava lennuki kujunduse. Loodus aga ei lubanud inimesel linnuna lennata. Kuid naine autasustas teda intelligentsusega, mis aitas tal leiutada õhust raskema aparaadi, mis suudab maast üles tõsta ja tõsta mitte ainult ennast, vaid ka koormaga inimest.

Kuidas tal õnnestus selline masin luua? Mis hoiab lennukit õhus? Vastus on ilmne – tiivad. Mis hoiab tiibu üleval? Lennuk tormab edasi, kiirendab ja tekib tõus. Piisava kiirusega tõstab see meie lennuki maapinnast üles ja hoiab lennukit lennu ajal kinni.

Esimesed teoreetilised uuringud ja olulised tulemused viisid 19. ja 20. sajandi vahetusel läbi vene teadlased N. E. Žukovski ja S. A. Chaplygin.

Nikolai Jegorovitš Žukovski (1847-1921) - vene teadlane, kaasaegse aerodünaamika rajaja. Sajandi alguses ehitas ta tuuletunneli ja töötas välja lennukitiiva teooria. 1890. aastal avaldas Žukovski oma esimese töö lennunduse valdkonnas "Lendamise teooriast".

Sergei Aleksejevitš Chaplygin (1869 - 1942) Nõukogude teadlane teoreetilise mehaanika alal, üks kaasaegse hüdroaerodünaamika rajajaid. Oma töös "Gaasijoadel" esitas ta suurel kiirusel lendamise teooria, mis oli tänapäevase kiirlennunduse teoreetiline alus.

"Inimesel ei ole tiibu ja tema keha raskuse ja lihaste raskuse suhtes on ta 72 korda nõrgem kui lind... Kuid ma arvan, et ta lendab mitte oma lihaste, vaid mõistuse jõule tuginedes.

MITTE. Žukovski

Aerodünaamika alused. Põhimõisted.

Tuuletunnel on installatsioon, mis loob õhuvoolu kehade ümber toimuva õhuvoolu eksperimentaalseks uurimiseks.

Katsed tuuletunnelis tehakse liikumise pöörduvuse põhimõttel - keha liikumist õhus saab asendada

gaasi liikumine paigalseisva keha suhtes.

Lennuki tiib on lennuki kõige olulisem osa, tõsteallikas, mis paneb lennuki lendama. Erinevatel lennukitel on erinevad tiivad, mis erinevad suuruse, kuju ja asukoha poolest kere suhtes.

Tiibade siruulatus on kaugus tiiva otste vahel sirgjooneliselt.

Tiiva ala S – see on tiiva kontuuridega piiratud ala. Pühkitud tiiva pindala arvutatakse kahe trapetsi pindalana.

S = 2 = bav ɭ [ m2 ] (1)

Kogu aerodünaamiline jõud on jõud R, millega vastutulev jõud

õhuvool mõjub tahkele kehale. Jaotades selle jõu vertikaalseks Fy ja horisontaalseks Fx komponendiks (joonis 1), saame vastavalt tiiva tõstejõu ja selle tõmbejõu.

Katse kirjeldus.

Demonstratsioonide ja katsete kvantitatiivse analüüsi selguse suurendamiseks kasutame mõõteseadet - tiiva tõstejõu arvväärtuse määramist. Mõõteseade koosneb metallraamist, millele on paigaldatud ebavõrdse käe hoovaga osuti. Õhuvoolu suunamisel tiivamudelile rikutakse kangi tasakaalu ja nool liigub mööda tiiva horisontaalsest kõrvalekaldumise nurka näitavat skaalat.

Tiivamudelid on valmistatud vahtplastist mõõtmetega 140 × 50 mm. Tänapäevaste lennukite tiivad võivad olla ristkülikukujulised, pühitud või ettepoole suunatud.

Tiivatõuke suuruse mõõtmise mudel sisaldab järgmisi põhiplokke (joonis 4).

Tuuletunnel;

Mõõteseade;

Fikseeritud platvorm, millele on kinnitatud ülaltoodud seadmed.

Eksperimendi läbiviimine.

Mudel töötab järgmiselt:

Katse jaoks kinnitatakse tiivamudel kangi külge ja paigaldatakse tuuletunnelist 20-25 cm kaugusele. Suunake õhuvool tiivamudelile ja jälgige, kuidas see tõuseb. Tiiva kuju muutmine. Toome kangi uuesti tasakaalu, et mudel võtaks algse asendi, ja määrame sama õhuvoolu kiiruse juures tõstejõu suuruse.

Kui paigaldate plaadi piki voolu (null lööginurka), on vool sümmeetriline. Sellisel juhul ei lase õhuvool plaadi poolt kõrvale ja tõstejõud Y on null. Vastupidavus X on minimaalne, kuid mitte null. Selle tekitavad plaadi pinnal olevate õhumolekulide hõõrdejõud. Kogu aerodünaamiline jõud R on minimaalne ja langeb kokku tõmbejõuga X.

Kui lööginurk järk-järgult suureneb ja voolu kalle suureneb, suureneb tõstejõud. Ilmselgelt kasvab ka vastupanu. Siinkohal tuleb märkida, et madalate rünnakunurkade korral kasvab tõstejõud palju kiiremini kui takistus.

Ristkülikukujuline tiib.

• Tiiva mass m ≈ 0,01 kg;
• tiiva läbipaindenurk α = 130, g ≈ 9,8 N/kg.

Tiiva ala S= 0,1 0,027 = 0,0027 m2

Tiivatõste Rу = = 0,438 N

Lohistage Rх = = 0,101 N

К = Fu/Fх =0,438/0,101 = 4,34

Mida kõrgem on tiiva aerodünaamiline kvaliteet, seda täiuslikum see on.

• Ründenurga suurenedes muutub õhuvoolul plaadi ümber üha raskemaks voolata. Kuigi tõstuk kasvab jätkuvalt, on see varasemast aeglasem. Kuid takistus kasvab üha kiiremini, ületades järk-järgult tõstejõu kasvu. Selle tulemusena hakkab kogu aerodünaamiline jõud R tahapoole kalduma. Pilt muutub dramaatiliselt.

Õhuvoolud ei suuda sujuvalt voolata ümber plaadi ülemise pinna. Plaadi taha tekib võimas keeris. Tõstke langeb järsult ja takistus suureneb. Seda nähtust aerodünaamikas nimetatakse FLOW START. "Ärarebitud" tiib lakkab olemast tiib. See lõpetab lendamise ja hakkab kukkuma.

Meie kogemuste kohaselt ei lenda tiib isegi tiiva läbipaindenurga α = 600 või enama korral, g ≈9,8 N/kg

Tiivatõste Ry = = 0,113 N

Lohistage Rх = = 0,196 N

Tiiva aerodünaamiline kvaliteet K = 0,113/0,196 = 0,58

Pühkitud tiib.

Tiiva mass m ≈ 0,01 kg;

tiiva läbipaindenurk α = 200, g ≈ 9,8 N/kg

Tiiva ala S= 0,028 m2

Tiivatõste Rу = = 0,287 N

Lohistage R x = = 0,104 N

Tiiva aerodünaamiline kvaliteet

К = Fu/Fх = 0,287/0,104 = 2,76

Ettepoole pühitud tiib.

Tiiva mass m ≈ 0,01 kg;

tiiva läbipaindenurk α = 150, g ≈ 9,8 N/kg

Tiiva ala S= 0,00265 m2

Tiivatõste Rу = = 0,380 N

Lohistage Rх = =0,102 N

Tiiva aerodünaamiline kvaliteet

К = Fu/Fх = 0,171/0,119 = 3,73

Eksperimendi analüüs

Eksperimenti ja saadud tulemusi analüüsides lähtusime teesist, et mida suurem on tiiva aerodünaamiline kvaliteet, seda parem see on.

Meie katse esimesel juhul osutusid parimateks tiibadeks ristkülikukujuline tiib ja ettepoole suunatud tiib. Sirge tiiva peamine eelis on selle kõrge tõsteteguri K = 4,34. Pühkiva tiiva tõsteteguriks on K = 2,76 ja vastavalt sellele on ettepoole suunatud tiiva tõsteteguriks K = 3,73. Seetõttu selgus, et parimaks tiivaks osutus ristkülikukujuline tiib ja ettepoole suunatud tiib.

Kordasime oma katset suurema õhuvoolu jõuga: samal ajal langesid sirge tiiva ja ettepoole suunatud tiiva aerodünaamilised omadused üsna järsult K = 2,76 ja K = 1,48, kuid pühitava tiiva aerodünaamiline kvaliteet muutus. veidi K = 2,25.

Pühkitud tiiva kohta saadud tulemusi analüüsides märkasime, et õhuvoolu kiiruse suurenemisel suureneb tiiva takistus üsna aeglaselt, säilitades samal ajal tõsteteguri peaaegu muutumatuna.

Selles töös uurisime tiiva tõstejõu sõltuvust ainult selle plaanikujust. Reaalsel lennul sõltub tiiva tõstejõud selle pindalast, profiilist, aga ka lööginurgast, kiirusest ja voolutihedusest ning paljudest muudest teguritest.

Et katse oleks puhas, tuleb järgida järgmisi tingimusi:

• õhuvool hoiti konstantsena;
• Tiivatelg ja tuuletunneli telg langesid kokku.
• kaugus toru otsast tiiva kinnituskohani oli alati sama;

• P.S. Kudrjavtsev. JA MINA. Konföderaadid. Füüsika ja tehnoloogia ajalugu. Õpik pedagoogiliste instituutide üliõpilastele. RSFSR Haridusministeeriumi riiklik haridus- ja pedagoogiline kirjastus. Moskva 1960
• Füüsika. Ma avastan maailma. Laste entsüklopeedia. Moskva. AST. 2000
• V.B. Baydakov, A.S. Klumov. Lennuki aerodünaamika ja lennudünaamika. Moskva. "Mehaanikatehnika", 1979
• Suur Nõukogude entsüklopeedia. 13. Kolmas trükk. Moskva "Nõukogude entsüklopeedia", 1978.

Kaasaegne lennuk on keeruline struktuur, mis koosneb sadadest tuhandetest osadest ja elektroonilistest arvutusseadmetest. Lennukite lennumass ulatub mitmesaja tonnini. Kuidas tekib tõstejõud, mis lennukit õhus hoiab?

Atmosfäärist mõjuvad lennuki tiibadele ja kerele tohutud survejõud. Näiteks kaasaegse reisilennuki Il-62 tiiva alumise pinna pindala on 240 m2 ja koos stabilisaatorite pinnaga ulatub see 280 m2-ni. Atmosfäärirõhk on 10 5 Pa, seega mõjub õhk tiibadele jõuga 2,8 × 10 7 N. See jõud on 18 korda suurem kui reisijatega lennuki kaal (Il-62 lennuki kaal on 1,54 × 10 6 N).

Tõste esinemiseks peab õhurõhk tiiva alumisel pinnal olema suurem kui ülemisel pinnal.

Selline rõhu ümberjaotumine toimub tavaliselt siis, kui õhk liigub ümber tiiva. Arvutame ülerõhu, mis on vajalik Il-62 lennukile mõjuva raskusjõuga võrdse tõstejõu tekitamiseks:

See ülerõhk on ligikaudu 0,05 normaalsest atmosfäärirõhust. Näide näitab, et lennuki õhkutõusmiseks piisab kerge ülerõhu tekitamisest. Kuidas see tekib?

Kui õhuvool hakkab ümber tiiva liikuma, tekib hõõrdejõudude mõjul tiiva tagaserva keeris, milles tiiva vasakule liikumisel pöörleb õhk vastupäeva (joonis 2.3.). . Kuid mehaanika seaduste kohaselt peaks vastupäeva pöörlemisel toimuma päripäeva pöörlemine (see tuleneb nurkimpulsi jäävuse seadusest, mis ütleb, et suletud kehade süsteemis jääb kogu (kogu) impulss konstantseks). See õhu pöörlemine toimub tiiva ümber. Õhuringlus tiiva ümber kattub tiiva ümber. Selle tulemusena osutub õhuvoolu kiirus tiiva kohal suuremaks kui tiiva all, kuna tiiva kohal on tsirkulatsiooni kiirus samasuunaline kui tiivale langeva voolu kiirus ja tiiva all need kiirused on vastassuunalised. Kuid Bernoulli seaduse järgi peaks rõhk olema suurem seal, kus kiirus on väiksem. Seetõttu on tiiva all rohkem survet kui selle kohal. Seetõttu tekib tõstejõud.

Saate ligikaudselt hinnata, millest sõltub rõhulang tiiva ümber. Kui lennuk liigub õhu suhtes kiirusega, siis lennukiga seotud koordinaatsüsteemis on tiib liikumatu ja sellele läheneb sama absoluutkiirusega õhuvool. Tähistame tsirkuleeriva õhu kiiruse moodulit väärtusega u. Siis on õhu kiiruse moodul tiiva kohal võrdne v 1 = v + u, ja tiiva all v 2 = v – u. Paneme kirja Bernoulli seaduse:

p 1 + = p 2 + .

D p = p 2 – p 1 = r ( - ) = 2 r vu.

Atmosfääri madalamates kihtides, kus õhutihedus on suurem, võib piisav tõstejõud tekkida ka madalatel lennukikiirustel. Suurtel kõrgustel õhutihedus väheneb, kuid seal saab arendada olulisi kiirusi ja tänu sellele tekib vajalik tõstejõud.

Lennuki Il-62 kiirus on 900 km/h ja kõrgustel, kus see lendab, on õhutihedus umbes 1 kg/m3. Seetõttu tekib tsirkulatsioonikiirusel umbes 10 m/s lennuks vajalik rõhulang:

D lk = Pa = 5×10 3 Pa.

Bernoulli seadus võimaldab mõista, miks lennuki tiival tõuseb tõus. Tiiva ülemise serva ümber voolava õhu kiirus on suurem kui alumise. Seetõttu on õhurõhk tiiva alumisel serval suurem kui ülemises servas.

Küsimused ülevaateks: Milliseid katseid tehti, et näidata pindpinevusjõudude rolli hingamisel? Miks aitab pidev pindaktiivsete ainete süntees meil hingata ja mis juhtub, kui see peatub? Miks peaksid sukeldujad vee all suruõhku hingama? Miks ei saa sukeldujad suurtesse sügavustesse laskumisel kasutada suruõhku, vaid peavad valmistama spetsiaalsed hingamissegud? Mis on dekompressioonhaigus ja kuidas seda vältida?

Õhuvoolu takistusjõud Takistusjõud on võrdeline õhumolekulide arvuga, mille tiib peatub, nende massi ja kiirusega F tiiva takistuse ristlõige (eesmine) liikumissuunas kus on õhu tihedus, V on lennuki kiirus ja S on selle tiiva lööginurga ala

Õhuhulga tõmbejõu muutus Õhuvoolu tõstejõud mV0mV0 mV1mV1 Tõstejõud on võrdeline õhumolekulide arvuga, mida tiib pöörab, nende massi ja kiirusega, kus on õhu tihedus, V on õhusõiduki kiirus ja S on selle tiiva pindala

Lennuki kiiruse sõltuvus selle massist Konstantse mootori võimsuse korral lendab see aeglasemalt konstantse kiiruse ja aerodünaamiliste omadustega. C all / C resist = const, kandevõime on võrdeline tiiva pindalaga

Kas kohalviibimise ja õppeedukuse vahel on seos? kohalolek, % testitulemused Kuidas mõõta, kas kahe suuruse muutus on tihedalt seotud?

Osalemine, % testitulemused Kuidas kvantifitseerida, kas kahe suuruse muutus on tihedalt seotud? Kas kohalviibimise ja õppeedukuse vahel on seos?

Arvutame korrelatsiooni (seoste) koefitsiendi, CORR, õppeedukuse ja kohalviibimise vahel, % testitulemuste keskmine osavõtt AB VG keskmine õppeedukus CORR(10 “B”) = 0

Miks linnud lendavad? Millised jõud tõstavad lennukit? Miks purilennuk õhus hõljub? Hüpotees: lennuk tõuseb õhku, kui on loodud vajalikud tingimused Uuringu eesmärk: tutvuda lennuteooriaga. teha kindlaks õhusõiduki lennuks vajalikud tingimused. Uurimistöö eesmärgid: Määrata tiibade tõste tekkimiseks vajalikud tingimused; Tehke kindlaks tingimused, mis tagavad õhusõiduki stabiilsuse. Uurimismeetodid ja -meetodid Probleemi käsitleva kirjanduse analüüs, Eksperimentaalne töö õhusõiduki lennutingimuste väljaselgitamiseks (raskuskeskme ja lennuulatuse määramine, raskuskeskme asukoha, propelleri ja tiiva kuju mõju lennukaugusele). Eksperimentaaltöö tulemuste analüüs Uuris tõste loomise kolme põhimõtet, Archimedese seadust, Bernoulli seadust. Kas saite teada, miks ja kuidas tõstejõud tekib? (ründenurk, tiiva rõhu keskpunkt) Lennu stabiilsuse, raskuskeskme, mudeli joonduse väärtuse kohta sirgjoonelise liikumise (raskuskeskme nihkumise) loomiseks. Miks ja kuidas lennuk lendab. Lennurežiimid. 1. Kolm põhimõtet tõstejõu tekitamiseks Aerostaatiline aerodünaamiline rakett Archimedese seadus Tõste tekitamise aerostaatilist põhimõtet saab seletada Archimedese seadusega, mis kehtib võrdselt nii vedeliku kui õhu puhul: „Jõud, mis surub välja täielikult vedelikku sukeldatud keha või gaas, mis on võrdne vedeliku või gaasi massiga selle keha mahus. Aerostaatilisel põhimõttel põhinevaid õhusõidukeid nimetatakse õhupallideks või aerostaatideks. Bernoulli seadus Aerodünaamilist põhimõtet selgitab Bernoulli seadus. loomine Kui õhuvoolu kiirus ümber tiiva ülemise serva on suurem kui alumise. Siis on õhurõhk alumises servas suurem kui ülemises. р2+1/2ρѵ 22 =p1 +1/2 ρѵ 21, ∆р=р2-р1=1/2 ρ(ѵ21-ѵ22). Purilennukite, lennukite ja helikopterite tõstejõud luuakse aerodünaamilisel põhimõttel. 2. Miks ja kuidas tekib tõstejõud Nikolai Jegorovitš Žukovski Y- Tiiva tõstejõud, R - aerodünaamiline jõud, X - tõmbejõud, CD - tiiva rõhukese 3. Kuidas on tagatud lennu stabiilsus Propelleri tüübid ja nende tüübid rakendus Õhukeeriste eemaldamine labade sõukruvi otstest. Reaktiivmootorid turboreaktiivmootoriga turbopropeller 4. Lennuki lennurežiimid Y-tiiva tõstejõud, R-aerodünaamiline jõud, X-tõmbejõud, P-propelleri tõukejõud Laske lennukil lennata otse mööda horisontaalset trajektoori mingi konstantse õhujõuga R. Jagame selle jõu kaheks - risti lennu suunaga Y ja piki lendu X. Tasapinnale mõjub raskusjõud Jõudude Y ja G suurus peavad olema võrdsed, vastasel juhul ei lenda lennuk horisontaalselt. Lennukile mõjub propelleri P tõukejõud, mis on suunatud lennuki liikumissuunas. See jõud tasakaalustab tõmbejõudu. Seega on ühtlasel horisontaallennul tiiva tõstejõud võrdne lennuki raskusjõuga ja propelleri tõukejõud on võrdne takistusega. Kui need jõud ei ole võrdsed, nimetatakse liikumist kõverjooneliseks. P - propelleri tõukejõud, Y - tiiva tõstejõud, R - aerodünaamiline jõud, X - tõmbejõud, G, G1, G2 - gravitatsioonijõud. Mõelgem nüüd, millised jõud mõjutavad lennukit ühtlasel tõusul. Tõstejõud Y on suunatud lennuki liikumisega risti, tõmbejõud X on otse liikumise vastu, tõukejõud P on mööda liikumist ja raskusjõud G vertikaalselt allapoole. Y-tiiva tõstejõud, R-aerodünaamiline jõud, X-tõmbejõud G,G1,G2-raskusjõud. Liuglemist iseloomustab pidev kõrguse kaotus. Jõud R peab tasakaalustama jõudu G. Tulenevalt jõu G 2 toimest, takistuse X tasakaalustamisest ja lennuki võimalikust planeerimisest. Uurimistulemuste analüüs Lennuks vajalikke tingimusi on uuritud ja mudelitel testitud. Uurimisajakiri Mudelite põhinäitajad Pikkus, cm Aeg, s Kiirus, m/s Mudel 180 0,56 3,21 Poroloonplaan 180 0,94 1,91 Poroloon mootor 180 0,59 3,05 Paberplaan 180 0,63 2, 85 Charming mootor ".0acummingbird" .0acummingbird ".0acummingbird" kohta minu mudelid mudel + Kummist mootor Propelleri olemasolu, tiibade kuju, tiiva mõõtmed, ribid stabilisaatoril, kõigi osade eemaldatavus Väikesed mõõtmed - väiksem takistus Kruvi “Kõrvad” (stabiilsus lennu ajal) Vastupidav Kummimootori kaal Kruvikindlus liuglemisel Tugevus, kergus, propelleri olemasolu - Hummingbird purilennuk Vahtkummist mootor Poroloon Elektroplaan - Kaal - raske kaal, stabilisaatoril ribid puuduvad, osi ei saa eemaldada Haprus, kummimootori kaal, distantsmast (tõmme) Kaal - suur kaal Kummimootori pöördemomendi väärtuse sõltuvus rakmete pikkusest ja ristlõikest, rakmete ristlõige cm, pöördemoment cm², kg/cm 30 0,24* 0,100 40 0,40 0,215 45 0,56 0,356 40 0,433 55 0 ,80* 0,800 Mudel tiivatõstuk Mudel Mudel tiivatõstuk Kummimootor 0,21 N Hummingbird purilennuk 0,48 N Poroloonplaan 0,21 N Poroloonmootor. 0,07 N EKSPERIMENTIDE TULEMUSED 1. Igal klassil on oma mudel, mis on tugev; 2. Erinevate klasside mudeleid on võimatu omavahel võrrelda. 3. Võrrelda saab: sama kummimootori kaaluga kummimootoreid; sama mootori töömahuga nöörid; sama suurusega purilennukid. Järeldused tööst: Olles uurinud materjali lennuteooria, tõstmise põhimõtete ja põhjuste kohta, jõudsin järeldusele, et lennuki lendamiseks on vajalikud järgmised tingimused: tiiva õige joondamine; propelleri piisav tõukejõud; Õhusõiduki raskuskeskme õige asukoht; Uurimisprotsessi käigus osutus õigeks minu hüpotees teatud tingimuste vajadusest lennuki lennuks. Bibliograafia 1. 2. 3. 4. 5. 6. Ermakov A.M. Lihtsamad lennukimudelid. Moskva, Haridus, 1984. Gaevsky O.K. Aeromodelleerimine. Moskva, Valgustus, 1964. Duz P.D. Lennunduse ja lennunduse ajalugu NSV Liidus. Moskva, valgustusajastu, 1960. Veebisaidid Anoštšenko N.D. Aeronautid. Moskva, Haridus, 2004. Lasteentsüklopeedia. Tehnika. Moskva, Avanta +, 2007

Vanus: 14 aastat

Õppekoht: MBOU LAP nr 135

Linn, piirkond: Samara, 63

Juhataja: Natalja Jurievna Samsonova, füüsikaõpetaja

Ajaloouurimustöö "Paberlennuk – laste lõbu ja teaduslik uurimistöö"

Sissejuhatus____________________________________________________________ 2

Eesmärgid _________________________________________________________3-4

Põhiosa ________________________________________________________5-12

Lennuki tiiva tõstejõud_______________________________________________________5-8

Lennuki arendamise ajalugu _______________________________________________________________9-10

Lennuki tiiva tõstmist mõjutavad tegurid___________________________________________10

Lennuulatust mõjutavad tegurid_________________________________________________________10

Lennuaega mõjutavad tegurid__________________________________________________________10

Vaatlused ja katsed________________________________________________________________________10-12

Metoodika_______________________________________________________________________________12

Järeldus _____________________________________________________________13

Bibliograafia___________________________________________________ 14

Sissejuhatus

Inimesed on lendamisest juba ammu unistanud. Tahaks teha tiibu nagu linnud, putukad, nahkhiired. Kui palju elusolendeid hõljub õhus, aga inimene ei suuda!

Julged leiutajad püüdsid teha inimestele tiibu. Kuid kellelgi ei õnnestunud sellistel tiibadel lennata. Mehel ei jätkunud jõudu, et end õhku tõsta. Parimal juhul õnnestus leiutajatel ohutult maapinnale maanduda, liugledes tiibadel mäest või kõrgest tornist. See ei nõudnud jõudu.

Iga kord, kui näen lennukit – hõbedast lindu, mis taevasse lendleb –, imetlen jõudu, millega see kergesti gravitatsioonist üle saab ja taevase ookeani künnab, ning esitan endale küsimusi:

• Kuidas peaks lennuki tiib olema konstrueeritud nii, et see taluks suurt koormust?
• Milline peaks olema õhku läbiva tiiva optimaalne kuju?
• Millised tuule omadused aitavad lennukil lennata?
• Millise kiiruse võib lennuk saavutada?

Inimene on alati unistanud tõusmisest taevasse "nagu lind" ja on iidsetest aegadest püüdnud oma unistust ellu viia. 20. sajandil hakkas lennundus nii kiiresti arenema, et inimkond ei suutnud säilitada paljusid selle keerulise tehnoloogia originaale. Kuid muuseumides on säilinud palju näiteid vähendatud mudelite kujul, mis annavad tegelikest masinatest peaaegu täieliku pildi.

Valisin selle teema, sest see aitab elus mitte ainult arendada loogilist tehnilist mõtlemist, vaid omandada praktilisi oskusi paberiga töötamisel, materjaliteaduses, lennukite projekteerimise ja ehitamise tehnoloogias. Ja kõige tähtsam on luua oma lennuk.

Oleme esitanud hüpotees - võib eeldada, et lennuki lennuomadused sõltuvad selle kujust.

Kasutasime järgmisi uurimismeetodeid:

• Teaduskirjanduse uurimine;
• Teabe hankimine Internetist;
• Otsene vaatlus, katsetamine;
• Katsepilootlennukite mudelite loomine;

Eesmärk ja ülesanded

Töö eesmärk: Disainitud õhusõidukid, millel on järgmised omadused: maksimaalne ulatus ja lennu kestus.

Ülesanded:

Analüüsida esmastest allikatest saadud teavet;

Õppige iidse idamaise aerogami kunsti elemente;

Tutvuda aerodünaamika põhitõdedega, paberist lennukite konstrueerimise tehnoloogiaga;

Viia läbi projekteeritud mudelite katseid;

Arendada oskusi mudelite korrektseks ja tõhusaks käivitamiseks;

Uurisin oma uurimistöös ühte Jaapani origami kunsti valdkonda - aerogami(jaapani keelest "gami" - paber ja ladina keeles "aero" - õhk).

Aerodünaamika (kreeka sõnadest aer - õhk ja dinamis - jõud) on teadus jõududest, mis tekivad kehade õhus liikumisel. Õhk peab oma füüsikaliste omaduste tõttu vastu selles olevate tahkete kehade liikumisele. Samal ajal tekivad kehade ja õhu vahel vastasmõjujõud, mida uurib aerodünaamika.

Aerodünaamika on kaasaegse lennunduse teoreetiline alus. Iga lennuk lendab, järgides aerodünaamika seadusi. Seetõttu pole lennukikonstruktorile aerodünaamika põhiseaduste tundmine mitte ainult kasulik, vaid ka lihtsalt vajalik. Aerodünaamika seaduspärasusi uurides viisin läbi rea vaatlusi ja katseid: “Lennuki kuju valimine”, “Tiiva loomise põhimõtted”, “Puhkimine” jne.

Ehitus.

Paberlennuki voltimine pole nii lihtne, kui tundub. Tegutsemine peab olema enesekindel ja täpne, kurvid peavad olema täiesti sirged ja õigetes kohtades. Lihtsad kujundused annavad vead andeks, kuid keerukate puhul võivad paar ebaideaalset nurka viia montaažiprotsessi tupikusse. Lisaks on juhtumeid, kui painutus tuleb teadlikult mitte väga täpselt sooritada.

Näiteks kui üks viimastest sammudest nõuab paksu mitmekihilise konstruktsiooni pooleks voltimist, siis voltimine ei toimi, kui just voldimise alguses paksust ei kohandata. Selliseid asju diagrammides ei kirjeldata, need tulevad kogemusega. Ja kui hästi see lendab, sõltub mudeli sümmeetriast ja täpsest kaalujaotusest.

"Paberlennunduse" võtmepunkt on raskuskeskme asukoht. Erinevate kujunduste loomisel teen ettepaneku muuta lennuki nina raskemaks, pannes sinna rohkem paberit, moodustada täisväärtuslikud tiivad, stabilisaatorid ja kiil. Siis saab paberlennukit juhtida nagu päris.

Näiteks sain katsetamise teel teada, et kiirust ja lennutrajektoori saab reguleerida tiibade tagumist kõverdades nagu päris klapid, paberiribi veidi keerates. Selline juhtimine on "pabervigurlennu" alus.

Lennukite konstruktsioonid varieeruvad oluliselt sõltuvalt nende ehitamise eesmärgist. Näiteks pikamaalendudeks mõeldud lennukid on noolekujulise kujuga – need on sama kitsad, pikad, jäigad, raskuskeskme selge nihkega nina suunas. Pikimateks lendudeks mõeldud lennukid ei ole eriti jäigad, kuid neil on suur tiibade siruulatus ja need on hästi tasakaalustatud. Tasakaalustamine on välistingimustes startivate lennukite puhul äärmiselt oluline. Nad peavad hoidma õiget asendit vaatamata destabiliseerivale õhuvibratsioonile. Siseruumides käivitatud lennukid saavad kasu raskuskeskme liigutamisest nina poole. Sellised mudelid lendavad kiiremini ja stabiilsemalt ning neid on lihtsam käivitada.

Testid

Kõrgete tulemuste saavutamiseks stardis tuleb valdada õiget visketehnikat.

• Lennuki võimalikult kaugele saatmiseks peate seda võimalikult tugevalt ette ja üles viskama 45-kraadise nurga all.
• Lennuaja võistlustel tuleks lennuk visata maksimaalsele kõrgusele, et allapoole libisemine võtaks kauem aega.

Väljas jooksmine loob lisaks lisaprobleemidele (tuul) lisaeeliseid. Tõusvaid õhuvoolusid kasutades saad lennuki uskumatult kaugele ja pikaks ajaks lendama panna. Tugevat ülesvoolu võib leida näiteks suure mitmekorruselise maja juurest: seina tabades muudab tuul suunda vertikaalseks. Sõbralikuma õhkpadja leiab päikeselisel päeval parklast. Tume asfalt läheb väga kuumaks ja selle kohal olev kuum õhk tõuseb sujuvalt üles.

Põhiosa.

1.1 Lennuki tiiva tõstejõud.

Liikuvad ojad teevad igasuguseid asju – lükkavad isegi laevu kokku. Kas on võimalik kasutada nende jõudu kehade tõstmiseks? Autojuhid teavad, et suurel kiirusel võib auto esiosa teelt välja tulla, justkui lendaks üles. Nad paigaldavad isegi antitiivad, et seda ei juhtuks. Kust tuleb tõstejõud?

Siin ei saa me hakkama ilma sellise asjata nagu tiib. Lihtsaim tiib on ehk tuulelohe (joonis 216). Kuidas ta lendab? Pidagem meeles, et tõmbame lohet trossist, tekitades tuule, mis voolab selle tasapinnale ehk tiivale. Tähistame tiiva AB tasapinda, trossi pinget Q, lohe tühimassi P, nende jõudude resultanti R, 1

Sellelt peegeldunud tuulelohe tasapinnale jooksev tuul tekitab tõstejõu R, mis selleks, et lohe ei kukuks, peab olema võrdne R-ga või veel parem, suurem, et lohe tõuseks üles. Kas teile tundub, et lendamise puhul pole kõik nii lihtne? Veel keerulisem kui tuulelohe puhul on lennukitiiva tõstejõud.

Lennuki tiiva ristlõige on näidatud joonisel fig. 217 a Praktika on näidanud, et tõstmiseks peab lennukitiib olema paigutatud nii, et selle põhjajoone ja lennusuuna vahel oleks teatud nurk a – lööginurk. Seda nurka muudab lifti toime.

Horisontaalse lennu ajal ei ületa nurk a 1-1,5°, maandumisel - umbes 15°. Selgub, et sellise ründenurga olemasolul on ülevalt ümber tiiva voolava õhuvoolu kiirus suurem kui tiiva alumise pinna ümber voolava voolu kiirus ^/^. Joonisel fig. 217 ja seda kiiruse erinevust tähistab voolujoone erinev tihedus.

Riis. 217. Kuidas tekivad tiiva tõstejõud (a) ja tasapinnale (b) mõjuvad jõud?

Kuid nagu me juba teame, on voolu kohas, kus kiirus on suurem, rõhk väiksem ja vastupidi. Seega, kui lennuk õhus liigub, on tiiva ülemise pinna kohal alandatud rõhk ja alumise pinna kohal suurenenud rõhk. See rõhuerinevus paneb tiivale mõjuma ülespoole suunatud jõu R.

Selle jõu vertikaalkomponent, jõud F, on tõstejõud, mis on suunatud keha P raskusele. Kui see jõud on suurem kui õhusõiduki kaal, tõuseb viimane ülespoole. Teine komponent Q on tõmbejõud, mida ületab propelleri tõukejõud.

Joonisel fig. 217, b kujutab horisontaalse ühtlase lennu ajal lennukile mõjuvaid jõude: F, - tõstejõud, P - lennuki kaal, F, - takistus ja F - propelleri tõukejõud.

Suure panuse tiiva teooria ja üldse aerodünaamilise teooria arendamisse andis vene teadlane, professor N. E. Žukovski (1847-1921). Juba enne inimese lendu ütles Žukovski huvitavaid sõnu: «Inimesel pole tiibu ja oma keha raskuse ja lihaste raskuse suhtes on ta linnust 72 korda (!) nõrgem. Kuid ma arvan, et ta lendab mitte oma lihaste, vaid mõistuse jõule tuginedes.

Riis. 218. Tiibade kuju plaanil M< 1 и М > 1

Lennundus on ammu ületanud helibarjääri, mida mõõdetakse nn Machi numbriga – M. Allahelikiirusel M< 1, при звуковой М = 1, при сверхзвуковой М >1. Ja tiiva kuju muutus – muutus õhemaks ja teravamaks. Muutus ka plaanis olevate tiibade kuju. Alamhelikiirusega tiivad on ristkülikukujulised, trapetsikujulised või elliptilised. Üle- ja ülehelikiirusega tiivad tehakse pühitud, deltakujulisteks (nagu kreeka täht "delta") või kolmnurkseteks (joonis 218). Fakt on see, et kui lennuk liigub peaaegu ja ülehelikiirusel, tekivad nn lööklained, mis on seotud õhu elastsuse ja selles heli levimise kiirusega. Selle kahjuliku nähtuse vähendamiseks kasutatakse teravama kujuga tiibu. Pilt õhuvoolust allahelikiirusega ja ülehelikiirusega tiibade ümber on näidatud joonisel fig. 219, kus on näha erinevus nende vastasmõjus õhuga.

Ja selliste tiibadega varustatud ülehelikiirusega lennukid on näidatud joonisel fig. 220.

Riis. 219. Pilt õhuvoolust allahelikiirusega ja ülehelikiirusega tiibade ümber

Riis. 220. Ülehelikiirusega pommitaja (a) ja hävitajad (b)

Õhusõidukeid kiirusega M > 6 nimetatakse hüperhelikiiruseks. Nende tiivad on ehitatud nii, et kere ja tiiva ümber toimuvast voolust tulenevad lööklained näivad üksteist kustutavat. Seetõttu on selliste lennukite tiibade kuju keeruline, nn W- või M-kujuline (joonis 221).

Riis. 221. Ülehelikiirusega lennukid

Riis. 222. Lennuki areng

Lennukite arendamise ajalugu

Lühidalt inimeste lendude ajaloost ja lennukite arengust (joonis 222).

1882. aastal ehitas Vene ohvitser A. F. Mozhaisky aurumasinaga lennuki, mis ei saanud oma suure kaalu tõttu õhku tõusta. Mõni aasta hiljem tegi Saksa insener Lilienthal enda ehitatud tasakaalustuspurilennukil rea purilennusid, mida juhiti piloodi keha raskuskeskme liigutamisega. Ühel neist lendudest kaotas purilennuk stabiilsuse ja Lilienthal suri. 1901. aastal ehitasid Ameerika mehaanikud, vennad Wrightid, bambusest ja lõuendist purilennuki ning sooritasid sellega mitu edukat lendu. Purilennuk lasti õhku laugelt mäeküljelt, kasutades primitiivset katapulti, mis koosnes väikesest palktornist ja koormaga köiest. Suvel õppisid vennad lendama ja ülejäänud aja töötasid oma jalgrattatöökojas, säästes raha, et katseid jätkata. Talvel 1902-1903 valmistasid nad bensiiniga sisepõlemismootori, paigaldasid selle oma purilennukile ja tegid 17. detsembril 1903 esimesed lennud, millest pikim, kuigi kestis vaid 59 sekundit, näitas siiski, et lennuk oli võimeline õhku tõusma ja õhus püsima.

Olles lennukit täiustanud ja teatud lennuoskusi saavutanud, avalikustasid vennad Wrightid 1906. aastal oma leiutise. Sellest hetkest algas lennunduse kiire areng paljudes maailma riikides. Kolm aastat hiljem lendas prantsuse insener Bleriot oma disainitud lennukiga üle La Manche'i väina, tõestades selle masina võimet lennata üle mere. Vähem kui 20 aastat hiljem lendas ühekohaline lennuk Ameerikast üle Atlandi ookeani ning 1937. aasta suvel lendas kolm Nõukogude pilooti - V. P. Tškalov, G. F. Beljakov. 25 lennukiga lendasid nad Moskvast põhjapooluse kaudu Ameerikasse. Mõni päev hiljem püstitasid samal marsruudil lennanud M. M. Gromov, A. B. Jumašev ja S. A. Danilin sirge lennukauguse maailmarekordi, läbides maandumata 10 300 km.

Koos lennukaugusega kasvasid lennukite kandevõime, kõrgus ja kiirus. Venemaal ehitati esimene üliraske lennuk Ilja Muromets. See neljamootoriline hiiglane oli kõigist tolleaegsetest masinatest nii parem, et välismaal ei suutnud nad pikka aega sellise lennuki olemasolu uskuda. 1913. aastal purustasid Ilja Murometsad kauguse, kõrguse ja kandevõime maailmarekordid.

Kui vendade Wrightide lennuki kiirus oli umbes 50 km/h, siis tänapäevased lennukid lendavad helist mitu korda kiiremini. Ja raketid lendavad veelgi kiiremini. Näiteks kanderakett, mis viis Maa esimese tehissatelliidi orbiidile, oli M>28.

1.2 Lennuki tiiva tõstmist mõjutavad tegurid.

1) õhu kiirus

2) tiiva kuju

3) söötme tihedus

1.3 Lennuulatust mõjutavad tegurid.

1) õhusõiduki kaal

2) tiiva kuju

1.4 Lennuaega mõjutavad tegurid.

1) kõrgmäestiku juga;

2) taganttuul, vastutuul, külgtuul;

3) tiiva kuju

1.5 Vaatlused ja katsed.

Tähelepanekud

Lennuki kuju valimine.

Kogemus nr 1

Järeldus:

Voolujooneline kuju aitab hoida lennukit õhus. Edasi libisedes tekitab see tõstejõudu. Lennuk tõuseb seni, kuni jõud, millega ma selle õhku lasin, saab otsa. Lihtsal paberilehel on liiga suur tugipind, mis ei aita kaasa õigele lennule.

Tiibade loomise põhimõtted.

Varustus:

• Paber;
• Kaks raamatut.

Kogemus nr 2

Äkiline tuuleiil:

Kogemus nr 3

Varustus:

• Paber;
• Kaks raamatut.

Kogemus nr 4

Löök.

Varustus:

• Kaks pabeririba

Järeldus:

Õhk libiseb kiiremini üle tiiva ülemise, kumera osa, kus esiserv on tagaservast kõrgemal (see aitab õhul tiiva küljest lahti libiseda). Seetõttu on õhurõhk tiiva all kõrgem, mistõttu see surub tiiba ülespoole. Tiiba toetav jõud on tingitud rõhkude erinevusest. Seda nimetatakse liftiks. Õhuvoolu tiival saab suunata allapoole, kasutades klappe või siivereid. Need võimaldavad lennukil tõusta õhku, sooritada pöördeid ja lennata madalal kõrgusel ka väikese kiirusega.

1.6 Metoodika

Otsustasin läbi viia katse, mis tõestab lennuaja ja ulatuse sõltuvust tiiva kujust. Tegin 5 paberist lennukimudelit. Olen mitu korda sama massiga lennukeid sama jõuga õhku lasknud. Pärast kõigi mudelite läbiviimist kirjutasin jooksude tulemused ja aritmeetilise keskmise tabelisse. Aritmeetilist keskmist kasutades leidsin võitjad lennuulatuse ja -aja osas (mudel nr 2 ja mudel nr 5 Lennuaeg ja ulatus on kõigil mudelitel erinev => lennuulatus ja -aeg oleneb kujust). tiib.

Järeldus

Testi tulemuste analüüs:

Mudelite hindamiseks otsustasin kasutada 5

Punktisüsteem:

Tabeli põhjal leidsin paberlennukite jaoks optimaalseima variandi: mudel nr 4. Mudel nr 2 sobib hästi kaugusvõistlusteks ja mudel nr 3 on pikendanud lennuaega.

Katsete käigus ei saanud ma täpselt mõõta iga lennuki lennuulatust ja lennuaega, sama võimsusega lennukit õhku lasta, küll aga sain iga lennuki lennuaega ja lennuulatust umbkaudselt mõõta.

Tänu nendele katsetele ja Internetist saadud teabele sain koostada tabeli lennukitiibade ristlõike kujudest ja nende otstarbest:

Kasutatud kirjanduse loetelu

1) Antonov O.K., Paton B.I. Purilennukid, lennukid. Sci. Dumka, 1990. - 503 lk.

2) Suur katsete raamat koolilastele / toim. Antonella Meyani. - M.: JSC "ROSMEN-PRESS", 2007. - 260 lk. http://www.ozon.ru/context/detail/id/121580 /

3) Mikortumov E.B., Lebedinsky M.S. Lennuki modelleerimine; Artiklite kokkuvõte. Käsiraamat lennukimudelismiklubide juhtidele. - M. Uchpedgiz, 1960. - 144 lk.

4)Nikulin A.P. Parimate pabermudelite kollektsioon (origami). Paberi voltimise kunst. - M.: Terra - Raamatuklubi, 2005, 68 lk.

5) Svištšev G.P.. Belov A.F. Lennundus: entsüklopeedia. - M.: "Suur vene entsüklopeedia", 194. - 756 lk. Sukharevskaja O.N. Origami kõige väiksematele. - M.: Iris Press, 2008. - 140 lk.

6) Hämmastav füüsika – millest N.V. Gulia õpikud vaikisid