Юлия Васильевна Кармакова
Исследовательская работа «Влияние формы крыла и носа самолёта на дальность и продолжительность полёта» Видео
I. ВВЕДЕНИЕ
Запуская с ребятами на переменах бумажные самолетики, я задумался: почему одни модели летят быстро и далеко, другие долго планируют и не падают, а некоторые не летят вовсе? Мне стало интересно, почему так происходит. Я решил выяснить, как форма крыла и носа влияет на дальность и продолжительность полёта модели самолёта. Предметом моего исследования стали модели самолётов, сделанные из бумаги.
Публикация «Исследовательская работа „Влияние формы крыла и носа самолёта на дальность и продолжительность полёта“ Видео» размещена в разделах
Оказывается, увлечение бумажными самолетиками, захватило не только меня. Множество людей по всему миру мастерят и запускают бумажные модели самолётов. И в этом нет ничего удивительного, ведь в подобном увлекательном хобби сочетаются древнее восточное искусство оригами (складывание бумажных фигур, сложные теоретические науки: физика, аэродинамика, математика, топология и даже физическая культура, ведь надо суметь правильно запустить модель.
Проводится даже грандиозное соревнование «бумажных авиаторов» в мире Red Bull Paper Wings. В мае 2009 года на состязаниях, состоявшихся в Австрии, приняли участие спортсмены из 48 стран. Количество участников отборочных туров, проводящихся по всему миру, превысило 9500 человек.
Моими помощниками в исследовании стали мои родители, учитель и друзья.
Я выдвинул две гипотезы:
• возможно, на дальность полёта влияет форма носа самолёта;
• возможно, на продолжительность полёта влияет размах крыльев самолёта.
Я поставил перед собой цель: изучить, как форма крыла и носа самолёта влияет на его дальность и продолжительность полёта.
Чтобы достичь поставленной цели я поставил следующие задачи:
- создать коллекцию бумажных самолётов с различными формами носа и крыльев;
- провести эксперимент, который позволил бы мне определить модели с наибольшей и наименьшей дальностью полёта;
- сопоставить полученные результаты эксперимента с характеристиками существующих самолётов.
Для решения поставленных задач и доказательства моей гипотезы использовал следующие методы:
• теоретический (научный);
• практический;
• аналитический.
Исследование я проводил по плану :
1. Определение целей, задач, гипотезы исследования
2. Изучение и анализ литературы по проблеме исследования.
3. Проведение эксперимента
3.1. Наблюдение
3.2. Описание
3.3. Сравнение
3.4. Анализ, обобщение и систематизация результатов
II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ
1. Научная статья
1.1. Что такое самолёт
Слово «самолёт» использовалось для обозначения летательных аппаратов ещё в XIX веке
Самолёт - это воздушное судно, предназначенное для полётов в атмосфере с помощью силовой установки, создающей тягу, и неподвижного относительно других частей аппарата крыла, создающего подъёмную силу.
Основные элементы самолёта :
• Крыло — создаёт при поступательном движении самолёта необходимую для полёта подъёмную силу за счёт возникающей в набегающем потоке воздуха разницы давлений на нижнюю и верхнюю поверхности крыла : давление на нижнюю поверхность самолётного крыла больше, чем давление на верхнюю его поверхность. На крыле располагаются аэродинамические органы управления, а также механизация крыла — то есть устройства, служащие для управления подъёмной силой и сопротивлением самолёта (закрылки, интерцепторы и др.).
• Фюзеляж — предназначен для размещения экипажа, пассажиров, грузов и оборудования, а также для крепления крыла, оперения, шасси, двигателей и т. п. (является как бы «телом» самолёта). Известны самолёты без фюзеляжа (например — «летающее крыло»).
• Оперение — аэродинамические поверхности, предназначенные для обеспечения устойчивости, управляемости и балансировки самолёта. Для управления самолётом на оперении располагают отклоняемые поверхности — аэродинамические рули (руль высоты, руль направления, или же делают поверхности оперения цельноповоротными (на многих сверхзвуковых самолётах).
• Шасси — система опор, необходимых для разбега самолёта при взлёте, пробега при посадке, а также передвижения и стоянки его на земле. Наибольшее распространение имеет колёсное шасси. Также известны конструкции шасси с лыжами, поплавками, полозьями. В СССР осуществлялись эксперименты с гусеничным шасси и шасси на воздушной подушке. Многие современные самолёты, в частности большинство самолётов военного назначения, а также пассажирских самолётов, имеют убираемое шасси.
• Силовая установка самолёта, состоящая из двигателя (например, воздушного винта, а также систем, обеспечивающих их работу — создаёт необходимую тягу, которая, уравновешивая аэродинамическое сопротивление, обеспечивает самолёту поступательное движение.
• Системы бортового оборудования — различное оборудование, которое позволяет выполнять полёты при любых условиях. Приблизительно последние 30-40 лет бортовая электроника является наиболее умным, сложным и дорогостоящим оборудованием, превосходящим по стоимости всю остальную конструкцию самолёта.
1.2. Какие типы самолётов существуют по назначению
Гражданские
• пассажирские
• транспортные — транспортировка грузов
• почтовые — перевозка авиапочты
• курьерские
• сельскохозяйственные
• санитарные — оказание срочной медицинской помощи
• пожарные — для тушения в основном лесных пожаров
• геологоразведочные — воздушная разведка недр
• экспериментальные — проведение лётных экспериментов (летающая лаборатория)
• спортивные — занятия авиационным спортом
• учебно-тренировочные — обучение лётного состава
Военные:
• штурмовики (Су-25, А-10)
• перехватчики (МиГ-31, F-15)
• истребители
• истребители-бомбардировщики (Су-34)
• фронтовые бомбардировщики (Су-24)
• стратегические бомбардировщики (Ту-95, B-52)
• ракетоносцы
• торпедоноcцы
• самолёты-разведчики (Ту-22Р, U-2)
• топливозаправщики (Ил-78, KC-135)
• воздушные авианосцы
• противолодочные самолёты (Ил-38, P-8 Poseidon)
• патрульные самолёты (Ан-72)
• корректировщики
• военно-транспортные самолёты (Ан-12, C-130)
• многоцелевые и специальные
1.3. Принцип полёта самолёта
Самолёт относится к летательным аппаратам тяжелее воздуха. Это означает, что для его полёта нужны определённые условия, сочетание точно рассчитанных факторов. Полёт самолёта – это результат действия подъёмной силы, которая возникает при движении потоков воздуха навстречу крылу. Оно повёрнуто под точно рассчитанным углом и имеет аэродинамическую форму, благодаря которой при определённой скорости начинает стремиться вверх. Как говорят лётчики - «становиться на воздух». Разгоняют самолёт и поддерживают его скорость двигатели.
2. Практическая часть
2.1. Подготовка материалов.
После изучения литературы я приступил к созданию моделей самолётов.
Сначала я подготовил необходимые материалы. Для создания моделей мне понадобились листы бумаги размером А3.
2.2. Создание макетов самолётов Я изготовил 15 самолетов разной формы.
(Приложение 1. Рисунок 1 – ««Модели самолётов»;
Рисунок 2 – «Презентация моделей самолётов»)
2.3. Проведение эксперимента
В день эксперимента каждую модель я пронумеровал и запускал по очереди.
(Приложение 1. Рисунок 3 – «Проведение эксперимента»)
При этом фиксировал дальность, направление и время полёта.
(Приложение 1. Рисунок 4 – «Проведение эксперимента»)
Полученные результаты заносил в таблицу. (Приложение 2. Таблица 1)
2.4. Анализ, обобщение и систематизация результатов эксперимента
Победителем по дальности полета стала модель самолета СУ-27 под №13, которая преодолела расстояние 8 м 60 см и находилась в полете 2,10 сек. У модели СУ-27 №13 треугольное крыло, длинный вытянутый фюзеляж, острый нос конусообразной формы (Приложение 3. Рисунок 5 – «1 место»). Специальная форма крыла, форма фюзеляжа и острый нос этой модели похожи на Як-130. Этот учебно-тренировочный самолет представляет собой двухместный двухдвигательный среднеплан с трехстоечным шасси. Строение самолета позволяет выполнять маневры на больших углах атаки, обеспечивают овладение летчиками всем потенциалом маневренных возможностей современных боевых самолетов.
Модель Мираж-I под номером 7 тоже можно считать победителем, так как в ней соединились и большая дальность полета (8 м 20 см) и продолжительное время нахождения в полете (2,38 сек.). (Приложение 3. Рисунок 6– «2 место»). Такое строение имеет самолет «Мираж», одно- или двухместный французский многоцелевой истребитель. Первый европейский истребитель, вдвое превысивший скорость звука
Такое строение имеет самолет МИГ-21, легкий фронтовой истребитель-перехватчик, который предназначен для борьбы с высотными сверхзвуковыми бомбардировщиками и тактическими и истребителями противника. Созданный ещё в 1958 г., МиГ-21 является первым советским реактивным истребителем второго поколения, что подразумевает использование ракет как основного вооружения и скорости, в 2 раза превышающей скорость звука! Успешно использовался во многих современных конфликтах и войнах. Стоит на вооружении многих стран мира. Последняя самая современная модификация МИГ-21 была разработана в 1993 г. и выпускалась для продажи зарубежным государствам.
Модели под номерами 11 и 12 показали хорошие результаты по дальности полёта. Модель под номером 12 СУ-7Б преодолел 7 м 80 см за 2,04 секунды. (Приложение 3. Рисунок 7 – «3 место», а модель под №12 Мираж-V - 7 м 70 cм за 2,03 секунды. ; (Приложение 3. Рисунок 8 - «4 место»)
Оставшиеся модели показали средние результаты.
Худшими моделями стали те, у которых строение крыльев имело много изгибов и изломов, что увеличивало сопротивление воздуха и снижало аэродинамические характеристики.
III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Из проделанного опыта я узнал следующее:
• чтобы отправить самолет на максимальную дистанцию, нужно как можно сильнее бросить его вперед и вверх под углом примерно 45 градусов (по параболе).
• Для достижения максимального времени полета следует забросить самолет на максимальную высоту, чтобы он дольше планировал вниз.
В ходе эксперимента выдвинутые мною гипотезы подтвердилась: наилучших скоростных характеристик и устойчивости полёта достигают самолеты с острым носом и узкими длинными крыльями, а увеличение размаха крыльев позволяет существенно увеличить время полёта планера.
Если вас увлекли результаты моего эксперимента, вы можете стать его последователями. Однако перед тем, как вы возьмете бумагу и начнете делать модель, советую запомнить следующее:
- не так просто сложить бумажный самолетик, как кажется. Действия должны быть уверенными и точными, сгибы – идеально прямыми и в нужных местах.
-Кроме того, есть случаи, когда сгиб необходимо намеренно выполнить не очень точно. Например, если на одном из последних шагов требуется сложить толстую многослойную конструкцию пополам, сгиб не получится, если не сделать поправку на толщину в самом начале складывания.
- Конструкции самолетов существенно различаются в зависимости от цели их постройки. К примеру, самолеты для полетов на большие дистанции по форме напоминают дротик – они такие же узкие, длинные, жесткие, с ярко выраженным смещением центра тяжести к носу. Самолеты для максимально длительных полетов не отличаются жесткостью, зато имеют большой размах крыльев.
ЛИТЕРАТУРА
1. Анохин П. Л. «Бумажные летающие модели» изд. Досааф, год выпуска 1959
2. Джон Коллинз. «Самолеты из бумаги» изд. Манн, Иванов и Вербер.
год выпуска 2014
3. С. В. Столяров. «Модели самолетов из бумаги» изд. Ярославль: Академия развития, год выпуска 2009 Журнал «Моделист-конструктор». Подписка за 1970г. №№ 3,6,8,11
4. А. Хакимуллин. «Бумажные самолеты» изд. Питер СПб, год выпуска 2015
5. Энциклопедия «Авиация». — М. : Научное издательство «Большая Российская Энциклопедия», 1994. — 736 с.
Интернет ресурсы
1. https://www.voprosy-kak-i-pochtmu.ru/kak-letayuet-samolety/
2. https://yandex.ru/video?path=wizard&parent-reqid
3. https://yandex.ru/clck/jsredir?from=yandex.ru
4. https://yandex.ru/images?parent-reqid
5. https://yandex.ru/images?parent-reqid
6. https://aviamodeli.jimdo.com
7. https://rcplans.ru
8. https://paper-models.ru/models/category/aviaciya/2
