Статья погружает нас в увлекательный мир воздухоплавания и авиации. На основе исторических, теоретических и практических исследований раскрывает принцип «подъёмной силы крыла».
Ключевые слова: авиация, планер, крыло самолёта, подъемная сила крыла самолета.
Меня давно заинтересовала тема авиации. Ещё в детском саду, мы с друзьями делали макеты разных самолётов. И для наших самолетов создали целый аэропорт с аэродромом, диспетчерской башней и инженерными сооружениями. Понаблюдав за полётами самодельных моделей самолётов, мне захотелось узнать секрет полётов аппаратов, которые тяжелее воздуха и попробовать сделать свой планер. Всегда интересно узнавать что-то новое для себя и экспериментировать. Как самолёт или планер держится в воздухе? Какие крылья нужны аппарату, который тяжелее воздуха? В чем заключаются секреты профиля крыла? Чтобы получить ответы на эти вопросы, я решил провести исследование.
Проблема заключается в том, что современные дети большую часть времени проводят за компьютерными играми и перед телевизором.
Я считаю, что изготавливать планеры своими руками не только полезно, потому что знакомишься с миром авиации, учишься работать с разными инструментами,но и очень интересно и увлекательно,так как ты сам смастерил себе почти настоящий планер.
Этот материал можно использовать на уроках окружающего мира, истории, труда, для проведения внеклассных мероприятий, в группах продленного дня.
Актуальность работы в том, что она имеет большое практическое значение.
Целью работы являлось познакомиться с историей авиации и изучить процесс создания подъёмной силы крыла.
В ходе работы решались следующие задачи:
— изучить различные виды профилей крыльев планера;
— познакомиться с материалами и техническими средствами, необходимыми для создания крыльев планера;
— создать планер с разными видами профилей крыла;
— опытным путем выявить лучший профиль крыла планера для полёта.
В настоящее время можно отметить возросший интерес к изучению авиатехники.
Официальная история авиации началась в 1903 году с полётов братьев Райт, когда их первый самолёт преодолел 36 метров за 12 секунд на высоте 3 метра. Это был первый полноценный полёт человека на аппарате тяжелее воздуха, оснащённого двигателем внутреннего сгорания, и парящего на крыльях.
Стремление человека летать, можно найти, рассматривая и изучая историю человечества. Икар и Леонардо да Винчи, братья Монгольфье, Александр Федорович Можайский, все эти люди внесли свой вклад в историю авиации.
Первым изобретателем полноценного несущего в воздухе крыла, принято считать немецкого инженера Отто Лилиенталя (родился 23 мая 1848 года). Именно этот человек создал науку о планеризме и разгадал загадку профиля крыла птиц. За свою жизнь Отто Лилиенталь совершил, на построенных им планерах более 2-х тысяч полётов.
А вот создал науку о крыльях, наш соотечественник Николай Егорович Жуковский.Большое количество целенаправленных экспериментов, проведенных Жуковским и его учениками, постепенно приводили Николая Егоровича к открытию фундаментального закона аэродинамики — закона о подъемной силе крыла.
Виды профилей авиационных крыльев
В аэродинамике профиль –форма поперечного сечения крыла или другой гидроаэродинамической конструкции.
Рассмотрим упрощенную схему воздействия физических сил на крыло самолёта.
Крыло имеет несимметричный профиль снизу и сверху.
Непрерывный поток воздуха разделяется крылом на две части, одна из которых проходит над крылом, а другая под ним. Поскольку профиль несимметричен, то для того чтобы снова сойтись за крылом в одной точке «верхнему» потоку нужно проделать больший путь, чем «нижнему», поэтому воздуху над крылом приходится двигаться с большей скоростью чем под ним.
Согласно закону Бернулли статическое давление в потоке уменьшается с ростом скорости потока, поэтому в потоке над крылом статическое давление будет ниже. Разница давлений в потоке под крылом и над ним и составляет подъемную силу.
А для демонстрации этой идеи достаточно простого гибкого и легкого листа бумаги. Берем лист, подносим его ко рту, и дуем над ним чтобы создать модель, в которой поток воздуха над листом бумаги движется быстрее чем под ним. С первой или второй попытки лист бумаги презрев тяготение, действительно поднимается под действием подъемной силы вверх.
Профиль крыла можно создать разными способами используя различную технику. Рассмотрим несколько самых популярных и интересных видов профилей крыла.
Симметричные, двояко выпуклые, выпукло вогнутые, плоско выпуклые, S — образные.
1) Симметричные профили.
Симметричные или профили с очень малой кривизной применяются на скоростных самолетах, а также на не скоростных самолетах для органов оперения.
2) Двояко-выпуклые профили
с большой кривизной верхней и нижней поверхностей профиля обеспечивают не только высокую несущую способность, но и большую прочность и жесткость крыла. Как правило, такие профили используются на скоростных тяжелых самолетах (транспортных и пассажирских).
3) Плоско-выпуклые профили
имеют средние несущие способности, являются простыми в производстве и применяются на не скоростных самолетах.
4) Выпукло–вогнутые профили
имеют большую несущую способность и в основном применялись на первых самолетах начала прошлого века. Они обеспечивают наибольшую подъемную силу при малых скоростях полета. На современных самолетах такая форма профиля создается искусственно при отклонении закрылков.
5) “S” — образные профили
— это самоустойчивые профили, применяются на самолетах со схемой бесхвостка для продольной балансировки самолета.
Для изготовления своего макета планера и испытания на нём различных профилей крыла, я выбрал самый доступный материал экструзированный пенополистирол или как его в народе называют «потолочка», такое название он получил за использование в потолочных декоративных плитах.
Из инструментов мне пригодились: струбцины, канцелярский нож, строительный угольник и шлифовальная шкурка. Сборку делал на строительном клее для потолочных плит, он сильно пахнет, но очень хорошо клеит. Сначала я нашел в интернете чертежи свободнолетающего планера. Перенёс размеры на плиту «потолочки» и вырезал ножом.
Так как задачей исследования было сравнение разных профилей крыла, я сделал три типа крыльев: крыло с плоским профилем, как было на чертежах из интернета; крыло с выпукло–вогнутым профилем; крыло с плоско-выпуклым профилем.
Самое сложное было сделать крыло с крыло с плоско-выпуклым профилем. Его потребовалось собирать из четырёх элементов и тщательно обрабатывать все края.
Наконец все три крыла были готовы, и можно было приступить к испытаниям.
Для определения характеристик разных типов крыльев, я провёл экспериментальные пуски планера, поочередно меняя крылья.
В ходе пусков планера измерялась дистанция полёта планера и время нахождения в воздухе. Измерительными приборами выступили строительная рулетка и смартфон с программой «секундомер». Моими помощниками были одноклассники. Они помогали мне производить замеры.
В ходе испытаний наилучшие характеристики на моём планере продемонстрировало крыло с «Выпукло–вогнутым профилем», что наглядно подтверждается историей авиации, ведь подобного рода крылья ставились на первые самолёты в начале ХХ века, а мой планер очень похож на них по лётным данным.
Я провёл мастер-класс по изготовлению модели планера для своих одноклассников. В результате, каждый кто хотел, сделали свои модели и мы устроили соревнование по дальности и времени полёта планеров. Таким образом, я нашёл практическое применение своим моделям.
Вывод можно сделать следующий, что создавать модели самолётов своими руками не только интересно, но и полезно. Хотя это долгий и трудоёмкий процесс, но он многому может научить. Он помогает развивать знания, воображение, учит быть терпеливым, усидчивым и последовательным.
Приоткрыв некоторые секреты в создании малой авиации, и продемонстрировав аэродинамический опыт одноклассникам, я заинтересовал их и теперь каждый из них может, приложив немного усилия и терпения создать свой собственный планер. И как выяснилось, создавать свои модели самолетов и играть в них, намного интереснее,чем сидеть в телефоне или за компьютерными играми.
Литература:
- Белоусов Ю.А «Я познаю мир» Детская энциклопедия. «Авиация».- М.: «Издательство Астрель», «Олимп», «Фирма «Издательство АСТ», 2000.
- Военно-авиационный словарь. — М.: Воениздат, 1966. — 472 с.
- В. С. Шергин, А.И Юрьев «Что такое? Кто такой?» детская энциклопедия. Т.2. — М.: АСТ, 2007.
4. http://www.parkflyer.ru/ru/blogs/view_entry/10339/
5. https://flyings.guru/blog/aircraft-model-airfoils/
6. https://habr.com/ru/post/369603/
7. http://rc-aviation.ru/mtech/avia/77-techsgib
8. http://rc-aviation.ru/chertplosk/112-planspalners
9. http://rc-aviation.ru/mtech/avia/60-klei
10. https://ru.wikipedia.org/аэродинамический профиль
