Исследование аэродинамики бумажного самолета.

Открытые Ломоносовские чтения

Муниципальное Бюджетное общеобразовательное учреждение

Школа  №6 им. М.В. Ломоносова с углубленным изучением отдельных предметов городского округа Самара

Секция «Физика»

Исследование аэродинамики бумажного самолета.

Выполнил:

Микостин Пётр,

ученица 8 М класса

МБОУ школа №6 г.о. Самара

Учитель:

Микостина С.А.  

Самара 2017

Содержание:

1. Введение                                                                                2
2. Что держит самолет на воздухе                                                3
3. Почему летает бумажный самолет                                        5
4. Практическая часть                                                                6
5. Заключение                                                                        8
6. Литература                                                                        8

Введение

Одним из мои увлечений является изготовление поделок из бумаги моделей военной техники.

История изготовления из бумаги уходит корнями глубоко в прошлое. Расцвет изготовления бумажных поделок в России начинается после Второй Мировой Войны. В настоящее время любой желающий может изготовить, например, бумажный самолёт и запустить его. В России даже проводят турнир по запуску бумажных самолетиков «С мечтами детства в полет будущего».

У меня есть младший брат, ему очень нравиться делать и запускать бумажные самолеты, но он всегда огорчается, когда самолетик не долго парит в воздухе. Вот я и решил выяснить, почему бумажный самолетик может иметь разную дальность полета.

Цель: исследовать зависимость дальности, времени и высоты полёта бумажного самолёта.

Задачи:

1.        Изучить литературу по данной теме

2.        Выявить зависимость дальности, времени, скорости и высоты полёта бумажного самолёта от площади крыльев, угла наклона крыла конструкции и материала

Что держит самолет на воздухе

Самолеты, особенно вблизи, впечатляют своими габаритами и массой. Остается при этом не понятным, как такой громоздкий и тяжелый объект поднимается в небесную высь.

Крыло самолета, который взлетает, создает силу, толкающую его вверх, то есть, в небо. Она носит название подъемной силы самолета.

Подъемная сила состоит из двух оставляющих:

Одна основана на принципе Бернулли: если скорость движения потока жидкости или газа увеличивается, давление в потоке уменьшается.

Приложите лист бумаги ко рту коротким краем. Дальний край листа под действием силы тяготения опустится. Теперь сильно подуйте над верхней частью листа. Лист поднимается вверх.

Крыло самолета спроектировано таким образом, чтобы воздух, который проходит над ним, ускорялся по отношению к воздушному потоку, проходящему с низу. Более быстрый поток воздуха сверху от крыла снижает давление воздуха над крылом, и полученная в результате разница между этим низким давлением и более высоким давлением под крылом обеспечивает подъем самолета.

В дополнении к подъемной силе  Бернулли существует так называемая реактивная подъемная сила. Третий закон Ньютона гласит, что на каждое действие есть равное ему противодействие.

Когда воздух проходит под крылом самолета под углом, направленным вверх (угол атаки). Этот воздух, двигаясь от передней кромки крыла к задней, толкается крылом вниз. Это действие. И на него непременно должно быть равное противодействие воздуха, толкающего по направлению вверх, так что крыло поднимается вверх. Для современных самолетов более 80% подъёмной силы обеспечивается реактивной подъемной силой и лишь менее 20% - силой Бернулли.

Если высунуть руку в окно, находясь в движущемся автомобиле, раскрыть ладонь по направлению движения и прижать пальцы друг к другу, немного задрав их вверх. Вы обязательно почувствуете, что поток воздуха толкает вашу руку вверх. Это и есть реактивная подъемная сила.

Когда самолет летит «вверх ногами» подъемная сила обеспечивается исключительно реактивной составляющей. Пилот в таком полете поднимает переднюю часть самолета, так чтобы крыло опять стало под углом вверх (угол атаки) и прибавляет газу, увеличивая скорость полета, чтобы компенсировать потерю подъемной силы Бернулли.

Полагаться исключительно на реактивную подъемную силу весьма опасно, поскольку она по своей природе не слишком стабильна. Возвращаясь к высунутой руке из окна автомобиля. Меняя направление ладони совсем чуть-чуть, направление силы набегающего потока меняется радикально.

Именно этой трудностью контроля над реактивной подъемной силой объясняется, почему большинство авиакатастроф случается на этапе взлета и посадки. Доля вертикальной тяги в результате воздействия подъемной силы при взлете и посадке выше, чем во время полета на высоте. Вот почему при приземлении авиалайнера иногда чувствуется, как его бросает из стороны в сторону. [2]

За оконечностью крыла создается своего рода вытянутый вращающийся вихрь, который называют вихревым жгутом или шнуром.

Крыло при движении образует индуктивное сопротивление крыла, создавая вытянутый вращающийся вихрь, из-за перетекания потока воздуха через законцовку, с нижней на верхнюю поверхность крыла

Чем больше подъемная сила, тем больше сопротивление.

Законцовка крыла может быть видоизменена. Она не только не будет способствовать перетеканию, но может стать преградой (в механическом или аэродинамическом плане) на его пути. Эту роль выполняют аэродинамические законцовки крыла, которые называются винглеты, шарклеты, шайбы Уиткомба и др.

Почему летает бумажный самолет

Бума́жный самолёт (самолётик) — игрушечный самолёт, сделанный из бумаги. Он является наиболее распространённой формой аэрогами, одной из ветвей оригами (японского искусства складывания бумаги).

А почему летает бумажный самолет ведь у него нет такого профиля крыла как у настоящего?

Крыло ровное, но во время полета оно располагается под некоторым углом к потоку воздуха, отчего возникает примерно тот же эффект, что и у профильного крыла, т.е. образуется угол атаки (угол между строительной осью самолета и вектором скорости).

Еще важным моментом  момент в «бумажной авиации»  является  расположение центра тяжести. Бумажным самолетиком можно управлять, как настоящим. Например, скорость и траекторию полета можно корректировать, сгибая заднюю часть крыла подобно настоящим закрылкам, слегка поворачивая бумажный киль.

Изучая литературу, я выяснил, что конструкции самолетов существенно различаются в зависимости от цели их постройки. К примеру, самолеты для скоростных полетов по форме напоминают дротик они такие же узкие, длинные, жесткие, с ярко выраженным смещением центра тяжести к носу. Самолеты для максимально длительных полетов имеют большой размах крыльев, хорошо сбалансированы. Балансировка крайне важна для самолетов, запускаемых на улице. Они должны сохранять правильное положение, несмотря на колебания воздуха. Самолетам, запускаемым в помещении, полезно смещение центра тяжести к носу. Такие модели летают быстрее и стабильнее, их проще запускать.[3]

Практическая часть

Для изучения зависимости дальности, времени, скорости полёта бумажного самолёта от площади крыльев, угла наклона крыла конструкции и материала. Были выполнены 5 моделей самолетов

№1 Дротик

№2 Самый простой

№3 Планер

№4 Штурмовик

№5 Ястреб

1. Исследование дальности полета и расчет скорости полета.

При измерении скорости самолёта пришлось  использовать видеосъемку полёта. Иначе скорость полета рассчитать трудно.

Вывод: Скорость полета зависит от формы самолета.

2.        Исследование зависимости дальности полета от материала.

«Самый простой»  изготовил из тетрадной бумаги и офисной бумаги для того, чтобы определить наиболее подходящий материал для изготовления самолётов. Листы взял одного размера.

Вывод : Самолет из тетрадной бумаги показал лучший результат.

2. Исследование зависимости дальности полета от угла бросания.

Вывод: При угле в 300дальность полета наибольшая

3. Исследование зависимости дальности полета от наличия аэродинамических законцовок крыла.

Вывод: При законцовки крыла дальность полета увеличивается.

Заключение

В результате проведенных экспериментов удалось  выяснить, что дальность и время полёта бумажных самолётов зависит от  площади. Материал для изготовления планирующих самолётов необходимо подбирать как можно более лёгкий. Надеюсь, этот опыт построения самолётов пригодится в будущем для конструирования и изготовления модели самолёта из дерева и пластика с мотором. Теперь я знаю, какой самолетик для брата надо делать, чтобы он пролетел дальше  и как правильно его запускать.

Литература

1. Кузнецова О. С. «Бумажные самолётики» азбука самоделок, 2004 г.
2. http://go.mail.ru/redir?q
3. Бумажные самолетики. – М.: // Новости космонавтики. – 2008
4. Википедия http://ru.wikipedia.org/wiki/Бумажные самолётики.
5. Сборник научно-познавательных статей, заметок и публикаций.

        http://nauka.relis.ru/34/0204/34204036.htm