Исследовательская работа "Необычный полет вертолета"

Опубликовано Богунова Оксана Алексеевна вкл 14.06.2018 - 12:47

Автор:

Чамин Иван

Цель работы: исследование причин, влияющих на полет вертолета.

Скачать:

Вложение	Размер
neobychnyy_polet_vertoleta.docx	1020.55 КБ

Предварительный просмотр:

ВВЕДЕНИЕ

На день рождения мне подарили вертолёт на пульте управления. И я заметил, что вертолёт взлетает без разгона, сразу отрывается от земли и может лететь в разных направлениях и даже вниз лопастями. В отличие от самолёта вертолёт может подняться вверх, например, с горного выступа, и висеть в воздухе столько времени, сколько надо. Но как же такая тяжёлая железная машина может без разгона оторваться от земли и лететь в нужном направлении? Почему полет вертолета такой необычный? Тема моей работы «Необычный полет вертолета»

Цель работы: исследование причин, влияющих на полет вертолета.

Задачи:

Изучить историю создания вертолета.
Узнать о его летательных свойствах.
Изготовить опытный образец лопастей
Опытным путем доказать летательные свойства вертолета.

Объект исследования: полет вертолета

Предмет исследования: причины, влияющие на полет вертолета.

Методы исследования:

Анализ прочитанной литературы.
Проведение и описание опытов.
Обобщение результатов исследования.

Гипотеза:

Я предполагаю, что смогу изготовить модель вертолета, которая позволит мне опытным путем доказать летательные свойства вертолета.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Теоретическая часть

1.1. Зарождение гениальной мысли

Наверное, это прозвучит странно, но о создании аппарата, который мог бы взлетать вертикально, человечество задумалось еще в древние времена. В Китае, приблизительно в V-м веке до нашей эры появилась игрушка, в виде палки с прикрепленными к ней перьями. Перья крепились к концу палки с четырех сторон, образуя винт. Раскрутив такую игрушку в ладонях, человек выпускал ее, и палка взлетала вверх точь-в-точь как современные вертолеты.Чертежи подобных аппаратов создавались и позже, например, в Эпоху Возрождения и Новое Время. Любопытно, что многие приписывают изобретение вертолета Леонардо да Винчи, но это ошибка.
Леонардо действительно выполнил чертеж некоего летательного аппарата. Аппарат этот никогда не был построен, а исследователи наследия да Винчи до сих пор спорят о том, каким образом нарисованный великим мыслителем аппарат мог бы оторваться от земли. (Приложение № 1)
Михаил Ломоносов, также пытавшийся создать летательный аппарата, не знал о трудах Леонардо и, разрабатывая свой проект, опирался исключительно на собственные знания и опыт. Идея Ломоносова заключалась в том, чтобы построить машину, которая взлетала бы вертикально и приводилась бы в движение двумя винтами. Проект так и не был доведен до ума. К слову, Ломоносов работал вовсе не над летательным аппаратом. Его машина не предполагала пилотируемого полета, ее задачей были метеорологические измерения. (Приложение № 2)

1.2. Первый вертикальный полет.

В 1860 году во Франции Г. Понтон д’Амекур создал летательный аппарат аэронеф, который имел два соосных винта и был снабжен паровым двигателем. Его испытания не были успешны, и машина так и не смогла совершить вертикальный подъем, как надеялся ее изобретатель.
Ситуация изменилась с появлением бензиновых двигателей, которые были более мощными и весили меньше паровых. 29 сентября 1907 года состоялся первый в истории вертикальный полет. Его совершил беспилотный аппарат Gyroplane, построенный Луи и Жаком Бреге при теоретической поддержке профессора Ш. Рише. Он продлился менее минуты. При этом машина смогла оторваться от земли только на 50 см. Несмотря на успех, большинство специалистов считают, что при ответе на вопрос о том, кто изобрел вертолет, нельзя называть имена создателей Gyroplane, так как его полет не был управляемым, а сам аппарат на момент подъема был на привязи.

1.3. Кто изобрел первый вертолет в мире?

Считается, что в ответ на этот вопрос следует называть имя ученого-авиаконструктора Игоря Ивановича Сикорского.Еще в 1931 году Сикорский запатентовал проект летательной машины, конструкция которой принципиально мало чем отличалась от моделей вертолета, используемых сегодня. В частности, он предложил использовать 2 пропеллера: главный - на крыше и вспомогательный — на хвосте.14 сентября 1939 года Игорь Сикорский наконец оторвал VS-300 от земли. Полёт осуществлялся на привязи в нескольких метрах от земли. После переделки и ремонта, последовавшего после аварии (вертолёт опрокинулся), 13 мая 1940 года Сикорский впервые поднялся в воздух без привязи. Впоследствии авиаконструктор создал вертолеты 18 типов, которые стали выпускаться серийно. Кроме того, им были сконструированы турбинные модели, амфибии с убирающимися шасси, а также так называемые летающие краны. На вертолетах, созданных Сикорским, были осуществлены трансантлантический и транстихоокеанский перелеты с дозаправкой в воздухе. Его машины применялись для самых разнообразных целей. Свою карьеру перед уходом на пенсию Сикорский завершил созданием вертолета S-58, по праву считающимся лучшим вертолетом 1-го поколения. (Приложение № 3)

1.4. Как летает вертолет?

На крыше вертолета закреплен огромный крутящийся винт с лопастями. Он выполняет функцию крыльев. Этот винт, вместе с еще одним винтом, поменьше способен поднять вертолет вверх, задержать его в воздухе и заставить лететь. Когда винт крутится, лопасти с силой захватываю поток воздуха и, при помощи аэродинамической силы, вертолет летит.
Аэродинамическая сила – это сила, с которой воздух действует на поверхность вертолета. Благодаря вращению лопастей винта над вертолетом создается зона пониженного давления, и частички воздуха как бы выталкивают его вверх. Загребая лопастями воздух, вертолет мчится вперед. Главный винт помогает вертолету лететь прямо вперед. А при наклоне винта изменяется аэродинамическая сила (Приложение № 4). Благодаря этому вертолет может лететь не только вперед, но и вбок или даже назад.

Но как же наклонить винт, чтобы заставить вертолет лететь вбок? Для этого надо изменить угол атаки. Что такое угол атаки? Каждая лопасть винта может оборачиваться вокруг своей оси (стержня). Угол атаки – это величина, на которую может «задраться» лопасть навстречу воздуху. Когда пилот увеличивает угол атаки сразу у всех лопастей, вертолет взлетает вверх, а когда угол атаки уменьшается – вертолет опускается. Если растет угол атаки лопасти, когда она будет находиться над носом вертолета, то сзади соответственно он уменьшится и вертолет полетит назад. А если растет угол атаки у лопасти, пролетающей над левым бортом – вертолет полетит направо. Если за рычагом управления опытный пилот, вертолет может даже летать вверх ногами, то есть вверх колесами. Вернее летать он так не сможет, а сможет только делать фигуры в воздухе. Для того, чтобы «кувыркнуться» вертолету хватит аэродинамической силы. Но летать вниз лопастями долго вертолет не может.

Если сравнивать вертолет с самолетом, можно найти много отличий. Самолету нужно разогнаться, чтобы взлететь и он не может держаться вертикально в воздухе, ему нужно все время лететь вперед. А вертолет может подняться вверх, например, с крыши дома, и висеть в воздухе столько времени, сколько надо. Это позволило вертолету найти применение в разных областях жизни.
Изучив теоретический материал, я сделал следующие выводы:

Первые простые летательные аппараты были созданы ещё в 18 в., первый же вертолёт появился лишь в 20 веке. Создание первого в мире вертолета принадлежит Игорю Сикорскому. При этом нельзя забывать заслуги и других инженеров и конструкторов, которые посвятили многие годы своей жизни созданию винтокрылых летательных аппаратов.
Полет вертолета осуществляется за счет движения лопастей винта и потока воздуха, который выталкивает вертолет вверх. А угол наклона лопастей помогает направлять воздух и совершать движения в разные стороны.

2. Практическая часть

Оказалось, что сделать опыт, который доказал бы аэродинамические свойства вертолета не так просто, как мне казалось. Поэтому я воспользовался помощью родителей и информацией из интернета.
Мне необходимо было доказать два свойства, которые позволили бы настоящему вертолету взлететь. Об этом я расскажу подробно.

2.1. Макет винта вертолета

Для изготовления лопастей винта необходимы следующие инструменты и материалы (Приложение № 5):

Карандаш (простой не менее 15см)
Две пластиковых линейки по 20 см
Шуроповерт и набор сверл и отверток
Зажигалка
Саморез 3,2/32 мм
Ножовочное полотно

Изготовление макета:

Просверлил отверстия в линейках на уровне 10 см по центру, сделал надрезы с обеих сторон линейки на уровне 8 см и 12 см.
Зажигалкой нагрел надпилы и развернул в разные стороны, имитируя лопасти.
Сделал отверстие в центре карандаша.
Присоединил лопасти к карандашу, скрутив их саморезом.

Наш простой летательный аппарат готов.

2.2. Запуск макета

Изучая теоритический материал, я выяснил, что вертолет поднимается вверх за счет движения лопастей винта, поэтому для запуска я взял обычный карандаш и мою летательную модель (карандаш с лопастями). Запустив скручивающими движениями, обычный карандаш, я увидел, что он просто упал на землю.
Когда я запустил свой летательный образец, он поднялся вверх, пролетел некоторое время и медленно планировал вниз.
Вывод: этот опыт доказывает, что вертолет поднимается и совершает свой полет с помощью лопастей.

2.3. Опыт с окрашенным воздухом.

Проводя этот опыт, я хотел доказать, что именно воздух, захватываемый лопастями винта, выталкивает самолет вверх. Для этого опыта мне были необходимы следующие материалы и инструменты:

Макет винта вертолета
Пластиковая емкость объемом 19 литров
Шуроповер и сверла
Ножницы, скотч
Бомбочки с цветным дымом.
Прозрачный герметик

Описание опыта:

Я срезал дно пластиковой емкости .
Сделал отверстие равное диаметру карандаша в основании с помощью шуроповерта.
Прозрачным герметиком зафиксировал макет винта в отверстии. Дал высохнуть.
Дно скотчем присоединил к емкости.
Поджег дымовую бомбочку и поставил на неё горлышко ёмкости. Подождал, когда дым осядет вниз.
Зафиксировал макет в шуроповерт и раскрутил. Дым начал подниматься вверх.

Вывод: мой опыт доказывает, что именно воздух, загребаемый лопастями выталкивает вверх вертолет, создавая аэродинамическую силу
(Приложение № 6)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Моя гипотеза полностью подтвердилась. Изучая принципы полета и строение вертолета, я понял, почему вертолет летает: двигатель запускает винт который, загребая воздух, создает отталкивающую силу и вертолет отрывается от земли. Я доказал опытным путем, что вертолет поднимается вверх за счет аэродинамической силы и двигается за счет лопастей.
Изучая историю создания вертолета, я проследил за ходом развития от игрушки до первого лопастного летательного аппарата совершившего полет. Узнал имена знаменитых конструкторов и инженеров, которые работали над созданием вертолета. Узнал, что такое аэродинамическая сила и как она влияет на полет вертолета.

Практическая значимость: формирование познавательного интереса одноклассников.

Мне бы очень хотелось и дальше изучать аэродинамику. Возможно, в нашем городе откроется кружок моделирования и конструирования, и я смогу сам построить настоящий макет вертолета и запустить его в воздух.

ЛИТЕРАТУРА