Цель проекта – создание модели планера класса F1E(N).
Для реализации цели были поставлены следующие задачи:
- Изучить требования для участия в соревнованиях с моделью планера класса F1E(N);
- Дать характеристику модели планера класса F1E(N);
- Изготовить модель планера F1E(N).
Объект исследования - характеристики модели планера класса F1E(N).
Предмет исследования - модель планера F1E(N).
Гипотеза исследования - полёт модели планера F1E(N) зависит от многих физико-математических характеристик изготовленной модели.
Методы исследования: анализ литературы по теме, сравнение, практический метод.
Вложение | Размер |
---|---|
model_planera_f-1en_publikatsiya.docx | 399.28 КБ |
Нижегородская область
городской округ город Шахунья
Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования
«Центр внешкольной работы «Перспектива»
Модель планера класса F1E(N)
«Конструирование технических объектов»
Автор: Дрожановская Татьяна Евгеньевна, 18.08.2008 г. р.
Руководитель: педагог дополнительного образования
Дрожановский Евгений Вячеславович
Шахунья, 2023 год
Содержание
Глава 1. Теоретическая часть 5
1.1 Требования для участия в соревнованиях с моделью планера класса F1E(N) 5
1.2 Характеристика модели планера класса F1E(N) 6
1.3 Аэродинамические свойства планера F1E(N) 9
Глава 2. Практическая часть 12
2.1 Изготовление модели планера F1E(N) 12
2.2 Регулировка и запуск планера 14
Заключение 21
Приложения………………………………………………………………………23
С 2019 года я занимаюсь в творческом объединении «Конструирование технических объектов».
На первоначальном этапе я изучила основы теории полета, ознакомилась с различными классами моделей. Основным документом, регламентирующим постройку авиационных летающих моделей, являются Правила проведения соревнований по авиамодельному спорту в России. В основе этих Правил - положения кодекса ФАИ: технические требования к моделям и правила соревнований по ним.
Соревнования проводят по следующим классам моделей:
- свободнолетающим: планер (класс по ФАИ - F1A), резиномоторная (F1B), таймерная (F1C), комнатная (F1E(N));
- кордовым скоростным (F2A) - на достижение максимальной скорости полета на дистанции 1000 м; кордовым пилотажным (F2B) - на качество выполнения комплекса фигур высшего пилотажа в ограниченное время; кордовым гоночным (F2C) - на прохождение дистанции 10000 м одновременно тремя экипажами за минимальное время;
- кордовым «воздушного боя» (F2D) - в ведении «боя» двумя экипажами в ограниченное время; радиоуправляемым пилотажным (F3A) - на качество выполнения комплекса фигур пилотажа в ограниченное время;
- радиоуправляемым моделям планеров (F3B) - на продолжительность, дальность и скорость полета (многоборье);
- кордовым копиям (F4B) - на качество воспроизведения внешнего вида, полета и масштабную точность прототипа; радиоуправляемым копиям самолетов (F4C) - на качество воспроизведения внешнего вида, полета и масштабную точность прототипа.
Перечисленные классы моделей принято называть чемпионатными - по ним проводятся чемпионаты России, Европы и мира.
Я участвовала в муниципальном этапе областного первенства по авиамоделизму «Юный авиатор» (06.01.2023) в классе моделей планер ( на дальность полета)- 3 место в возрастной группе 11-13 лет; в областном первенстве по авиамоделизму «Юный авиатор» в классе моделей «Планер» (на продолжительность полета) (зональный этап, 20.02.2022, р.п. Красные Баки; 67 участников, 6 районов, 10 городских округов; 3 место, с результатом 45,32 сек). Особенно меня заинтересовали модели класса F1E(N).
Цель проекта – создание модели планера класса F1E(N).
Для реализации цели были поставлены следующие задачи:
- Изучить требования для участия в соревнованиях с моделью планера класса F1E(N);
- Дать характеристику модели планера класса F1E(N);
- Изготовить модель планера F1E(N).
Объект исследования - характеристики модели планера класса F1E(N).
Предмет исследования - модель планера F1E(N).
Гипотеза исследования - полёт модели планера F1E(N) зависит от многих физико-математических характеристик изготовленной модели.
Методы исследования: анализ литературы по теме, сравнение, практический метод.
По Положению об областном первенстве «Юный авиатор» первенство проводиться в виде личных и командных соревнований, участники в категории «Планер на продолжительность полета» выступают с моделью планера с размахом крыла 400-600 мм, весом не менее 6 грамм. Использование металла в конструкции разрешено только в качестве балласта. Радиус скругления носовой части фюзеляжа не менее 5 мм.
Определение результатов в личном первенстве в классе моделей «Планер» (на продолжительность полета) осуществляется по сумме времени полета модели в трех турах, выраженной в очках (1 секунда = 1 очко). Хронометраж прекращается: модель опускается на пол здания; от модели что-либо отделяется; модель касается каких-либо частей здания или оборудования (кроме пола), и ее поступательное движение прекращается.
Я выступала с моделью планера класса F1E(N) с размахом крыла 580 мм, весом 8 грамм, изготовленной собственноручно с помощью педагога. Очень увлекло участие в соревнованиях, заинтересовал процесс изготовления модели. Единственным разочарованием для меня стало то, что возраст участников вышеназванных соревнований ограничивается 13 годами.[1; С. 25-26]
Модель планера F1N как самостоятельный класс зальных моделей планера позволяет соревноваться спортсменам-авиамоделистам в двух возрастных категориях: до 18 лет, и старше 18 лет, т. е. вполне возможно продолжить участвовать в соревнованиях по авиамоделизму уже в этом классе моделей планеров.
Класс F1E (N) – это комнатные планеры для ручного запуска.
Планер – это модель летательного аппарата, не имеющая силовой установки, подъёмная сила которой, возникает за счёт аэродинамических сил, воздействующих на поверхности, остающиеся неподвижными в полёте, за исключением изменений кривизны или установочного угла.
Планер может быть оснащен автоматическим рулевым устройством для прямолинейного полета и ограничения времени полета, как правило, магнитным, которое не может управляться участником в течение полета и не должно работать с использованием навигационных систем.
В классе F1Е(N) участвуют планеры, предназначенные для полетов в закрытом помещении, не оснащенные каким-либо двигателем. Подъемная сила обеспечивается аэродинамическими силами, действующими на неотделяемые в полёте плоскости модели.
К участию в соревнованиях не допускаются модели с изменяемой геометрией (например, со складывающимися крыльями). Количество моделей, регистрируемых для выступления – три.
Технические требования к моделям:[1; С. 42-43]
1. В классе F1Е(N) участвуют планеры, предназначенные для полётов в закрытом помещении, не оснащённые какими-либо двигателями.
2. Модели делятся на категории:
1-я: размах крыльев до 400 мм, вес не менее 5 грамм,
2-я: размах крыльев от 400 мм до 600 мм, вес не менее 6 грамм,
3-я: размах крыльев от 600 мм до 800 мм, вес не менее 7 грамм,
4-я: размах крыльев от 800 мм до 1000 мм, вес не менее 10 грамм.
3. Подъёмная сила модели создаётся аэродинамическими силами, действующими на закреплённые плоскости.
4. Не допускается изменение площади и геометрии крыла (напр. складывающиеся крылья).
5. Носовая часть фюзеляжа должна быть изготовлена из мягкого травмобезопасного материала.
6. Количество моделей, регистрируемых для выступления одного спортсмена – не более 3-х.
Определение официального полёта:
а) Продолжительность полета в первой попытке, за исключением случаев, когда эта попытка классифицируется как неудачная.
б) Продолжительность полета во второй попытке. Если вторая попытка является также неудачной, за полет засчитывается нулевой результат.
Определение неудачной попытки:
Попытка считается неудачной, если после запуска модели произошла одна из нижеописанных ситуаций. Если это произошло в первой попытке, участнику предоставляется право на вторую попытку.
а) модель столкнулась с человеком или предметом, который держал человек (за исключением самого участника);
б) модель столкнулась с другой моделью в полете;
в) от модели отделилась какая-либо ее часть при запуске или в полете.
Хронометраж полетов:[1; С. 60-61]
Хронометраж полета модели осуществляется двумя хронометристами с электронными секундомерами с цифровым выводом.
Регистрируемым временем полёта является среднее значение показаний, зафиксированных обоими хронометристами, но уменьшенное до ближайшей одной десятой секунды, ниже осреднённого значения показаний времени. Если расхождение в результатах, зафиксированных хронометристами, не указывает на ошибку в хронометраже, при возникновении чего организатор соревнований совместно с жюри должен принять решение о том, какой из зафиксированных показаний хронометристов должен быть зарегистрирован в качестве официального результата или о принятии иных мер.
Хронометраж каждого полета модели должно начинаться с момента её запуска.
Хронометраж должен прерываться в момент, когда:
а) модель останавливается на полу помещения;
б) модель приходит в контакт с какой-либо частью помещения или объектом, находящимся в нём, отличным от пола, и поступательное движение модели прекращается.
Итоговый результат:
Итоговый результат каждого участника определяется по сумме трех лучших результатов полетов. В случае равенства результатов принимаются к рассмотрению результаты лучшего 4-го полёта и так далее в случае последующего равенства результатов.
Высотные категории:
Предусматриваются следующие категории высоты потолка для проведения соревнований и установления рекордов:
I - менее 8 метров
II - от 8 до 15 метров
III - от 15 до 30 метров
IV - выше 30 метров
Высотой потолка считается расстояние по вертикали от пола до высшей точки помещения, вокруг которой может быть описан круг диаметром 15 метров, находящийся ниже силовой конструкции помещения.
Примерная развесовка моделей от категории зала:
I категория - менее 8 метров: 7-10 гр.;
II категория - 8-15 метров: 12-18 гр.;
III категория - 15-30 метров: 30-50 гр.;
IV категория - более 30 метров: 40-90 гр.
Таким образом, для участия в соревнованиях мне необходимо было изучить всю теоретическую базу модели планера класса F1E(N).
В классе F1Е(N) (National) участвуют планеры, предназначенные для полетов в закрытом помещении, не оснащенные каким-либо двигателем. Подъемная сила обеспечивается аэродинамическими силами, действующими на неотделяемые в полёте плоскости модели.
Рис. 1. Силы, действующие на планер во время полета
Сумма всех сил (сил давления и сил трения), возникающих при обтекании тела, называется полной аэродинамической силой (рис. 1).
Точка приложения полной аэродинамической силы называется центром давления (ц. д.).
Часть полной аэродинамической силы, перпендикулярная к направлению полета (н. п.), точнее, к вектору скорости набегающего потока, является подъемной силой . Часть полной аэродинамической силы , параллельная вектору скорости набегающего потока, является силой лобового сопротивления. На аэродинамические силы влияют различные факторы: форма обтекаемого тела (в нашем случае - крыла планера), угол атаки (угол α между направлением вектора скорости набегающего потока и характерной осью обтекаемого тела).
Обычно принято представлять аэродинамические характеристики летательного аппарата (ЛА) в виде зависимостей Ya - подъемной силы ЛА и Xa - силы лобового сопротивления от угла атаки (α). CYa, CXa , - соответственно коэффициенты подъемной силы, силы лобового сопротивления. Примерные зависимости CYa(α) и CXa от угла атаки (α) приведены на рис. 2.
Рис. 2 Зависимость CYa и CXa от угла атаки (α)
При достижении критического угла атаки на крыле начинается срыв потока, подъемная сила резко падает. Срыв обычно начинается не одновременно на левой и правой консоли крыла (франц. console - конструкция, жестко закрепленная одним концом при свободном другом). При резком снижении подъемной силы ЛА срывается в «штопор» резкое снижение высоты по сужающейся спирали.
Полет планера класса F1E(N) можно разделить на две фазы:
1. Импульсивная фаза – тот отрезок траектории, на котором на планер действует импульс силы, приданный спортсменом в момент запуска. В этой фазе полета планер набирает высоту под углом 30 – 40 градусов к горизонту.
2. Фаза свободного планирования (плавного снижения под неким острым углом к горизонту), при этом планирование происходит по спирали, чтобы увеличить дистанцию, а соответственно и время полета в ограниченном пространстве.
Отсюда следует, что для наиболее высокого результата спортсмену необходимо обеспечить максимальную высоту запуска в первой фазе полета, и максимально плавного планирования во второй.
По сути, по окончании первой фазы планер должен сорваться в «штопор», утратив стабильность в полете. Для этого и служат крутки на задних кромках крыла, способствующие срыву потока, при этом на внутреннем крыле срыв должен произойти быстрее.
Прежде чем приступить к конструированию планера, следует обратиться к теории аэродинамики. И будет правильным начать с центра давления – точки, к которой прилагается суммарная подъемных сил разных частей планера: крыла и элементов хвостового оперения (стабилизатора).
Если центр давления будет совпадать с центром масс, то планер получиться нейтрально стабильным, т.е. утратит тенденцию к поступательному движению вперед и вниз под влиянием гравитации. Гравитация (сила тяжести) во второй фазе полета нашего планера – единственная сила, которая способствует созданию тяги. Необходимо таким образом сбалансировать планер, чтобы центр давления располагался немного сзади центра масс, исключая «зависание» планера. Чрезмерное смещение центра давление назад от центра масс приведет к пикированию планера, а смещение центра давления вперед по отношению к центру масс – к кабрированию.
Для более четкого перехода в фазу планирования, а по сути- «штопора», нами было найдено еще одно решение, на практике оправдавшее себя: передняя кромка крыла, так называемый «лобик» был выполнен не закругленным, а острым, что дало эффект срыва потока еще и с верхней поверхности профиля крыла. В результате выход в штопор, выравнивание по горизонту стали стабильней; количество срывов планера в резкое пикирование даже при запусках с ошибками, стало гораздо меньше.
Для постройки необходимы следующие составляющие:
1. Инструменты: линейка, нож, весы, шариковая гелевая ручка для разметки депрона, наждачная бумага, наклеенная на брусок, шаблоны.
2. Материалы: пенопласт, депрон (потолочная плитка, толщиной 4мм, подложка под ламинат), клей циакриновый (Evotite CA460 или аналог, нерастворяющий пенопласт), бальзовый шпон (3 мм, плотностью 80-90гр/дм3), бальза для пилона, углепластиковая трубка переменного сечения (первое колено от рыболовного удилища), шаблоны. (Рис. 3 Приложения 1)
Изготовление крыла начинается с вырезания заготовки. Для этого берем шаблон, обводим его контур на шпоне и пенопласте карандашом. (Рис. 4,5 Приложения 1)
Ножом вырезаем детали двух консолей крыла. При разметке бальзового шпона стоит учитывать волокна материала, они должны быть направлены вдоль крыла. (Рис. 6 Приложения 1)
После вырезания все детали обрабатываем наждачной бумагой, подгоняем их друг к другу. (Рис. 7 Приложения 1)
Собираем обе консоли крыла. Стыки делаем максимально плотными, без зазоров. (Рис. 8-13 Приложения 1)
Далее необходимо сделать разметку крыла, которая послужит для формирования профиля крыла. Отмечаем карандашом линию на расстоянии 7-10 мм от передней кромки.
После разметки обрабатываем наждачной бумагой. Формируем профиль крыла (Рис. 14 Приложения 1).
Крыло в сечении должно выглядеть следующим образом:
Рис. 15. Крыло в сечении
Взвешиваем, так как итоговый вес модели должен быть 7-8 грамм, то следует сделать крыло весом не более пяти грамм. В нашем случае одна половинка крыла, окантованная по передней кромке бальзовым шпоном, весит 1,84 грамма.
Склеиваем две консоли под углом V, согласно чертежу. После того, как склеили две консоли, взвешиваем крыло. Вес собранного крыла получился 4,53 грамм. Крыло готово. (Рис. 16 Приложения 1)
Для фюзеляжа используем углепластиковую трубку сечением 5.4 мм, которая имеет сужение к концевой части 3.2 мм. Протачиваем трубку наждачной бумагой с водой. Взвешиваем, вес фюзеляжа должен быть не более двух грамм. Вырезаем стабилизатор и киль с использованием шаблонов. Взвешиваем, расчетный вес должен быть не более 0,5 грамма. (Рис. 17 Приложения 1)
Приклеиваем стабилизатор к фюзеляжу, приклеиваем киль.
Для сборки модели необходима еще одна деталь – пилон. Для изготовления пилона берем бальзу сечением 13 на 50 миллиметров. Придаем симметричный профиль пилону.
Приклеиваем пилон к крылу.
Перед приклеиванием крыла необходимо определить центр тяжести модели. Он должен совпадать с чертежом. Согласно чертежа размечаем место приклейки пилона крыла. Приклеиваем крыло к фюзеляжу. Взвешиваем.
Если положение центра тяжести модели не совпадает с чертежами, догружаем носовую часть модели до достижения расчетного значения.
Итоговый вес модели не должен превышать восемь грамм. Готовая модель представлена на Рис. 11,19 Приложения.
Траектория полета, которая получается в результате предлагаемой регулировки, получается с левым взлётом и правым парящим виражом. Модель поднимается вертикально под углом примерно 40 градусов, выходит в правую сторону и затем планирует правым кругом. Чтобы модель в верхней точке повернула, на крыле должен быть срыв потока, так как модель взлетает под постоянным углом. На большой скорости угол атаки маленький, но под воздействием силы тяжести скорость уменьшается, угол атаки увеличивается до критических значений. В верхней точке на внутреннем крыле должен произойти срыв потока. При этом модель опускает нос и поворачивает в сторону спирали. Без потери высоты.[7; С. 45-46]
Процесс регулировки четко делится на три фазы.
Первая фаза регулировки заключается в том, чтобы добиться планирования с плавным правым виражом при запуске с высоты плеча и небольшим наклоном носа модели вниз. Зависание исправляется передвижением центра тяжести вперед – добавление веса в нос модели. Пикирование и слишком быстрое планирование исправляется уменьшением загрузки в носовой части модели, то есть смещением центра тяжести назад. Поворот обеспечивается изгибанием задней кромки киля в нужном направлении. Целью является поворот кругом диаметром примерно 20-25 метров, со скоростью планирования чуть большей, чем скорость, при которой модель зависает. Необходимо учитывать, что перемещение центра тяжести назад снижает скорость планирования, однако не следует переусердствовать, чтобы не возникло зависание модели. При зависании модель снижает скорость, задирает нос, затем нос резко опускается, поскольку модель стремится достичь необходимой для полета скорости.
Второй этап регулировки преследует цель усовершенствовать планирование и проверить устойчивость модели перед риском запуска в «полную силу». Целью этого этапа является достижение планером резкого взлета на высоту 6-8 метров с последующим переходом на горизонтальное планирование и плавным спуском. Для достижения этого планер запускается со скоростью значительно превышающей скорость планирования, но все-таки не в «полную силу». Желаемый эффект достигается при запуске модели под углом в 30-40 градусов к горизонту и с наклоном примерно в 30 градусов вправо. Если запускать слишком круто, или с недостаточным углом наклона вправо, модель может зависнуть. Если запускать под малым углом, или слишком большим наклоном модель входит в крутой вираж или в спиральное пикирование и не выходит из этого состояния до соприкосновения с землей.
Если модель при сильном запуске, описанном выше, задирает нос вверх, так что для предотвращения зависания приходится увеличивать наклон модели влево, значит, модель слишком устойчива. Решение – сместить центр тяжести назад и изгиб задней кромки крыла вниз. Эти изменения стоит вносить понемногу - скажем за один раз самое большое на 0.8 мм и нужно сделать несколько пробных запусков, чтобы уточнить эффект этих изменений. Для регулирования центра тяжести удобно использовать небольшой кусочек пластилина, который существенно изменяет скорость планирования типичной модели.[7; С. 100-101]
Если «сильный» запуск вызывает у модели полет под углом запуска и нет тенденции к задиранию носа кверху, а, наоборот, модель стремиться лететь к земле носом, модель недостаточно устойчива. Для исправления заднюю кромку крыла отгибают вверх и смещают вперед центр тяжести. Правильная регулировка приводит к крутому набору высоты с легким задиранием носа при «сильном» запуске с наклоном и возможным небольшим зависанием модели при потере модели скорости перед переходом на планирование с предварительным переходом боковым скольжением внутри круга планирования. В течение всей этой фазы регулировки «сильным запуском «планирование» исправляется изменением загрузки носа и изгибом задней кромки крыла.
Крутка задней части крыла в меньшей степени затрагивает «моторную», (то есть импульсную) часть полета, чем планирование, но здесь есть некоторое взаимовлияние. Перекос задней кромки крыла служит для поворота модели в сторону более высоко поднятой его части.
После удовлетворительных «сильных» запусков, можно переходить к третьей фазе – запуску с максимальной мощностью. Запуск выполняется с приподнятым вверх носом и правым наклоном модели. Углы могут варьироваться в зависимости от конструкции модели и конкретной регулировки. В качестве ориентира я стремлюсь к запуску под углом 40 градусов к горизонту и наклону модели в момент запуска 30 градусов вправо. Иногда полезно наметить воображаемую цель в качестве ориентира. Вначале выпуска модели при запуске, необходимо убедиться, чтобы она находилась под нужным углом. Модель должна удерживаться надежно, и захват модели пальцами удобен и крепок.
Рисунок, которого необходимо достичь – это крутой взлет, таким образом, чтобы модель при снижении скорости находилась в левом крене, с носом расположенном круто кверху. Затем наступает переход к планированию, соскальзывание направо и затем наступает планирование с правым виражом.[7; С. 104-105].
Регулировка угла наклона и направления для обеспечения правильного рисунка полета, взаимосвязаны в какой-то мере. Больший угол и больший наклон вправо ведет к более круглой спирали, что ведет к большему наклону вправо при запуске. Если взлет модели, завершающийся переходом к планированию, происходит под правильным наклоном, но она зависает, надо запускать под большим углом или чуть изогнуть вверх заднюю кромку крыла и увеличить загрузку носовой части. Если переход на планирование происходит слишком быстро и модель теряет высоту или даже пытается выйти на петлю, рецепт в меньшей загрузке носа и отклонении задней кромки крыла вниз или уменьшении угла запуска. Тенденция к бочке исправляется следующим методом: руль направления или крутка крыла, после этого вновь отрегулировать планирование дополнительной загрузкой крайней части крыла или перекосом стабилизатора.
Я описала значительную часть приемов регулировки, которые можно использовать, на метательном планере; вероятно, существуют и другие способы и приемы, но их каждый моделист находит в процессе индивидуальных опытов.
Рис. 16-19 Запуск модели
С октября 2018 года я занимаюсь в творческом объединении «Конструирование технических объектов». Несмотря на то, что я новичок в авиамоделизме, я уже участвовала во многих соревнованиях и изготовила не одну модель самолётов и планеров.
Для себя я наиболее интересным считаю модель планера F1E (N).
В своей работе я описала все особенности данной модели и представила её поэтапное изготовление.
Так же я описала значительную часть приемов регулировки, которые можно использовать, на метательном планере, но вероятно, существуют и другие способы и приемы, и каждый моделист находит их в процессе индивидуальных опытов.
Поле для экспериментов в этой области огромно и только ваши амбиции достичь наилучшего результата будут вести Вас к победе. Проблем на этом пути много. Каков оптимальный вес модели? Тяжелая модель набирает большую высоту, а легкая лучше планирует. Следует ли запускать под большим углом для достижения максимальной высоты или придавать модели большую скорость? Каков должен быть угол V, удлинение крыла, площадь оперения? Помогает ли полировка модели? Нужно ли говорить, что все это проверить, возможно, только после долгой серии экспериментов.
Моя модель позволила мне добиться определённых результатов, но в дальнейшей работе я буду совершенствоваться.
Таким образом, считаю, что в ходе работы наша гипотеза была подтверждена на практическом примере, что полёт модели планера F1E(N) зависит от многих физико-математических характеристик изготовленной модели.
Приложение 1
Этапы изготовления модели планера F1E(N)
Рис. 1. Инструменты и материалы для изготовления планера F1E(N)
Рис. 2,3 Разметка материала по шаблонам
Рис. 4. Вырезание деталей
Рис. 5. Обработка наждачной бумагой
Рис. 6-11 Сборка консоли крыла
Рис. 12 Формирование профиля крыла
Рис. 13 Вид готового крыла
Рис. 14 Хвостовое оперение в сборе
Рис. 15 Готовая модель
Приложение 2
Чертёж модели планера F1E(N)
Кто самый сильный?
«Течет река Волга»
Колумбово яйцо
Пустой колос голову кверху носит
Ель