Аэродинамическая труба. Аэродинамика полёта

Слайд 1

Слайд 2

Аэродинамика — это наука о законах движения воздуха и силовом взаимодействии между телом и обтекающем его воздухом (в переводе с греческого «аэро» — воздух, «динамис» — сила). Аэродинамика — теоретическая основа авиации и ракетной техники. Чтобы проверить самолет на прочность, исследовать его устойчивость, определить летные свойства, необходимо знать аэродинамические силы и моменты, которые возникают при полете самолета. Только с появлением аэродинамики стало возможным рациональное конструирование самолетов. 2

Слайд 3

Какие у нас задачи на сегодня? Изучить литературу по теме. Рассмотреть сферу применения. Провести опыты по теме. Сделать выводы.

Слайд 4

Аэродинамика: что это такое и её истоки . Аэродинамика – это область знания, изучающая движения потоков воздуха и их воздействия на твердые тела. Является подразделом гидро- и газодинамики. Исследования в этой области восходят к глубокой древности, ко времени изобретения стрел и планирующих копий, позволявших дальше и точнее посылать снаряд в цель. Однако потенциал аэродинамики полностью был раскрыт с изобретением аппаратов тяжелее воздуха, способных летать либо планировать на значительные расстояния. 4

Слайд 5

П ервые упоминания о попытке покорения неба встречаются в греческом мифе об Икаре и Дедале. Отец с сыном соорудили крылья, похожие на птичьи. Это указывает на то, что еще тысячелетия назад люди задумывались о возможности оторваться от земли. 5

Слайд 6

Гл о бальный же прорыв в науке ( и аэронавтике в частности ) совершил Исаак Ньютон. Ведь в основе аэродинамики лежит всеобъемлющая наука механика, родоначальником которой стал английский ученый. Ньютон первым рассмотрел воздушную среду как конгломерат частиц, которые, набегая на препятствие, либо прилипают к нему, либо упруго отражаются. В 1726 году он представил публике теорию сопротивления воздуха. Впоследствии выяснилось, что среда действительно состоит из мельчайших частиц – молекул. Отражающую способность воздуха рассчитывать научились достаточно точно, а эффект «прилипания» считали несостоятельным предположением. 6

Слайд 7

Первый самолет в истории 7

Слайд 8

первый полет официально зарегистрирован в начале прошлого века. О том, кому мы обязаны возможностью авиаперелетов, до сих пор ведутся ожесточенные споры, однако факт остается фактом – официально первый полет зарегистрирован в 1903 году. Самый первый самолет в мире изобрели братья Райт . Именно Уилбур и Орвилл Райт первыми осуществили управляемый полет на летательном аппарате, благодаря чему идея о возможности осуществления пассажирских перевозок по воздуху получила дальнейшее развитие. 8

Слайд 9

Авторству братьев принадлежит идея о трех осевом вращении летательного аппарата, благодаря чему осуществлялось управление их самолетом и поддержание равновесия этой громоздкой конструкции. В то время, когда все ученые ломали головы над возможностью установки более мощных двигателей для поднятия самолета в воздух, братья сосредоточились на вопросах возможности управления летательным аппаратом. Результатом стал ряд экспериментов с аэродинамической трубой, послуживших основой для разработки крыльев и пропеллеров аэроплана . 9

Слайд 10

Первый планер с двигателем, построенный братьями, получил название « Флаер-1 ». Он был изготовлен из ели, так как этот материал отличается легкостью и надежностью. Устройство приводилось в движение бензиновым двигателем. Первый успешный полет был совершен 17.12.1903 года . Самолет поднялся на несколько метров и пролетел около 40 метров за 12 секунд . 10

Слайд 11

Альберто Сантос-Дюмон известен как изобретатель воздушных шаров, он также иногда указывается как создатель первого в мире управляемого самолета. Ему также принадлежит изобретение дирижаблей, которые управлялись с помощью двигателя. В 1906 году его самолет под названием « 14-бис » поднялся в воздух и пролетел более 60 метров . Высота, на которую изобретатель поднял свой летательный аппарат, составила порядка 2,5 метров. 11

Слайд 12

Спустя месяц, Альберто Сантос-Дюмон совершил полет длинной в 220 метров на этом же самолете, установив в результате первый рекорд по дальности перелета. 12

Слайд 13

Особенностью «14-бис» стала то, что конструкция смогла взлететь самостоятельно. Братьям Райт не удалось этого добиться, и их самолет поднялся в воздух с посторонней помощью. Именно этот нюанс стал основополагающим в спорах о том, кого же следует считать изобретателем первого самолета. После «14-бис» изобретатель всерьез занялся разработкой моноплана, в результате мир увидел «Демуазель». Альберто Сантос-Дюмон никогда не останавливался на достигнутом и не хранил свои изобретения в тайне. Конструкциями своих летательных аппаратов изобретатель охотно делился с тематическими изданиями 13

Слайд 14

Демуазель

Слайд 15

Летательный аппарат Можайского Проект своего летательного аппарата ученый представил на рассмотрение еще в 1876 году. Можайский столкнулся с непониманием чиновников Военного министерства, в результате ему не выделили средств на продолжение исследований. Несмотря на это, ученый продолжил разработки, вкладывая собственные средства, из-за чего строительство прототипа самолета Можайского затянулось на долгие годы. Самолет Можайского был построен в 1882 году. Первые испытания летательного аппарата закончились катастрофой, однако свидетели утверждают, что летательный аппарат все же поднялся на некоторое расстояние от земли прежде, чем потерпел крушение. Так как документальных подтверждений полета нет, считать Можайского первым человеком, совершившим полет на самолете, нельзя. 15

Слайд 16

Самолет можайского 16

Слайд 17

Так кто же был первым? Несмотря на многочисленные споры, о том, в каком году был изобретен летательный аппарат, первый официально зарегистрированный полет принадлежит братьям Райт, поэтому именно американцы считаются «отцами» первого самолета. Сравнивать вклад в развитие авиации братьев Райт, Сантос-Дюмона и Можайского нецелесообразно. Несмотря на то, что первый самолет Можайского был построен за 20 лет до первого управляемого полета, изобретатель использовал другой принцип строительства, поэтому сравнивать его самолет с «Флаером» братьев Райт невозможно. Сантос-Дюмон не стал первым, кто осуществил полет, однако изобретатель использовал принципиально новый подход к строительству летательного аппарата, благодаря чему его устройство самостоятельно поднялось в воздух. 17

Слайд 18

Помимо первого управляемого полета, братья Райт внесли весомый вклад в развитие авиации, первыми предложив принципиально новый подход к строительству пропеллера и крыльев летательного аппарата. Нет смысла спорить, кто из этих ученых стал первым, потому что все они внесли огромный вклад в развитие авиации. Именно их работы и исследования стали основой для изобретения прототипа современного авиалайнера. 18

Слайд 19

Область применения аэродинамики 19

Слайд 20

20 Аэродинамика является важным элементом конструкции транспортных средств, в том числе дорожных легковых и грузовых автомобилей, где основной целью является снижение коэффициента лобового сопротивления транспортного средства, и гоночных автомобилей, где помимо снижения лобового сопротивления целью является также повышение общего уровня прижимной силы. Аэродинамика также важна для прогнозирования сил и моментов, действующих на парусные суда. Он используется в конструкции механических компонентов, таких как головки жестких дисков. Инженеры- конструкторы прибегают к аэродинамике, и особенно к аэроупругости, при расчете ветровых нагрузок при проектировании больших зданий, мостов и ветряных турбин .

Слайд 21

21 Аэродинамика внутренних каналов важна в системах отопления / вентиляции, газопроводах и в автомобильных двигателях, где подробные схемы потока сильно влияют на производительность двигателя. Городская аэродинамика изучается градостроителями и дизайнерами, стремящимися улучшить благоустройство открытых пространств или создать городской микроклимат для снижения воздействия городского загрязнения. Область экологической аэродинамики описывает способы, которыми атмосферная циркуляция и механика полета влияют на экосистемы. Уравнения аэродинамики используются в численном прогнозировании погоды. Виды спорта, в которых решающее значение имеет аэродинамика, включают футбол, настольный теннис, крикет, бейсбол и гольф, в которых опытные игроки могут управлять траекторией мяча с помощью «эффекта Магнуса».

Слайд 22

22 Естественно, аэродинамика применима не только к летательным аппаратам. Сопротивление воздуха испытывают все объекты, движущиеся в пространстве в газовой и жидкой среде. Известно, что водные обитатели – рыбы и млекопитающие – обладают обтекаемыми формами. На их примере можно проследить аэродинамику в действии. Ориентируясь на животный мир, люди также делают водный транспорт заостренной либо каплевидной формы. Это касается кораблей, катеров, подводных лодок. Значительное сопротивление воздуха испытывают транспортные средства: оно возрастает по мере увеличения скорости. Для достижения лучшей аэродинамики автомобилям придают обтекаемую форму. Особенно это актуально для спорткаров.

Слайд 23

Как летает самолет?

Слайд 24

24 Но перед тем, как проводить опыт нужно понять, как летает самолёт? Крыло. Относительно недавно свой первый полет совершили братья Райд, тем самым создав первое в мире воздушное средство передвижения. Методом проб и ошибок они подобрали форму крыла – каплевидную.

Слайд 25

25 В верхней части крыла, благодаря изгибу, воздух проходит больший путь, скорость потока повышается, а давление становится ниже атмосферного. Соответственно, в нижней части путь короче, давление выше. Оно и толкает крыло вверх. Конечно, форма крыла первого самолета была далека от совершенства, да и пролетел самолет несколько десятков метров, но прошло время и сейчас авиаинженеры создают крылья с идеальным обтеканием при помощи внедрения различных ухищрений: закрылки, предкрылки, элероны, спойлеры, интерцепторы и т. д. Двигатель в самолёте братьев Райд стоял двигатель по принципу работы не сложнее вентилятора. Сила тяги самолетного винта может быть объяснена также как подъемная сила крыла, так как каждая лопасть винта подобна крылу самолета и при своем вращательном движении отбрасывает воздух вдоль оси вращения. Как и крыло, их двигатель был далек от идеала. На данный момент широко используется такое понятие как двухконтурность двигателя.

Слайд 26

двигатель самолета

Слайд 27

Сейчас реактивные двигатели гражданских самолетов имеют две секции. В одну вентилятором нагоняется воздух, там он смешивается с топливом и воспламеняется и выбрасывается наружу. А так как на высоте 10000м довольно холодно, то остатки топлива кристаллизуются, образуя инверсионный след, который представляет собой сухой лед или по-другому - твердую форму углекислого газа. А через другую прогоняется обычный воздух под давлением. Но мы не можем обойти стороной ещё одну не малоизвестную тему для обсуждения в авиации – сверхзвук. V зв в воздухе равна 1200км/ч. В авиации скорость звука измеряется в махах. 1 мах = 1 скорость звука, 2 маха = 2 скорости звука. 27

Слайд 28

В гражданской авиации было 3 сверхзвуковых самолёта: Ту-144, Concorde и Boeing-2707. На каждом из этих самолётов можно было перелететь Атлантику за 3,5 часа, а сейчас за 8,5 часов. Но почему же мы тогда сейчас так долго летаем. Дело в том, что при скоростях движения 1 мах и выше возникает ударная волна, ведь значительная часть энергии тратится на сжатие воздуха перед носом самолёта, который как бы не успевает расступиться (Т.к. V молекул воздуха близка к скорости звука, то они уже не могут превосходить скорость самолёта). От ударной волны могли выпасть окна в наземных постройках несмотря на то, что летали самолёты на высоте 11000м. 28

Слайд 29

Но не все так печально, сейчас ведется разработка больших авиалайнеров, способных летать на сверхзвуке. Для примера, AerionSupersonic – самолёт на 70 человек, летает на 3 махах, и практически нейтрализована ударная волна, недавно первый прототип был испытан в аэродинамической трубе во Франции. 29

Слайд 30

Экспериментальная часть. 30

Слайд 31

Мы создали прототип аэродинамической трубы. Для её создания использовали: ПЭТ-лист; прототип самолета; фен; картон . Также для самого эксперимента нам понадобиться мука или что-то похожее на нее (крахмал, разрыхлитель, манка и т.д.) 31

Слайд 32

1.Из ПЭТ-листа и картона мы создали каркас аэродинамической трубы. 2.Вовнутрь аэродинамической трубы мы поместили прототип самолета, Модель аэродинамической трубы Настоящая аэродинамическая труба

Слайд 33

Заключение

Слайд 34

34 Широкий спектр возможных применений аэродинамики делает ее крайне перспективной для авиакосмической отрасли, научных и различных технологических задач. Из приведенных выше определений становится очевидным, что это крайне многообещающая технология, которая в будущем будет использоваться во многих отраслях жизни, облегчая всем нам жизнь. В ходе работы мы исследовали аэродинамику самолета, создали прототип аэродинамической трубы. Цель работы достигнута. Задачи, которые мы перед собой поставили, выполнили: 1. Изучили литературу по теме. 2. Рассмотрели сферу применения. 3. Провели опыты по теме. 4. Сделали выводы.

Слайд 35

Заголовок презентации 35 Список литературы 1. Краткая история развития аэродинамики – [Электронный ресурс]: https://poznayka.org/s77654t1.html. 2. Пять главных открытий «Отца русской авиации» Жуковского – [Электронный ресурс]: https://rg.ru/2014/03/16/zukovskiy-site.html. 3. Основы и особенности аэродинамики – [Электронный ресурс]: https://fb.ru/article/338151/aerodinamika---eto-osnovyi-i-osobennosti-aerodinamiki. 4. Первый самолет в истории – [Электронный ресурс]: https://aviationtoday.ru/poleznoe/pervyj-samolet-v-istorii.html. 5.Аэродинамика – [Электронный ресурс]: https://gaz.wiki/wiki/ru/Aerodynamics.

Слайд 36

Спасибо за внимание Заголовок презентации 36