Проект на тему "Подъемная сила крыла самолета"

                                    Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №32

имени 177 истребительного авиационного московского полка»

Г. о. Подольск

Открытая региональная учебно-практическая Конференция учащихся

 «Первые шаги в науку»

Секция: Исследовательские работы

Тема работы «Подъёмная сила крыла самолёта»

автор: Юнусов Илья Тимурович

ученик 4 Д класса

руководитель:

Чупрова Елена Викторовна,

учитель начальных классов

г.о.Подольск

2022

                                                                Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3

I. Основная часть

1.1. Краткая история авиации   …………………..……………………………..5

1.2. Строение самолёта и возникновение подъёмной силы   …………………9

II. Практическая часть

2.1. Опыт  «Подъёмная сила крыла»………………………………………… ..12

Заключение………………………………………………………………………15

Библиографический список ……………………………………………………16

Введение

Я очень люблю играть с конструктором LEGO и однажды собрал модель самолёта времен Первой Мировой Войны – биплан. А потом спросил папу, почему впоследствии конструкторы авиатехники стали проектировать самолёты не с двумя, а с одной плоскостью крыла. И тогда папа мне объяснил, что сила, которая поднимает самолёт в высоту, зависит от площади и формы крыла, а также от мощности двигателя. Другими словами – с появлением более мощных двигателей и совершенствованием конструкции крыла вторая плоскость крыльев стала не нужна. Мне стало интересно, и я решил во всем разобраться поподробнее.

 Цель исследования: выяснить, как возникает подъёмная сила крыла.

Задачи:

- собрать и изучить информацию о истории авиации и первых самолётах;

- выяснить, как возникает и отчего зависит подъёмная сила крыла;

- провести опыт, объясняющий возникновение подъёмной силы крыла.

Объект исследования: модель крыла, вентилятор.

Предмет исследования: изучение воздействия воздушного потока на плоскость крыла. 

Методы исследования: изучение литературы и обобщение полученной информации; беседы со взрослыми; эксперименты; оценка результатов проведенных опытов.

Практическая значимость:

результаты исследования могут быть использованы на уроках окружающего мира, физики (в старших классах), при моделировании.

Гипотезы исследования.

Предположим, что:

- на крыло воздействует сила, которая поднимает его в воздух.

План исследования:

1.       Изучить литературу по данной теме.

2.       Провести опыт с моделью крыла.

     I. Основная часть

1.1. Краткая история авиации.

Авиация (от латинского avis – «птица») появилась в начале ХХ века. О полёте человек мечтал с древнейших времен. Сначала образцом для подражания были птицы – всем известен древнегреческий миф про Дедала и Икара. А в древнерусской былине «Алёша Попович и Еким Иванович» есть такой эпизод:

                    Покатился змей Тугарин

                   Из полаты белокаменной,

                   Надел крылья бумажные

                   И полетел на поле Куликово …

«Крылья будут! Если их сделаю не я, вместо меня это сделает кто-нибудь другой» Это слова величайшего изобретателя Эпохи Возрождения Леонардо да Винчи. Оторвать человека от земли и поднять его в небо – это было одной из многих целей знаменитого итальянца.

Мало кто знает, что примерно в это же время в России в Александровской Слободе (сейчас это город Александров) построив деревянные крылья, прыгнул с колокольни наш российский «Икар» - холоп Никитка. К сожалению, если верить легенде, царь Иван Грозный приказал казнить изобретателя крыльев, сказав, что человек не птица и крылья ему не нужны.

С конца XVIII века, человек начинает осваивать воздухоплавание – начиная с братьев Монгольфье, построивших первый воздушный шар.

Позднее воздушные шары превратились в дирижабли и аэростаты, которые совершали полеты даже через Атлантический океан.

Но воздушные шары и дирижабли зависели от ветра, а человеку хотелось самому выбирать направление передвижения и потому многие конструкторы не оставляли попыток создать управляемый летательный аппарат с крыльями.

В конце XIX века российский морской офицер Александр Фёдорович Можайский приступает к созданию самолёта с паровым двигателем. Сначала он построил небольшую модель которая летала по комнате и даже перевозила небольшой груз – офицерский кортик. После этого Можайский получил патент на изобретение.

Летом 1882 года под Санкт-Петербургом началась постройка полноразмерного самолёта. Не сохранилось документов, подробно зафиксировавших испытания самолёта Можайского. Но, по одной из версий, при испытаниях аппарат на короткое время оторвался от земли и совершил первый, очень короткий полёт, после чего упал и получил повреждения.

Можайский пытался отремонтировать самолёт и модернизировать двигатель, повысив его мощность, однако из-за отсутствия средств не успел этого сделать.

         В 1900 году американские авиаконструкторы и лётчики братья Уилберт и Орвилл Райт испытали конструкцию будущего биплана, подняв его в воздух в виде пилотируемого воздушного змея, а 17 декабря 1903 года благодаря им в воздух поднялся первый самолёт с двигателем внутренного сгорания. Он пролетел 260 метров за 59 секунд. А ещё через два года усовершенствованный аппарат мог продержаться в воздухе больше часа и пролететь десятки километров.

С этого самолёта началось бурное развитие мировой авиации – всего за 5 лет был проделан огромный путь: улучшалась конструкция самолётов, росло понимание основ аэродинамики, совершенствовалось искусство пилотирования. К 1910 году самолёты обрели все главные компоненты – фюзеляж, крыло, оперение, шасси и силовую установку (двигатель с воздушным винтом). В 1903 году самолёт братьев Райт имел двигатель мощностью 16 лошадиных сил, а всего через пять лет появились 50-и и даже 70-сильные моторы.

         В 1913 году появился первый многомоторный самолёт – «Русский витязь» конструкции Игоря Сикорского. У этой машины с четырьмя моторами была полностью закрытая, остеклённая кабина для пассажиров и двух пилотов.

После Первой Мировой войны с увеличением мощности двигателей конструкторы стали отходить от модели самолёта с двумя несущими плоскостями крыльев – биплана и в 1919 году в воздух поднимается моноплан F13 немецкого конструктора Гуго Юнкерса. К тому же он был целиком построен из металла, в отличии от всех предыдущих моделей, которые были из дерева, фанеры и ткани.

1.2. Строение самолёта и возникновение подъёмной силы.

         Рассмотрим строение самолёта на примере одноместного аппарата.

         Основа конструкции – фюзеляж, или корпус, который соединяет все части машины. В его тесных отсеках помещается все оборудование - радиостанция, аккумуляторы, пилотажно-навигационные приборы, часто – баки для горючего и смазки.

В полёте подъёмную силу, поддерживающую машину в воздухе создаёт крыло. Собирают крыло из лонжеронов (основных продольных несущих балок), нервюр (поперечных элементов), стрингеров (продольных элементов) и обшивки. К нижней части фюзеляжа крепится центроплан (средняя часть крыла), а уже к центроплану – правая и левая несущие плоскости.

На задней кромке крыла находятся элероны – небольшие подвижные плоскости, с помощью которых пилот регулирует крен (наклон) самолёта. Если ручку самолёта наклонить влево, элерон левого крыла поднимется, а правого – опустится и самолёт накренится влево. Если ручку перевести вправо, то наоборот правый элерон поднимется, а левый опустится и самолёт накренится вправо.

Воздушный винт, или пропеллер (от латинского propello – «гоню», «толкаю вперёд») вращается двигателем самолёта. Винт захватывает воздух, подобно тому, как винт корабля загребает воду, и отбрасывает этот воздух назад, создавая тягу, толкающую машину вперёд. На крыле при движении возникает подъёмная сила. Скорость вращения винта – число оборотов двигателя регулирует пилот в зависимости от режима полёта.

В хвостовой части находится оперение -  в него входят киль, руль поворота и руль высоты.

И, наконец, самолёт не может обойтись без шасси. Это его «ноги». На них самолёт разбегается при взлёте, на них он катится после приземления.

Но давайте вернемся к крылу и возникающей на нём подъёмной силе.

Итак, пропеллер создает тягу и тянет самолёт вперёд. Набегающий на крыло самолёта поток воздуха разделяется на две части и обтекает крыло сверху и снизу. Крылу при строительстве специально придают такую форму, чтобы его верхняя поверхность была выпуклой, таким образом потоку воздуха, обтекающему крыло сверху, нужно пройти больший путь и поэтому он двигается быстрее, чем поток воздуха, который обтекает крыло снизу.

         Из-за этой разницы скоростей воздушных потоков под крылом самолёта возникает давление, которое воздействует на нижнюю часть крыла, «давит» на него и толкает снизу-вверх, а вместе с крылом и весь самолёт. Это и есть подъёмная сила крыла

II.Практическая часть

 2.1. Опыт №1 «Возникновение подъёмной силы»

Для проведения опыта по демонстрации возникновения подъёмной силы на крыле самолёта мы с папой построили установку, состоящую из двух частей – собственно модель самого крыла и основание, на котором модель крыла будет установлена.

Модель крыла я сделал из листа бумаги, склеил его липкой лентой и закрепил его на пластиковой трубочке. Эта трубочка будет подниматься по проволоке, закрепленной на основании из дощечки. С помощью маленьких проволочек, закрепленных на краях листа бумаги, создадим выпуклость у верхней поверхности нашего «крыла».

Установим нашу демонстрационную установку напротив вентилятора.

Включим вентилятор и направим струю воздуха на наше «крыло». Можно убедится, что с увеличением скорости вентилятора крыло начинает подниматься вверх по проволоке. Это и есть действие подъёмной силы.

Мои наблюдения: я заметил, что модель крыла начинает подниматься вверх только на самой высокой скорости вращения вентилятора. Но, когда крыло уже поднялось, скорость вентилятора можно немного уменьшить, и крыло не будет спускаться вниз. Это говорит о том, что при взлёте самолёту нужна большая скорость вращения пропеллера, а вот для поддержания полёта на заданной высоте мощность двигателя можно немного понизить.

Вывод: в результате проведенного опыта я выяснил, что самолёт поднимает вверх подъёмная сила, возникающая на крыле, которая зависит от скорости набегающего на крыло потока воздуха (то есть от мощности двигателя и скорости вращения пропеллера) а также от формы крыла (верхняя поверхность несущей плоскости должна быть выпуклой) и площади крыла.

Заключение

Таким образом стало понятно, что при увеличении мощности мотора – а значит и скорости самолёта, необходимость во второй плоскости крыльев пропала. И конструкторы, устанавливая более мощные двигатели на проектируемые самолёты, смогли отказаться от бипланов и теперь все самолёты строятся по схеме моноплана.

Цель данной работы была достигнута. Гипотеза, поставленная мной, подтвердилась. Опытным путём я выяснил причину, позволяющую самолёту подниматься в небо – это подъёмная сила, действующая на крыло.

Ещё я выяснил, что для взлёта и отрыва от земли, двигатель самолёта должен работать в более мощном режиме, чем для полёта на заданной высоте.

Библиографический список

1.Энциклопедия для детей. Т.14 Техника. Издательство «Аванта+», 2000 г.

2. Сайт http://avia-simply.ru/podjemnaja-sila/

3. Сайт https://prosamolet.com/raznoe/samolet-bratev-rayt.html

4. Первая Мировая война. Борьба миров. В.Б.Миронов. ОЛМА Медиа Групп. 2014 г.

Скачано с www.znanio.ru