XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Математика в профессии пилота. Самолетостроение
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Цель проекта: Выявить значение роли математики в профессии пилот и самолетостроении.
Задачи проекта:
1. Раскрыть понятие математики.
2. Выяснить где применяется математика в профессии пилота.
3. Изучить историю создания первого самолета.
4. Рассмотреть основные требования для чертежей самолетостроения.
5. Построить собственную модель самолета по своим чертежам.
Л юбовь к школьному предмету математика и интерес, и любовь к самолетам послужили толчком к созданию данного проекта. А 3D ручка как современное инновационное изобретение и набор пластика позволили создать модель самолетика по своим собственным чертежам.
Еще в глубокой древности люди были уверенны, что числа – это тайный код, с помощью которого можно понять устройство нашего мира. Тысячи лет прошло с тех пор, а ученые не только разделяют мнение предков, но и не перестают доказывать, что математика – царица наук.
Математика это наука оструктурах, порядке и отношениях, которая исторически сложилась на основе операций подсчета, измерения и описания форм реальных объектов. Математические объекты создаются путем идеализации свойств реальных или других математических объектов и записи этих объектов на формальном языке. Математика не относится к естественным наукам, но широко используется в них как для точной формулировки их содержания, так и для получения новых результатов. Математика это фундаментальная наука, представляющая (общие) языковые средства другим наукам; тем самым она выявляет их структурную взаимосвязь и способствует нахождению самых общих законов природы.
В тридевятом царстве, в тридевятом государстве жил-был царь по имени Естествознание. А его женой-царицей была Математика, у них была дочь - царевна Литература. Жили они, не тужили, в полной гармонии, и у них было много прислуги – вспомогательных наук. Но однажды Математика – царица, обидевшись на мужа Естествознание, покинула свое царство. Что тут случилось?! Царевна-Литература не может пронумеровать страницы, Естествознание не может сосчитать ни планеты, ни звезды, ни дни недели, ни месяцы в году. История не может определиться с точными датами, а география вычислить длину рек и расстояния между городами. Наступил такой хаос, что ни в сказке сказать, ни пером описать. Пришлось Царю идти на поклон к царице Математике. Ведь только с ней наступает порядок и гармония.
Это конечно сказочная история, но сказка – ложь, да в ней намек….
М атематика - загадочная наука! Если бы не было математики, то мир был бы неинтересен. Не было бы научных открытий. Люди не могли бы исследовать моря и океаны, землю и воздушное пространство, космос.
Математика в профессии пилота
Летчик или пилот – специалист, обладающий знаниями и умением управлять различными авиационными транспортными средствами, такими как самолет или вертолет. В обязанности пилота входит контроль за самолетом во время всего пути. Получив указания и маршрут от авиадиспетчера, пилот обязан прикладывать все усилия, чтобы самолет оказался в заданное время точно в том месте, которое указано в расчетной траектории. Чтобы следовать заданному маршруту и не допустить столкновения в воздухе, пилот обязан постоянно в течение всего полета сравнивать показания приборов с расчетными данными, а приборов - большое множество.
Математика применяется в работе летчика постоянно, ведь необходимо всегда точно знать и уметь рассчитывать время полета, скорость воздушного судна, расстояние, расход топлива. Кроме того нужно уметь рассчитывать вес груза и его размещение на самолёте, иначе самолёт просто не сможет оторваться от земли. В общем, чего не коснись на самолёте, всё так или иначе связано с цифрами и вычислением.
Пилоту приходится порой очень быстро производить различные вычисления, от которых зависит безопасность. Сопоставлять дистанции и высоты, держать в памяти показания приборов, все это требует математического склада ума. Летчик, имеющий навык быстрых расчетов в уме может уберечь судно и спасти жизнь пассажирам в случае возникновения аварийной ситуации.
Люди всегда грезили тем, чтобы подняться в воздух. Они неоднократно пытались повторить полеты, прикрепляя к спине перьевые крылья, но эти мероприятия не увенчались успехом.
История создания первого самолета
Официально считается, что первый в мире самолет Flyer I был построен братьями Райт и совершил свой знаменитый полет 17 декабря 1903 года. С этим согласны не все. А советская пресса утверждала, что самолет изобрел Александр Можайский. Кто же в конце концов прав?
Вообще, с 1880 по 1910 год в мире было построено порядка 200 различных самолетов, которые так и не смогли взлететь. Каждый изобретатель вносил что-то свое, что-то новое, что использовали его последователи — это была великая эпоха поиска правильного решения. Адер, Вуазен, Корню, Можайский, Уэнем, Филлипс — эти имена навсегда записаны в истории воздухоплавания.
Первый летательный аппарат, оснащенный двигателем, поднялся в воздух именно 17 декабря 1903 года, и это был моторизированный планер Орвилла и Уилбура Райтов.
Но не все считают полет Райтов полноценным. Планер Flyer не имел шасси и взлетал со специальных полозьев, либо при помощи катапульты, и, кроме того, был стабилен исключительно при встречном ветре, а из-за отсутствия механизации крыла мог передвигаться только по прямой, без поворотов.
Джордж Кейли, первым построил и запустил полноразмерный планер. Уильям Хенсон, первым запатентовал летающую машину с двигателем. Джон Стрингфеллоу, первым запустил оснащенную силовым агрегатом модель. Феликс дю Тампль де ля Круа, первым построил полноразмерный самолет. Братья Райт, первыми преодолели по воздуху определенную дистанцию на моторизированном аэроплане. Альберто Сантос-Дюмон, первым взлетевший и приземлившийся без помощи дополнительных средств.
Все они внесли свой вклад в авиастроение, и термин «изобретатель первого самолета» попросту некорректен — ни по отношению к Райтам, ни по отношению к Сантос-Дюмону, ни тем более к Можайскому. Всех их можно назвать «изобретателями самолета», и подобных им на самом деле было как минимум полсотни. И каждый оставил в истории свой неизгладимый след.
Самолетостроение
На эффективность выполнения проектирования, производства и эксплуатации самолета оказывает влияние конструктивно-технологическое членение его, под которым понимают разделение планера на законченные в конструктивном и технологическом отношении части.
Расчленение планера самолета на отдельные элементы позволяет:
при проектировании – сокращать сроки проектирования за счет разделения труда и выполнения конструкторских работ в специализированных бригадах;
Пример конструктивно-технологического членения пассажирского самолета представлен на рис. 1.
Рис.1.Конструктивно-технологическоечленениесамолета:
1 – носовой обтекатель; 2 – носовой отсек фюзеляжа; 3 – консоль крыла;4–отсеки фюзеляжа;5–хвостовой отсекфюзеляжа;6– киль;
7–стабилизатор;8–закрылки;9–элерон;10–предкрылки;11–мотогондола
Важным фактором, влияющим на качество самолета, является точность изготовления деталей и сборочных единиц.
Однимизосновныхпоказателейкачествасамолетаявляетсяточностьразмеровиформагрегатовпланерасамолета.
Точность размеров – степень соответствия действительного значенияпроектному(заданному) значению размера.
При проектировании самолета в конструкторской документации итехнических требованиях задаются допуски на отклонения действительныхконтуровагрегатовоттеоретических контуров.
Поверхности агрегатов планера самолета делятся на аэродинамическиезоны:
-
зона – носовые части крыла и его агрегатов, оперения и его агрегатов,фюзеляжа, мотогондолыидр.;
-
зона–средниечастикрыла,оперения,фюзеляжаидр.;
-
зона–хвостовыечастикрыла,оперения,фюзеляжаидр.
Деление контура крыла на аэродинамические зоны представлено нарис.1
Рис.1. Делениеконтуракрыланааэродинамическиезоны
В зависимости от типа и скорости самолета для определенной аэродинамической зоны каждого агрегата устанавливаются значения отклоненийдействительногоконтураоттеоретическогоконтура(табл.1).
Таблица1
Отклонениятеоретическогоконтураагрегатов,мм
|
Скоростьсамолета,М |
Крыло |
Фюзеляж |
|||
|
Iзона |
IIзона |
IIIзона |
Iзона |
IIзона |
|
|
До0,75 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
2,0 |
3,0 |
|
0,75…1,0 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
1,5 |
2,0 |
|
1,0…1,75 |
0,8 |
1,2 |
1,5 |
1,0 |
1,5 |
|
1,75…3,0 |
0,5 |
1,0 |
1,2 |
0,8 |
1,2 |
Регламентируются также допускаемые значения других геометрических параметров: зазоров, ступенек, отклонения формы и шероховатостьповерхности,угловустановкиит.п.
Изготовление деталей, узлов и агрегатов, а также всей конструкции вцеломсзаданнойстепеньюточности позволяет обеспечивать:
-
качественноевыполнениесамолетомсвоихфункций;
-
быструюикачественнуюсборкусамолета;
-
широкуюспециализациюикооперацию;
-
взаимозаменяемостьузловиагрегатовприремонтеиэксплуатациисамолета.
Меройточностиизготовленияявляетсяпроизводственнаяпогрешность.
Погрешность–разностьмеждупроектным(номинальным)значениемидействительнымзначениемразмера
А=Ад–Ап.
ЗадачапроизводствасостоитвобеспеченииминимальногозначенияпогрешностиА.
Вобщеммашиностроенииточностьгеометрическихпараметровдеталейисборочныхединицрегламентируетсясистемойдопусковипосадок.
Допуск размера – разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами (разность между верхними и нижними отклонениями).
Посадка – характер соединения деталей, определяемый значениями получающихся в нем зазоров или натягов. Посадка характеризует свободу относительного перемещения соединяемых деталей или степень сопротивления их взаимному смещению.
Построение собственного самолета
Свою собственную модель самолета я сделал с помощью 3-D ручки, набора пластика и собственных чертежей.
Математика являлась моей самой главной помощницей при построении чертежей для будущих моделей. Ведь чтобы сделать точную копию уже существующих самолетов, необходимо их истинные размеры уменьшить в тысячу раз, произведя верные расчеты.
Вот такой у меня получился пассажирский самолет
Мои работы:
Выводы:
Без математики не движется прогресс, без неё мы не смогли бы сделать даже маленькое дело. Математика — наука, как прошлого, так и будущего. Не каждый может и должен стать математиком, но математика в жизни нужна будет каждому.
Список использованных источников
https://www.techinsider.ru/science/819043-chto-takoe-matematika/
https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/750
https://informat.name/articale/math_01.html