XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
МОДЕЛЬ САМОЛЕТА НА РЕЗИНОМОТОРНОМ ДВИГАТЕЛЕ
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДEНИЕ
ЦЕЛИ:
Изучить и отработать основной принцип работы винта на примере модели
самолета с резиномотором.
ЗАДАЧИ:
ЗАДАЧА 1-сконструировать модель планера
ЗАДАЧА 2- испытать
ЗАДАЧА 3-записать полученные данные в таблицу.
АКТУАЛЬНОСТЬ:
При изучении физики и аэродинамики на практике, переходной ступенью от
планера к полноценной модели самолёта, на двигателе внутреннего сгорания
или электродвигателе, является модель самолета на РЕЗИНОМОТОРЕ.
Резиномотор вводит в концепцию планера новые величины и составляющие,
которые как в настоящем самолете будут тянуть за собой всю конструкцию.
Так же с помощью резиномотора можно отработать основной принцип
работы винта и его качества. И рассчитать формулы по которым он будет работать.
3
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЯ «РЕЗИНОМОТОР»
Резиномотор — простейший двигатель для движущихся моделей. Представляет собой скрученный эластичный жгут из одной или нескольких резиновых нитей, один конец жгута закрепляется неподвижно на модели, другой крепится к движителю (пропеллеру, колесу).Принцип действия основан на свойстве резиновой нити запасать потенциальную энергию при скручивании и отдавать её в виде кинетической энергии, вращающей движитель.
ТЕОРИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Воздушный поток – это направленное движение воздуха которое позволяет летать самолётам, и является причиной полёта планера. Он характеризуется: скоростью, направлением, давлением, плотностью, температурой. За любым телом образуется зона вихреобразования. Итак, чем тоньше тело, тем вихревая зона слабая, а при каплевидной формы тела – вихревая зона почти полностью отсутствует.
В аэродинамике есть еще одна важная величина – угол атаки. Угол поворота крыла относительно скорости набегающего потока называется углом атаки и обозначается а. Чем больше этот угол, тем интенсивнее и с большей поверхности срыв потока, что в итоге сказывается на полете планера, он может срываться в штопор. Поэтому крыло должно быть легким и достаточно прочным, и иметь каплевидную форму (в виде капли).Лётные массы G, несущей поверхности крыла S, его удлинения X и удельной нагрузки на площадь крыла
Р. P = G/S У меня получилось Р=250/130=1,923Н (на основное)
Р=250/80=3,125Н (на киль)
4
Помимо этих величин будут ещё и другие связанные с принципом работы резиномоторного двигателя.
Воздушный винт модели может быть одно- или двухлопастным. На схематических моделях самолетов чаще всего ставят двухлопастный. Диаметр винта является основной его характеристикой. Зная диаметр и то, что у схематических моделей самолетов относительная ширина винта b отн (рис. 119) берется равной 13—15% от диаметра, можно найти ширину b лопасти:
b=bотн.*.D/100 у мeня:b=1*8/100=0,08
Другая важнейшая характеристика винта — его шаг Н. Шаг винта — это расстояние, которое преодолевает ось винта за один полный оборот при неподвижном воздухе. У сухопутных моделей шаг винта достигает 1,5 диаметра. Для удобства расчетов винт характеризуется относительным шагом. Под этим термином подразумевается величина h:
h=H/D
У схематических моделей самолетов относительный шаг винта берется в пределах 1,1 —1,4. Значит, взяв эту величину, мы сможем найти шаг винта Н по формуле:
H=h*(±10)*D
Я взял Относительный шаг винта равный 1,3, след h=H/D=1,3/8=0,16*(± 10) , что и входит в рамки шага винта у сухопутных моделей. Изготовленный по таким расчетам винт для резиномоторной модели должен быть легким и тонким, сохранять неизменными углы установки и кривизну профиля.
Резиномотор- работает за счет внутренней энергии растянутых резиновых нитей. Увеличивать свою длину они могут довольно сильно: в 6—7 и более раз, причем различима сорта растягиваются по-разному. Существует несколько формул, которыми могут пользоваться моделисты при расчете резиномотора. По одной из них можно определить относительное удлинение λ (лямбда) — отношение приращения длины к первоначальной. В виде формулы это записывается так:
λ= Δ1/1 у меня: λ=5/20=0,25
5
где 1 — длина резины в свободном состоянии, а Δ1 — приращение длины.
Растягивая резиновую нить, мы затрачиваем определенную энергию, однако обратно получаем лишь 65— 67%. Потеря вызысается затратами на внутреннее трение в самой резине. Следовательно, коэффициент полезного действия (КПД) резиномотора не может быть больше 0,65—0,67.
Чтобы накопить в резиномоторе побольше энергии, нужно, сохранив массу резины, увеличить его закрутку. Причем она будет тем меньше, чем толще резиномотор. Это противоречие решается составлением резиномотора из нескольких отдельных нитей. Так как при раскрутке резиномотора потеря мощности вызывается как внутренним трением, так и трением между отдельными нитями, практическое число оборотов всегда меньше, чем то, которое должно бы получиться по расчетам. Предла1аем приближенную формулу для расчета числа оборотов:
N=KE√(1+ λ)ᶟ/S у меня:N=1*20√(1+3)ᶟ/4=40 оборотов
здесь: N — максимальный завод резиномотора в оборотах,Е — первоначальная длина резиномотора в сантиметрах,λ — максимальное относительное удлинение по данным
характеристики резины или полученное опытным путем,S — суммарное сечение нитей резиномотора в см2, К — некоторый опытный коэффициент.
Следует сказать, что точность расчета по этой формуле увеличится, если резиномотор перед заводом предварительно вытянуть. Опыты показали, что с увеличением предварительной вытяжки количество оборотов увеличивается, что учитывается введением опытного коэффициента К в формулу 2. Такое влияние на завод объясняется, по-видимому, тем, что распределение трения между волокнами, и в особенности между нитями резиномотора, изменяется.
6
ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ
Чтобы уменьшить трение между полосками, резиномотор обычно смазывают касторкой или глицерином (это повышает и его долговечность). Если принять полезную энергию резиномотора за 100%, то при закручивании без предварительной вытяжки мы потеряем 30—35% на трение, а смазав его и применив предварительную вытяжку от 1 до 3 раз, можно свести потери к 5%.30—35% на трение, а смазав его и применив предварительную вытяжку от 1 до 3 раз, можно свести потери к 5%.
После изучения теории проектирования и начертив чертёж можно приступать к постройке
модели.
7
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
ПОРЯДОК СБОРКИ ПЛАНЕРА
1)Выполнить чертёж планера
2)Сделать выкройку деталей планера в реальную величину
3)Подбор материала
4)Изготовление резиномотора
5)Склеивание резиномотора и балки - фюзеляжа
6)Подготовка материалов
7)Сборка-склеивание крыла, стабилизатора и киля
8)Склеивание всех частей с фюзеляжем
9)Покрытие лаком отдельных частей
10)Планер изготовлен
КРАТКИЕ ЛТХ
(лётно технические характеристики)
|
Размах крыла (см) |
32 |
|
Площадь крыла(см2) |
130 |
|
Площадь киля(см2) |
80 |
|
Площадь стабилизатора(см2) |
40 |
|
Максимальная скорость(М/сек) |
5 |
|
Дальность полета(М) |
12 |
|
Масса (грамм) |
220 |
8
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЗАДАЧА 1- выполнена. Планер сконструирован.
ЗАДАЧА 2-выполнена. Планер испытан.
ЗАДАЧА 3-выполнена.Данные записаны.
В результате работы была создана функционирующая модель планера массой 250 грамм которую удалось запустить на высоту 2х с половиной метров, на расстояние 12 метров, при скорости 5 м/c.
9
ПРИЛОЖЕНИЕ
Рис.1 чертёж планера Рис.2 чертёж оперения
10
Рис.3 подготовка материалов
Рис.4 склейка хвоста
Рис.5 сборка крыла
11
Рис.6 готовая планерная база
Рис.7 резиномотор
12
Рис.8 монтаж резиномотора
Рис.9 результат
13
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1)Сайт MasterAero.RU раздел «чертежи авиамоделей, резиномоторные планера»
https://masteraero.ru/rezino_model_samolet-46_bk.php
2)А.Ф.Бочкарёв «Расчёт летных характеристик ,продольной устойчивости и управляемости самолёта»
https://knastu.ru/media/files/page_files/page_421/posobiya_2014/_Chepurnykh_Dinamika_poletov_samoletov.pdf
3)Журнал «юный техник» Самара 1978 года выпуск 12
http://zhurnalko.net/=sam/junyj-tehnik/1978-12#
4)Журнал «Моделист» 2002 год выпуск 5
5)Ладышев Б.К «Расчет и конструирование планера»»
https://himfaq.ru/images/stories/doc/%20%20%20%201939%20_www.mplast.by.pdf
6)«Энциклопедия юного техника» 1972 год глава 1 «авиамоделизм»
http://www.freshdesigner.ru/bookstehnik-002.htm .