Почему самолет летит

VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Почему самолет летит

Каменев А.А. 1
1МАОУ СОШ № 38
Коновалова В.М. 1
1МАОУ СОШ № 38 г. Калининграда
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Я боюсь летать на самолётах, потому что они постоянно падают, поэтому я решил выяснить, что помогает самолёту держаться в воздухе. Так родилась идея моей работы «Почему самолёт летит».

Гипотезы:

1) самолёт какая-то сила держит в воздухе,

2) устройство самолёта позволяет ему лететь,

3) самолёт падает, когда теряет равновесие.

Цель работы: выяснение причин полёта и падения самолётов.

Для достижения цели я поставил задачи:

1) узнать историю появления и развития самолётов;

2) выяснить, какая сила держит самолёт в воздухе;

3) опытным путём выяснить, как полёт зависит от строения самолёта;

4) описать условия безопасного полёта.

Методы исследования: изучение литературы, моделирование, проведение экспериментов по полёту моделей, сборка модели лайнера.

Основная часть

1. История появления и развития самолётов

Самолёт – это аппарат, самостоятельно летающий в воздухе.

Человек с древних времён мечтал летать, как птица. Смельчаки делал крылья, прыгали с высоких гор и разбивались.

В XV веке художник Леонардо да Винчи утверждал, что человек может преодолеть сопротивление воздуха, имея огромные крылья. Необходимо только научиться управлять ими, как это делает стрекоза. Он пытался создать свой махолёт.

В XIX веке русский офицер Александр Федорович Можайский создал планер. Винты работали по принципу часовой пружины и создавали тягу, которая позволяла оторваться от земли. Полёты получались короткими по времени. Тогда Можайский установил в аппарат паровую машину, которая приводила винты в движение. Идея паровой машины используется и сейчас в механизме современных самолетов.

В начале XX века братья Райт создали аппарат, в котором была решена проблема неустойчивости самолёта. Они придумали, как удержать равновесие самолёта при встречном ветре. Специальный механизм боролся с креном крыльев.

Второе достижение братьев Райн – установка двигателя на планер. За основу использовали автомобильный двигатель. Получился двигатель в 12 лошадиных сил, который был связан с двумя винтами на самолёте при помощи шестеренок и металлических цепей. Первый самолет весил 350 кг и запускался при помощи катапульты. Но полеты и посадки были успешными.

Мечты человека о полётах стали возможными, когда конструкторы создали неподвижное крыло и силовой двигатель. Силовая тяга позволила машине, подняться в воздух.

Так родилась авиация (от латинского «авис» - птица).

Потом появилась наука аэродинамика, которая изучает движение воздуха и тел в нем. В развитии этой науки выдающуюся роль сыграл профессор Николай Егорович Жуковский. Его так и называют «отец русской авиации». Заслуга Жуковского состоит в том, что он первый объяснил образование подъёмной силы крыла. Самолёт, который тяжелее воздуха, может летать благодаря крыльям и подъёмной силе крыла.

2. Какая сила держит самолёт в воздухе

К рыло имеет изогнутую форму, которая помогает воздуху неодинаково распределяться вокруг него. Во время движения воздух проходит над и под крыльями самолёта. Огибая крыло с двух сторон, воздух разделяется – над верхней поверхностью крыла воздух проходит быстрее, чем под нижней частью. Давление воздуха сверху становится меньше, чем у воздуха внизу крыла, и благодаря этому крыло стремится вверх.

В этом заключается аэродинамический принцип: отбрасывание части воздуха вниз за счёт формы крыла. Неравное давление воздуха вокруг крыла порождает силу, которая называется подъёмной силой. Она превышает вес самолёта. Благодаря этой силе самолёт может держаться в воздухе.

На схеме жёлтым цветом показаны детали самолёта, имеющие аэродинамическую поверхность.

Н екоторые самолёты и все вертолёты имеют винты. Воздушный винт вначале устанавливали на дирижаблях. Братья Райн придумали использовать винт для толкания самолёта в воздухе.

Лопасти воздушного винта действуют по принципу крыльев, потому что они имеют аэродинамическую форму. Тяга винта заменяет подъёмную силу и приводит летательный аппарат в движение. Подобные винты устанавливают также на аэросанях и судах на воздушной подушке.Если винт расположен перед двигателем, он называется тянущим, а если сзади – толкающим.

3. Опыты

Я изготовил бумажные самолётики разных моделей. Они отличаются по размеру, форме корпуса (фюзеляжа), длине и ширине крыла.

Для полёта самолёту нужна сила, толкающая его вперёд, Я заставлял лететь самолётики силой своих мышц. Через некоторое время скорость полёта уменьшалась, и самолёт опускался вниз.

Опыт № 1. Как долго летит самолёт

Я взял модель № 1. Запускал с разной траекторию полёта: по диагонали вверх, вперёд, по диагонали вниз. В авиации это называется «менять угол атаки». Дольше всего летел самолёт, запущенный по диагонали вверх.

Выводы:

1) лобовое сопротивление воздуха легче преодолеть, если самолёт запустить по диагонали вверх;

2) при снижение скорости тяга уменьшается, и самолёт за счёт веса и земного притяжения опускается вниз;

3) при полной остановке двигателя тяга исчезает, а самолёт падает вниз.

Опыт № 2. Как влияет форма фюзеляжа на полёт

Экспериментальные запуски показали, что быстрее всего летает самолёт № 2. У него узкий длинный, хорошо обтекаемый воздухом фюзеляж.

У модели № 3 широкий корпус по площади больше площади крыльев. Этот самолёт летал хуже всего. После того, как я загнул его нос, он вообще перестал летать, сразу падал.

Выводы:

1) наилучшие скоростные и устойчивые характеристики у самолёта с острым носом и узким корпусом;

2) для устойчивости крылья самолёта должны быть больше корпуса.

Опыт № 3. Как влияет форма крыла на полёт

У самолётов № 1и № 3 широкие крылья, но разные по форме. Крылья треугольной формы придало самолёту

№ 1 устойчивость.

У самолёта № 2 крылья уже и длиннее, а скорость больше. Зато самолёт № 1 дольше всего держался в воздухе.

Выводы:

1) у медленных самолётов должна быть большая площадь крыла, чтобы удерживаться при небольшой подъёмной силе;

2) скоростные самолёты имеют меньшие по площади крылья, потому что большая скорость поддерживает тягу.

Опыт № 4. Для чего нужны закрылки самолёту

Задняя часть крыла самолёта оканчивается закрылками. В выпущенном состоянии они увеличивают кривизну крыла и лобовое сопротивление воздуха. Закрылки позволяют снижать скорость при посадке самолёта.

Для моделирования работы закрылок я загнул оба конца крыльев вниз. Самолёт при запуске быстро потерял скорость и приземлился перевернувшись на крылья. Я повторил опыт несколько раз с самолётами

№1 и № 2. Самолёты всегда переворачивались.

Я стал экспериментировать с загибанием крыльев: загибал один конец вниз, один вниз – второй вверх. В обоих случаях самолёт падал.

Я загнул концы крыльев вверх, самолёт в полёте стал вращаться вокруг своей оси.

Выводы:

1) закрылки самолёта снижают скорость самолёта, если они опущены вниз;

2) если закрылки раскроются под разным углом, самолет может упасть.

Опыт № 5. Как сконструировать закрылки, чтобы самолёт при посадки не переворачивался

Из интернета я узнал, что в современной авиации большинство самолётов имеют щелевые закрылки.

Я сделал на месте сгиба проколы, потом небольшие разрезы, но это не помогло. Самолёт переворачивался на крылья.

Тогда я вырезал достаточно большую часть на каждом крыле. И самолёт приземлился правильно.

Вывод:

1) щели в закрылках позволяют воздуху проходить через них снизу вверх, в результате чего, давление воздуха над крылом и под крылом уравнивается, и самолёт безопасно приземляется.

Заключение

Мои гипотезы подтвердились. Самолёт держит в воздухе подъёмная сила крыла, которая возникает по аэродинамическому принципу. На подъёмную силу крыла влияют его площадь, форма и другие характеристики самолёта. Например, форма корпуса, угол атаки, скорость самолёта, работа закрылок.

От сочетания этих характеристик зависит, удержит ли самолёт равновесие. Безопасность полёта зависит от опыта пилота, исправности самолёта и погодных условий.

Список литературы

Детская Энциклопедия. Том 3. Вещество и энергия [Текст]: в 12-и т.- 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во Просвещение, 1966. - 688 с.

Первые самолеты в мире и России [электронный ресурс]. URL: https://aviawiki.com/samolet/pervyj-samolet-v-mire. (Дата обращения: 18.02.2019).

Просмотров работы: 655