VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Почему самолет летит
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
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).