Открытый конкурс по авиамоделированию «От идеи до модели

Открытый конкурс по авиамоделированию «От идеи до модели»
Станция юных техников, г. Железногорск, 2014
ОСНОВЫ АЭРОДИНАМИКИ МОДЕЛИ
ВОЗДУХ И ЕГО ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
Науку, изучающую законы движения газообразной среды и ее силовые взаимодействия с
движущимися в ней телами, называют аэродинамикой (в переводе с греческого аэр – воздух, динаминос –
сила).
Воздух кажется человеку - невесомым, однако это не так. Он состоит из газов и, как всякий газ, имеет
массу, хотя и незначительную по сравнению с твердыми телами. Установлено, что один кубический метр
сухого воздуха при барометрическом давлении 760 мм рт.ст. и температуре +150С имеет массу 1,225 кг.
Воздух представляет собой физическую смесь газов. У поверхности земли сухой и чистый воздух
содержит 78% азота, 21% кислорода и около 1% смеси других газов. Слой воздуха, окружающий Землю,
называют атмосферой. Двигаясь вокруг Солнца по орбите, земной шар несет и свою атмосферу. Воздух не
отделяется от Земли, и как подобно всем веществам, имеющим массу, он притягивается к Земле. Этим и
объясняется атмосферное давление. Чем ниже находится слой воздуха, тем более он сжат вышележащими
слоями. Воздух плохо проводит тепло. Солнечные лучи проходят сквозь массы воздуха, но мало их нагревают.
Поверхность земли под лучами солнца нагревается быстро, но нагрев земной поверхности происходит
неравномерно: пашня, луг, асфальт прогреваются по-разному. По мере прогревания у земли массы воздуха
становятся легче и поднимаются, образуя восходящие потоки.
Поверхность Земли под лучами Солнца нагревается быстрее, чем масса воздуха. Различные
поверхности пашни, леса, луга - прогреваются по-разному. Соприкасающийся с ними воздух также
нагревается неравномерно. Теплый воздух, как более легкий, поднимается (всплывает), образуя
восходящие потоки. Достигая некоторой высоты, воздух охлаждается; влага, находящаяся в нем,
сгущается и образует облака. Охладившись в верхних слоях атмосферы, массы воздуха опускаются,
создавая нисходящие потоки, а на их место приходит более теплый воздух. Восходящие и нисходящие
потоки принято считать вертикальными перемещениями воздушных масс. Эти перемещения будут
происходить до тех пор, пока существует разница в температурах земной поверхности и воздуха.
Практически воздух находится в постоянном движении. Горизонтальное перемещение воздушных масс
называется ветром.
Восходящие течения и ветер – необходимые условия для запуска и продолжительных полетов
змеев и моделей. Состояние воздушной среды, когда нет заметного движения воздуха, называется
штилем.
При штиле легче регулировать модель для полета, а при ветре трудно определить неточности в
регулировке и недостатки в устойчивости модели. Поэтому неотрегулированная модель во время ее
запуска в ветреную погоду часто ломается. От соприкосновения с ними воздух в приземном его слое
приходит в вихреобразное движение и создает порыв ветра, который наиболее опасен для легких и
малоустойчивых моделей. Модель летит как бы в гигантских волнах воздушного океана, которые ее то
останавливают, то бросают вверх или вниз.
МЕТЕОРОЛОГИЯ ДЛЯ АВИАМОДЕЛИСТА
Наблюдая за погодой, люди научились предсказывать ее изменения. Наука, изучающая состояние
атмосферы и изменение погоды, называется метеорологией.
Для запуска планеров необходима хорошая погода. Когда говорят о хорошей погоде, то не всегда
подразумевают одно и то же. Хорошей погодой для отдыха считают солнечную, теплую. Обычно в такую
погоду нет ветра. Авиамоделист по-своему понимает хорошую погоду, ему необходим ветер. Из всех
Открытый конкурс по авиамоделированию «От идеи до модели»
Станция юных техников, г. Железногорск, 2014
сведений о погоде авиамоделиста в первую очередь интересуют температура, влажность, направление и
скорость ветра.
Запускать модели планера следует обязательно против ветра, а направление его можно
определить с помощью флюгера (флажка). По отклонению дыма из труб, по волнам на воде, по
отклонению веток деревьев можно также определить направление ветра.
Скорость ветра можно определить с помощью анемометров. Каждый авиамоделист должен
уметь приблизительно определять направление и скорость ветра. Скорость ветра можно определить,
пользуясь специальной Шкалой, в которой приведены значения скорости ветра и характерные для ветра
признаки. Схематические модели самолетов и планеров следует выпускать в первые полеты при ветре
не более 2…3 м/с. Влажность воздуха очень вредно влияет на модели: ухудшается жесткость всей
конструкции, увеличивается масса модели. Поэтому не рекомендуется запускать модели во время
утренних и вечерних рос, а также в сырую погоду.
СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА МОДЕЛЬ В ПОЛЕТЕ
Вокруг нас есть воздух, но мы его не замечаем: он невидим. Воздух прозрачный и бесцветный.
Частицы воздуха (молекулы), ударяясь о поверхность движущегося в воздухе предмета (воздушного
змея, самолета, птицы и т.д.), оказывают сопротивление его движению. Такое сопротивление вы
ощущаете при быстром беге или езде на велосипеде. Чем быстрее ваш бег, тем сильнее вы будете
ощущать сопротивление воздуха. Встречая на своем пути препятствия, ветер отклоняется, образуя
потоки обтекания. Плавные очертания препятствий позволяют воздуху спокойно обтекать его,
постепенно обходя его контур. Воздуху «удобно» обтекать тело, если его очертания плавны и не имеют
уступов, резких переломов или отверстий. Желая уменьшить сопротивление воздуха, применяют
удобообтекаемые формы для своих самолетов и авиаконструкторы. Даже автомобилям сейчас придают
хорошие, плавные очертания, так как это сберегает «силы мотора» и позволяет повысить скорость
движения автомобилей.
Горизонтально движущиеся массы воздуха, встречая на своем пути препятствие, поднимаются
вверх. Обогнув его, они вновь опускаются, образуя здесь завихрения (деформированные струйки
воздуха) Рис 1. Подобным препятствием может служить любая стена, дом, лес, холмы и, особенно, горы.
Холодный полярный воздух, проталкиваясь фронтально вперед, нередко заставляет спокойный, до того
более теплый, воздух подниматься, образуя поток обтекания. В море любая волна, пароход, островок —
служат причиной возникновения подобных потоков.
Рис.1 Пример обтекания предметов потоками воздуха
Всякое движение обязательно связано с сопротивлением среды, в которой оно происходит!
Для полета самолета необходима сила тяги, направленная вперёд. Сила тяги создается
воздушным винтом, установленным на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания. Авиационный
двигатель - это «сердце» самолета. Эти двигатели работают почти так же, как и автомобильные, только
они гораздо мощнее.
Открытый конкурс по авиамоделированию «От идеи до модели»
Станция юных техников, г. Железногорск, 2014
При вращении воздушный винт ввинчивается в воздух и тянет за собой самолет. На скоростных
самолетах устанавливают реактивные двигатели. Простейший реактивный двигатель пороховая ракета, у
которой газы, образующиеся во время горения топлива, с высокой скоростью выбрасываются назад.
Сила отдачи, появляющаяся при этом, и есть сила тяги.
Планер не имеет двигателя и воздушного винта, подъемная сила создается крылом во время
полета. Крыло самолета, перемещаясь в воздухе, испытывает его сопротивление, которое называют
лобовым. Лобовое сопротивление тормозит движение, т.е. сила лобового сопротивления направлена
против движения. Важнейшая часть самолета - крыло, создающее подъемную силу. Передний край
крыла, которым оно набегает на воздух, называют передней кромкой, задний край – задней кромкой, а
расстояние между ними – хордой крыла. Крылья разных моделей отличаются размерами, формой,
положением относительно фюзеляжа, профилем (так называется форма сечения крыла в плоскости,
перпендикулярной размаху). По форме профиля крылья бывают выпукло-вогнутые, плоско-выпуклые,
симметричные и т.д. По толщине различают профили тонкие, средние и толстые. Крыло планера,
перемещаясь, рассекает воздух. Крыло планера имеет особую форму. Его верхняя поверхность выпуклая,
а нижняя — почти плоская. Воздух, обтекающий верхнюю часть крыла, движется быстрее, чем
обтекающий нижнюю его часть. Поэтому под крылом создается большее давление, чем над ним, то есть
возникает подъемная сила, которая и удерживает самолет в воздухе. Чем быстрее воздух обтекает
крыло, тем больше подъемная сила. Толщина профиля – влияет на величину лобового сопротивления.
Увеличение толщины профиля крыла - увеличивает лобовое сопротивление.
У простейших моделей планера иногда упрощают контуры профиля крыла до примитива, когда
его образующие – прямые линии. Такой профиль испытывает малое значение сопротивления воздуха, и
модель может успешно планировать.
В авиационной технике существуют три принципа создания подъемной силы: аэростатический,
аэродинамический и реактивный. По аэростатическому принципу сконструированы аппараты легче
воздуха - воздушные шары, аэростаты, дирижабли. Подъемная сила у них возникает за счет наполнения
оболочки газом легче воздуха. Аэродинамический принцип возникновения подъемной силы возможен
лишь при движении крыла в воздушной среде (аппараты тяжелее воздуха - планеры, самолеты,
вертолеты). На высотах более 25 км и в безвоздушном пространстве могут лететь только аппараты, у
которых подъемная сила образуется по реактивному принципу - за счет отдачи вытекающих газов.
Образцы таких летательных аппаратов - ракеты и космические корабли. Не следует относить к ним
реактивные самолеты: на них установлены реактивные двигатели, но подъемная сила создается крылом.
Планер относится к категории свободнолетающих моделей. Один из способов увеличения
продолжительности полета свободнолетающих моделей - использование восходящих потоков. Но они
непостоянны как по силе, так и по направлению: их сила уменьшается, если тучи затеняют земную
поверхность, и увеличивается при усилившемся прогревании земли солнечными лучами.
При запуске модель (особенно модель планера) может попасть в восходящий поток сразу же
после старта. Но иногда модель быстро выходит из потока и резко снижается, как бы «проскальзывая»
восходящий поток.
Условием успешного полета моделей в свободном полете является их способность «чувствовать»
- реагировать на восходящие воздушные перемещения и удерживаться в них. Силы, вводящие модель в
поток, очень незначительны, поэтому, чем меньше масса модели, тем легче она будет входить в
восходящий поток и выходить из нисходящего.
.
Открытый конкурс по авиамоделированию «От идеи до модели»
Станция юных техников, г. Железногорск, 2014
ТЕСТ:
Каждый вопрос имеет 1 правильный вариант ответа. Цена каждого правильного ответа - 1 балл.
1.



Что такое планер-это летательный аппарат с :
Мотором
Без мотора
С мотором или без мотора
2.



Слой воздуха, окружающий Землю, называют:
Атмосферой
Стратосферой
Аэросферой
3. Как называется прибор, позволяющий определить скорость ветра:
 Анемометр
 Спидометр
 Термометр
4.



Какой воздух легче?
Холодный
Тёплый
Влажный
5. Имеет ли воздух вес?
 Да
 Нет
6.



Наименьшая деформация струек воздуха наблюдается при обтекании тела
Квадратного
Шара
Каплевидного
7. При обтекании крыла воздушным потоком, где создается большее давление?
 под крылом
 над крылом
8. Как называется специальная шкала, используемая для определения приблизительной
скорости ветра
 Шкала Кромвеля
 Шкала Дирихле
 Шкала Бофорта
9. Возникает ли сила тяги при полете планера?
 Да
 Нет
10. Какой принцип подъемной силы характеризует полет планера?
 Аэростатический
 Аэродинамический
 Реактивный
Открытый конкурс по авиамоделированию «От идеи до модели»
Станция юных техников, г. Железногорск, 2014
11. При каком ветре следует запускать в первый раз модель планера?
 1 м/с
 2-3 м/с
 4-5 м/с
12. Горизонтальное перемещение воздушных масс – это
 Воздух
 Ветер
 Воздушное движение
13. Как называется состояние воздушной среды, когда нет заметного движения воздуха?
 Свежий ветер
 Тишь
 Затишье
 Штиль
14. Способность модели увеличивать время своего полета за счет различных видов движения
потоков воздуха называется:
 Полётом
 Парением
 Скольжением
15. Что принято называть вертикальными перемещениями воздушных масс?
 Вертикальный ветер
 Восходящие и нисходящие потоки воздуха
 Восходящие потоки воздуха