Проект обучающегося 9 класса "Физика в авиации"

Муниципальное общеобразовательное учреждение

средняя школа №9

ПРОЕКТ

Физика в авиации

Выполнил ученик 9 ’’Б’’ класса

___________________________

Руководитель: Васикова Г.П.

г. Переславль - Залесский

2020 г

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Введение

1.1 Цель проекта

1.2 Задачи проекта

2. Основная часть

3. Заключение

4. Литература

Введение

Уже давно человек освоил землю, изучил океан и устремил свой взгляд в небо. А там великое множество чего-то нового, необычного: тучи и облака, радуга и северное сияние, солнце и луна, гром и молния. То есть там, в голубом небе, существуют всё те же физические явления: механические, тепловые, электрические, световые и другие. И очень хочется понять, связаны ли физические явления с авиацией?

Цель работы:

Выяснить, как физические явления в небе связаны с авиацией и узнать их значение и влияние.

Проблема:

Мало кто знает физическое явление, связанное с авиацией, а также как устроено крыло самолёта.

Актуальность работы:

Работа авиации не осуществима без физических явлений. Необходимо узнать все плюсы и минусы влияния этих явлений.

Задачи:

1. Изучить физическое явление.

2. Объяснить его с научной точки зрения.

3. Изучить крыло самолёта.

4. Собрать модель крыла самолёта.

Подъёмная сила

На данный момент создано множество различных летательных аппаратов: самолеты, воздушные шары, планеры, аэропланы и др. Но условие для осуществления полета любых летательных аппаратов общее — они должны преодолевать силу земного притяжения, т. е. в процессе полета создавать подъемную силу, превышающую силу притяжения Земли. Всего существует 3 основных принципа создания подъёмной силы: реактивный, аэростатический и аэродинамический.

Последний принцип является самым распространённым. Он характерен для летательных аппаратов тяжелее воздуха, а именно для самолётов различного типа. Его суть в том, что подъемная сила создается несущими поверхностями, в основном крылом, при перемещении самолета относительно воздуха в результате работы двигательной установки. Что бы полететь, не нужно размахивать крыльями, нужно заставить их двигаться относительно воздуха. Для этого крылу с помощью двигательной установки сообщают горизонтальную скорость, благодаря которой крыло и воздух начнут взаимодействовать с образованием подъёмной силы.

Тем не менее, величина подъёмной силы зависит не только от взаимодействия между крылом и воздухом. Она также зависит от угла, под которым воздух дует на крыло. Этот угол называется углом атаки и чем он больше, тем больше подъёмная сила. Однако, если на плоскую пластину под небольшим углом действует набегающий поток воздуха, то помимо подъёмной силы, старающейся поднять пластину, возникает сила сопротивления, пытающаяся «сдуть» её назад.

Получается, что чем больше угол атаки, тем больше и подъёмная сила, и сила сопротивления. Так каким же должен быть угол атаки, чтобы эти силы находились в эффективном балансе? Ещё в 80-х годах XIX века учёные выяснили, что оптимальный угол атаки для плоского крыла лежит в

пределах от 2 до 9 градусов. Если угол сделать меньше, то подъёмной силы будет недостаточно для совершения полёта, а если больше, то сопротивление будет настолько большим, что крыло будет выполнять роль паруса.

Также большое значение для величины подъёмной силы имеет форма крыла. Ещё очень давно люди заметили, что у птиц крылья не плоские, а в тех же 1880-х годах английский физик Горацио Филлипс провёл эксперименты в аэродинамической трубе и доказал, что аэродинамическое качество выпуклой пластины значительно больше, чем плоской. Почему же так происходит? Представьте, что вам удалось сделать крыло, у которого нижняя поверхность плоская, а верхняя — выпуклая. Поток воздуха, набегающий на переднюю кромку крыла, делится на две части: одна обтекает крыло снизу, другая — сверху. Обратите внимание, что сверху воздуху приходится пройти путь несколько больший, чем снизу, следовательно, сверху скорость воздуха будет тоже чуть больше, чем снизу. Однако, согласно закону Бернули давление газа, протекающего по поверхности, выше там, где скорость его движения меньше, и наоборот: там, где скорость больше, давление меньше. Следовательно, давление воздуха под крылом оказывается выше, чем над ним, что и влечет появление подъёмной силы.

Вывод:

Подъёмная сила – это сила, возникающая при перемещении несущей поверхности относительно воздуха и направленная на преодоление силы притяжения, а также зависящая от формы крыла и его угла атаки. Она является неотъемлемой частью современной авиации, так как без неё ни один авиатранспорт не сможет взлететь, не говоря о совершении авиаперелётов.

Крыло

Крыло в авиационной технике — поверхность для создания подъёмной силы.

Форма крыла

Одна из основных проблем при конструировании новых самолётов — выбор оптимальной формы крыла и его параметров (геометрических, аэродинамических, прочностных и т. п.).

Прямое крыло

Основным достоинством крыла является его высокий коэффициент подъёмной силы даже при малых углах атаки. Это позволяет существенно увеличить удельную нагрузку на крыло, а значит уменьшить габариты и массу, не опасаясь значительного увеличения скорости взлёта и посадки. Данный тип крыла применяется в дозвуковых и околозвуковых самолётах с реактивными двигателями.

Недостатком, предопределяющим непригодность такого крыла при звуковых скоростях полёта, является резкое увеличение коэффициента лобового сопротивления при превышении критического значения числа маха.

 Стреловидное крыло

1. пониженная несущая способность крыла, а также меньшая эффективность действия механизации;

2. увеличение поперечной статистической устойчивости по мере возрастания угла стреловидности крыла и угла атаки, что затрудняет получение надлежащего соотношения между путевой и поперечной устойчивостями самолета и вынуждает применять вертикальное оперение с большой площадью поверхности, а также придавать крылу или горизонтальному оперению отрицательный угол поперечного V;

3. отрыв потока воздуха в концевых частях крыла, что приводит к ухудшению продольной и поперечной устойчивости и управляемости самолета;

4. увеличение скоса потока за крылом, приводящее к снижению эффективности горизонтального оперения;

5. возрастание массы и уменьшение жесткости крыла.

 Крыло с наплывом (оживальное)

Вариация стреловидного крыла. Маневренность ограничивается прежде всего статической и динамической прочностью конструкционных материалов, а также аэродинамическими характеристиками самолета.

Действия крыла оживальной формы можно описать как спиральный поток вихрей, срабатывающихся с острой передней кромки большой стреловидности в околофюзеляжной части крыла. Вихревая пленка вызывает также образование обширных областей низкого давления и увеличивает энергию пограничного слоя воздуха, увеличивая тем самым коэффициент подъёмной силы.

Обратной стреловидности

Крыло с отрицательной стреловидностью (т. е. со скосом вперёд).
Преимущества:

1. позволяет улучшить управляемость на малых скоростях полёта;

2. повышает аэродинамическую эффективность во всех областях лётных режимов;

3. компоновка КОС оптимизирует распределения давления на крыло и переднее горизонтальное оперение;

4. позволяет уменьшить радиолокационную заметность самолёта в передней полусфере;

Недостатки:

1. КОС особо подвержено аэродинамической дивергенции (потере статической устойчивости) при достижении определённых значений скорости и углов атаки;

2. требует конструкционных материалов и технологий, позволяющих создать достаточную жёсткость конструкции;

Треугольное крыло

Треугольное крыло жёстче и легче как прямого, так и стреловидного и чаще всего используется при скоростях свыше M=2.

Недостатки:

1. возникновение и развитие волнового кризиса.

2. большие сопротивления и более резкое падение максимального аэродинамического качества при изменении угла атаки, что затрудняет достижение большего потолка и радиуса действия.

Основные элементы механизации крыла

Основные части механизации крыла

1 законцовка крыла

2 концевой элерон

3 корневой элерон

4 обтекатели механизма привода закрылков

5 предкрылок

6 предкрылок

7 корневой трехщелевой закрылок

8 внешний трехщелевой закрылок

9 интерцептор

10 интерцептор/воздушный тормоз

Заключение

Я изучил физическое явление – подъёмной силы. Попытался объяснить его с научной точки зрения. Изучил крыло самолёта и его узлы. Собрал модель крыла самолёта.

Список литературы

1. https://ru.wikipedia.org

2. http://samoleting.ru/raznoe/mehanizatsiya-kryla-samoleta.html

16