Исследовательская работа "Бумажная авиация"

МУНИЦИПАЛЬНОЕ КАЗЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ГИМНАЗИЯ №4» Г.О. НАЛЬЧИК

XIX школьная научно-практическая конференция учащихся
«Мир глазами учеников-исследователей»

Исследовательская работа

«Бумажные самолетики–

начало большой авиации»

Научный руководитель: Порошин А.В. Гедгафова З.Х., классный руководитель

Автор проекта: Порошин Арсений, ученик 3 класса «Д»

Нальчик-2023

Оглавление

Введение. 3

Глава 1. История создания бумажных самолетиков 4

1.1. Принцип полета 4

1.2.История создания бумажных самолетиков 5

Правила чемпионата гласят: 6

Глава 2. Практическая часть. 8

2.1 Сбор информации о моделях самолётиков. Схемы сборки моделей. 8

2.2. Зависимость дальности и времени полета бумажного самолетика от модели и способа запуска 11

Заключение 13

Список литературы 14

Введение.

«Человек не птица, а летать стремится»

Так уж сложилось, что человека всегда тянуло к небу. Люди пытались сделать себе крылья, позже летательные аппараты. И их старания оправдались, они смогли все-таки взлететь. Появление самолетов ничуть не уменьшило актуальность древнего желания. В современном мире летательные аппараты заняли почетное место, они помогают людям преодолевать большие расстояния, перевозят почту, лекарства, гуманитарную помощь, тушат пожары и спасают людей. Так кто же построил первый в мире самолет и совершил на нем управляемый полет? Кто сделал этот столь важный для человечества шаг, ставший началом новой эры, эры авиации?

Изучение данной темы я считаю интересной и актуальной.

Тема нашей работы посвящена изучению и изготовлению моделей бумажных самолетиков. Занятия бумажным моделированием позволяют привлечь родителей к совместной работе. Бумажные самолетики популярны во всем мире, мы узнали, что проводятся международные соревнования по длительности и дальности полета бумажной авиации, мы заметили, что все самолётики летают по-разному.

Перед нами возникла проблема: зависят ли лётные характеристики бумажных самолётиков от модели самолётика? Мы выдвинули гипотезу: если изменять форму крыла, носа, хвоста бумажного самолетика, то может измениться дальность, продолжительность и скорость его полета. Объектом исследования являются бумажные модели самолетов. Предмет исследования - лётные характеристики бумажных самолётов. Цель исследования – выявление моделей самолётов, обладающих наилучшими лётными характеристиками. В соответствии с поставленной целью сформулированы задачи: изучить информацию по данному исследованию; ознакомиться с различными моделями бумажных самолетов и научиться их выполнять; выяснить, что влияет на дальность и длительность полета бумажного самолета; провести эксперименты на длительность и дальность полета моделей бумажных самолетов.

Чтобы раскрыть тему исследования, мы обратились к источникам информации. Чтобы познакомиться с разными видами самолётиков, их особенностями, составить сборник моделей, нашли информацию в Интернете на сайтах. Также пользовались видео в сети Интернет с пошаговой инструкцией сборки сложных моделей. После работы с источниками информации только Интернет помог ответить на вопросы, как корректировать полёт самолётика, какие есть способы броска модели.

План исследования:

1.Найти информацию о появлении первых бумажных самолётиков.

2.Найти информацию, описывающую бумажные самолётики, как летательные аппараты.

3.Выбрать и изготовить модели бумажных самолетов. Провести испытания их в полете, с целью определения их летных качеств (дальности и времени в полете), способа запуска и простоты исполнения.

Глава 1. История создания бумажных самолетиков 1.1. Принцип полета

Однажды мы с папой устроили соревнования бумажных самолетиков. Одни самолеты проиграли, а другие летали гораздо лучше и дальше. Мы задумались почему.

-Что дает самолету самую хорошую летную характеристику?

-Как должен быть устроен самолет, чтобы подняться высоко в небо?

-Какую скорость может развивать самолет?

Таким образом, я заинтересовался этим вопросом и решил вместе с папой провести исследование по изучению летных характеристик бумажных самолетов разных моделей. Тем более мой папа закончил Ленинградский политехнический институт по специальности аэродинамика. Он рассказал мне, что далеко не каждый может сказать, откуда же берется та самая подъемнаясила, которая поднимает самолет в воздух. А между тем объяснить ее происхождение можно просто, буквально «на пальцах». Как известно, главная несущая поверхность самолета — это крыло. Оно практически всегда имеет определенный профиль, у которого нижняя часть плоская, а верхняя выпуклая (по определенному закону). Воздушный поток, проходя под нижней частью профиля, почти не меняет своей структуры и формы. Зато, проходя над верхней частью, он сужается, ведь для него верхняя поверхность профиля — это как вогнутая стенка в трубе, по которой этот самый поток как бы протекает. Теперь, чтобы через эту «продавленную» трубу прогнать за определенное время тот же объем воздуха, его нужно двигать быстрее, что и происходит на самом деле.

П о закону Бернулли, который гласит, что чем выше скорость потока, тем ниже давление. Благодаря этому давление над крылом ниже, чем давление под крылом

При всем этом возникает сила, которая как бы “выдавливает” крыло, тем самым поднимая его вверх. В момент, когда подъемная сила становится больше веса, происходит взлет. И, кстати, чем выше наша скорость, тембольше подъемная сила. Если же в дальнейшем подъемная сила и вес сравняются по величине, то самолет перейдет в горизонтальный полет. А хорошую скорость нам придаст мощный авиационный двигатель или, точнее, сила тяги, которую он создает.

1.2.История создания бумажных самолетиков

Аэро-гами – это разновидность японского искусства складывания из бумаги оригами, в котором складываются летающие фигурки самолетиков.

Когда точно появились разные самолетики из бумаги неизвестно, но использованию бумаги при изготовлении игрушек насчитывается около 2000 лет, когда это развлечение стало популярным в Китае, как например китайские бумажные змеи. Можайский создавал модели самолёта и демонстрировал их полёты. Применение бумажных авиамоделей помогло Н. Е. Жуковскому открыть законы движения тел в воздухе.

В своем стремлении построить первый летательный аппарат, способный перевозить человека, братьяРайт использовали бумажные самолеты. Полёт братьев Райт ознаменовал собой рождение воздушного транспорта.В этом году отмечается 120-летие первого полета.

Ведущие авиаконструкторы всего мира использовали в своей работе бумажные самолётики как модели для испытаний.

В начале 30-х годов крылья из бумаги были обязаны как минимум двум людям: английскому художнику и инженеру УоллисуРигби и изобретателю Джеку Нортропу.

Ригби спроектировал свой первый самолётик, а затем старался делать модели, которые действительно летали, а не просто были красивыми изделиями на полке. Известность ему принесло то, что несколько издательств стали публиковать его простейшие модели, которые мог собрать любой человек.

Современный бумажный самолетик, был изобретен (да, да, именно так!) в 1930 году Джеком Нортропом — сооснователем компании Lockheed Corporation. Нортроп использовал бумажные самолётики для тестирования новых идей при конструкции реальных самолётов.

У бумажного самолётика, как у модели, имелось множество преимуществ. Его легко было изготовить в любых необходимых количествах при фактически нулевых затратах на материалы и на работу. Так как бумажный самолётик был чрезвычайно прост и доступен в изготовлении, довольно быстро эта забава завоевала весь мир.

В 1989 году Энди Чиплинг основал Ассоциацию бумажного авиастроения, а в 2006 году был проведён первый чемпионат по запуску бумажных самолётов. Соревнования проводятся в трёх дисциплинах: самая длинная дистанция, самое долгое планирование и аэробатика - выполнение фигур высшего пилотажа бумажными моделями.

Правила чемпионата гласят:

• состязания проводятся в закрытом помещении, которое исключает наличие неконтролируемых потоков воздуха и работающих систем вентиляции и кондиционирования: ничто не должно мешать или помогать снарядам в момент полёта;

• самолётики должны быть сложены из одного стандартного листа бумаги А4 и весить не более 100 граммов;

• лист бумаги разрешается только сгибать. Разрывы, разрезы, склеивания, утяжеления в виде скоб и скотча строго запрещены.

• Однако сложить бумажный самолетик не так просто, как кажется.

• Движения при сборке должны быть точными и уверенными, сгибы – прямыми и именно в нужном месте, несколько неточных движений могут исказить модель и даже её испортить. Кроме того, есть случаи, когда сгиб необходимо намеренно выполнить не очень точно. От симметрии и точной развесовки модели зависит, насколько хорошо она полетит. Кроме симметрии важно правильно разместить центр тяжести. В различных моделях он в разном месте. Более длинный нос, говорит о смещенном вперед центре. Для маневрирования и разных акробатических движений это, наоборот, усложняет процесс. Там важна задняя часть: широкие крылья, необычное хвостовое оперение в несколько слоев, стабилизаторы,

• сгибаязаднюю часть крыльев подобно настоящим закрылкам, слегка поворачивая бумажный киль, можно добиться разных движений самолета. Но иногда кривой нос тоже нужен для маневров.

• В зависимости от того, зачем нужен самолет, будет различна и его конструкция.

• Для того чтобы достичь высоких результатов при запуске, необходимо овладеть правильной техникой броска.

Кен Блэкберн впервые познакомился с конструкцией бумажных самолетиков в возрасте 8 лет во время посещения любимой авиационной секции. И заметил, что самолеты с большим размахом крыла летают лучше и выше обычных самолетов-дротиков. Экспериментируя на протяжении многих лет с различными моделями базового самолета, сделанного из квадратного листка бумаги, он узнавал о понятиях, с которыми не сталкивается большинство людей.

Кен Блэкберн удерживал мировой рекорд на протяжении 13 лет (1983-1996).

Хотя считается, что лёгкие бумажные самолётики летают дальше тяжёлых, это утверждение оспаривается Блэкберном. Самолётик Блэкберна, побивший мировой рекорд в 1983 году, был разработан в предположении, что наилучшие самолёты обладают короткими крыльями и «тяжелы» в момент фазы запуска, когда человек подбрасывает их в воздух. Хотя более длинные крылья и меньший вес помогли бы, как кажется, самолётику достичь большего времени полёта, но такой бумажный самолёт невозможно выбросить высоко.

Джон Коллинз — человек, сделавший создание самолётиков делом всей своей жизни. Коллинз отошел от самолетов дротиков и вернул бумажную авиацию к планирующему полету. Он придумал схему самолётика-рекордсмена и назвал его в честь своей жены — «Сюзанна». Коллинз и "пилот" Джо Айуб побили мировой рекорд по дальности полета на бумажном самолетике в 2012 году, пролетев на аэродинамическом бумажном самолетике целых (69,14 метра).

В мае 2022 года, поставлен новый мировой рекорд. Чи И Цзянь из Малайзии, Шин Му Джун и Ким Кю Тэ из Южной Кореи запустили самолётик на расстояние 77,13 метров.

По продолжительности полёта рекорд закреплён за ТакуоТода — главой ассоциации оригами-самолётов Японии. В 2009 году он смог запустить бумажный снаряд, который продержался в воздухе 29,2 секунды. На чемпионате 2022 года он улучшил свой рекорд на 0,5 секунды.

Самый дорогостоящий бумажный самолет был использован в космическом челноке во время очередного полета в космос.

Самый маленький бумажный оригами-самолетик был создан под микроскопомв Японии.(2,9 мм) После изготовления, самолетик был помещен на кончик швейной иглы.

А вот самый большой в мире самолет из бумаги запустили в 2015 году в Канаде. Он был 14 м в длину и 8 м в ширину. Чтобы запустить этот самолет, его подняли в воздух на настоящем вертолете.

Международный день бумажных самолетиков отмечается ежегодно 26 мая.

Глава2. Практическая часть. 2.1 Сбор информации о моделях самолётиков. Схемы сборки моделей.

Самолеты мы собирали путем складывания, из одного листа бумаги

формата А4 с минимальным использованием разрывов и разрезов. Всего известно более 100 различных конструкций бумажных самолетов.

1) Самолет планер №1

П осле изучения различных печатных источников и информации сайтовИнтернет мы решили начать с моделей 30 годов. Самолет Ригби (первая напечатанная схема самолетика).

2) Самолет планер №2

Самолет Нортропа (кстати это хорошо всем известный самолетик, который хотя бы раз запускал каждый).Самая распространённая модель самолёта из бумаги, прост в изготовления. Причём скоростные показатели полёта, не уступают и более мощным моделям. Главная задача при изготовлении данной модели бумажного самолётика, это соблюсти точную симметрию крыльев.

3)«Утка»

Самая загадочная модель, её морской стиль привлекает внимание. Изготовление данного бумажного самолёта является довольно сложным, с точки зрения технологии сборки.

4)«Дарт»

Самолет Блэкберна. Много лет держал рекорд дальности полета.К сожалению, сборка доступна только на видео. Самая быстрая модель самолёта из бумаги. Несмотря на то, что данная модель самолётика выполнена из бумаги, он может преодолеть значительное расстояние по воздуху.

5 ) «Сюзанна»

Рекордный самолет Коллинза

6 ) «Дельта»

Э та модель бумажного самолётика имеет самую широкую площадь крыльев, за счёт этого она может планировать с минимальным уклоном очень продолжительное время. Изготовление данной модели самолётика из бумаги не представляет особой сложности, однако, требуется очень точная симметрия крыльев.

7) «Меченосец»

Самый быстрый самолётик. Его остроконечное исполнение уже подразумевает скорость полёта. Исполнение данной модели требует высокой точности исполнения загибов на листе бумаги, она должна получиться симметричной.

8 ) Самолёт «Пиранья»

Очень скоростная модель из бумаги. Показывает крутые виражи. Его остроконечное исполнение и поднятые крылья подразумевает скорость полёта. Исполнение модели является довольно трудоёмким занятием и требует точности исполнения загибов на листе бумаги. Сборка доступна только на видео.

9) Newsilke (можно перевести как «вкрадчивый»).

Выглядит довольно неуклюже, но летает прекрасно. Самолет Блэкберна. Модель-рекордсмен из соревнований на длительность полета.

1 0) «Зеро Файтер»

Рекордный самолет Тодда. Сборка доступна только на видео.

Схему сборки последнего рекордсмена дальности полета мы не нашли.

Затем, уже после проведения испытаний, мы собрали еще несколько разных моделей, (брали самолеты, которые нам показались красивыми). Просто понравилось собирать самолетики.

Данные модели отличались размеров, размахом крыла, хвостовым

оперением.

Собирать модели не просто, как кажется, на первый взгляд. Из этих моделей самой сложной по выполнению были модель «Пиранья» и «Зеро Файтер» . Помощь оказывали родители. Мы поняли, что при сборке моделей очень важно симметрично выполнять сгибы, это требует определенной сноровки и навыков.

2.2. Зависимость дальности и времени полета бумажного самолетика от модели и способа запуска

Далее мы устроили экспериментальные запуски этих моделей. У каждой модели было несколько попыток, чтобы показать свои летныехарактеристики. Все данные мы занесли в такую сводную таблицу.

Сводная таблица дальности полета разных моделей бумажных

самолетов

Название	Дальность полета, м	Продолжительность полета, с	Особенности полета модели
планер № 1	9.0	2,9	Рывком.Волнообразно летит
планер № 2	9,3	2,4	бросать плавно
«Утка»	10,4	5,0	бросать плавно
«Дарт»	13,4	3,5	сильный бросок
«Сюзанна»	9,5	2,5	резко идет вниз
«Дельта»	12,0	2,3	Рывком. Прямо
«Меченосец»	6,0	3,3	Закручивается. Бросок вперёд и под углом в 45ᴼ.Переворачивается в полете
«Пиранья»	7,9	1,9	Рывком. Крутился вокруг себя
«Вкрадчивый»	8,7	5,5	бросать вверх
«Зеро Файтер»	15,4	3,5	бросать вверх

Таким образом: очень много зависит от способа запуска моделей, его для каждой модели приходилось подбирать индивидуально. Модели «Дарт», «Меченосец», «Пиранья» с острым носом нужно бросать рывком. Лучше всех вела себя при запуске на дальность полета модель «Зеро Файтер». Чтобы отправить этот самолет на максимальную дистанцию, нужно как можно сильнее бросить его вверх. Она летела прямо, красиво, поднимаясь вверх и плавно опускаясь на пол. Модель «Дарт» с первой попытки могла подвести, потому что выполняла при неправильном броске крутые виражи. Самой сложной по запуску оказалась модель «Утка», пока мы не поняли, что рывком её запустить нельзя, модель летела то назад, то вперёд. Для этой модели подошёл способ запуска вверх и плавно.

В данной таблице мы зафиксировали лучшиепопытки у каждой модели и особенности полета. С рекордными моделями рекордов не получилось. Правда,«Зеро Файтер» показал лучшую дальность. Для достижения результата, как это видно на видео рекордных бросков, необходимо сильно бросать самолет вверх на большую высоту. Из-за тяжелого носа он резко идет вниз, набирает скорость и переходит на режим планирования. Но, к сожалению, мой папа не обладает теми физическими навыками и характеристиками, которые есть у подающих в американском футболе. Поэтому и результат далековат от рекорда. Чего еще не хватило, так это отточенной техники броска.

Из наших испытаний можно сделать следующие выводы (для средних физических возможностей): дальше летают самолеты плотные с узкими стреловидными крыльями, а дольше – легкие с большой площадью крыла. Красивее всего летает классическая модель планер №2 Нортропа. Видимо поэтому, ее все и запускают уже почти сто лет.

После испытаний мы раскрасили самолеты, чтобы было красивее.

2.3. Изучение лётных качеств, при изменении элементов модели

На модели «Планер №2» изучим лётные качества, изменяя элементы модели.

Действия	Изменения	Особенности при полёте
	Уплотнить нос	Крутился, взлетал и поворачивался. Далеко пролетел.
	Сделать рули поворота	Петлю сделал и упал. Разворачивался назад.
	Отогнуть крылья вверх	Летит прямо по курсу, развернулся и полетел назад.
	Сделать хвост, для этого надрезать и вывернуть полоску хвостовой части	Волнообразные движения. Крутился на месте. Самый длинный полет.

Таким образом, уплотнение носа ведёт к увеличению дальности полёта модели. Рули поворота приводят к поворотам налево и направо. Когда отогнём крылья, у самолёта появляются стабилизаторы, и он полетит ровнее. Хвост обеспечивает волнообразный полёт.

Заключение

В результате исследования, после проведённых экспериментов, цель «выяснить, какая из моделей самолётов обладает наилучшими лётными характеристиками» достигнута. В ходе эксперимента, выдвинутая нами гипотеза о том, если изменять форму крыла, носа, хвоста бумажного самолетика, то может измениться дальность, продолжительность и скорость его полета, подтвердилась: наилучших скоростных характеристик и устойчивости полёта достигают самолеты с острым носом и узкими длинными крыльями, а увеличение размаха крыльев позволяет существенно увеличить время полёта планера. В ходе экспериментов выяснили, что, для того чтобы запустить самолет на максимальную дистанцию – нет стандартного подхода. Для каждой модели пришлось находить свой способ.

Столкнувшись с трудностями при исследовании обычных бумажных самолётов, теперь понимаю, как сложно работать авиаконструкторам, да и

запускание в небо бумажных самолётиков уже не кажется простой детской

забавой, оказывается, и в этой области можно добиться успехов, которые признаёт весь мир.

Список литературы

1. Модели бумажных самолётиков – 21 штука! http://www.tavika.ru/2012/04/21.html

2. Почему и как возникает подъемная сила http://www.masteraero.ru/lp-2.php

3. Когда и как зародилась бумажная авиация...

olymp.as-club.ru›publ/arkhiv_rabot

4. Знаковые годы для бумажной авиации

championat.com›История создания бумажного самолётика, как оригами

5. Как сделать бумажный самолетик (12 лучших схем)

sibmama.ruПоделки›. Поделки из бумаги

6. Сайт Бумажная авиация