Установка для запуска бумажных самолетов!

В этом году в акции «Бессмертная эскадрилья 2021» приняли ребята со всей страны. Они конструировали самолетики из бумаги, конструктора и других подручных материалов в честь погибших летчиков и пилотов времен Великой Отечественной войны. Но самым интересным проектом, на наш взгляд, оказалась установка для запуска бумажных самолётиков, сконструированная учениками 10Б класса МБОУ Лицей №15 г.Химки.

Планирование — это частный случай снижения самолета без участия тяги, создаваемой двигателем. Для немеханических летательных аппаратов-планеров, как частный случай — бумажных самолетиков, планирование является основным режимом полета. Планирование осуществляется путем уравновешивания веса друг друга и аэродинамической силы, которая, в свою очередь, состоит из подъемной силы и силы сопротивления.

Изучая научную литературу, мы выяснили, что существует множество типов бумажных самолетиков, все они имеют разную форму, а значит, летают по-разному. Например, высокоскоростной самолет имеет форму стрелы. Они такие же узкие, длинные, жесткие, с ярко выраженным смещением центра тяжести в сторону носа. Самолеты для самых продолжительных полетов имеют большой размах крыльев и хорошо сбалансированы. Балансировка чрезвычайно важна для самолетов, запускаемых на открытом воздухе. Они должны сохранять правильное положение, несмотря на колебания воздуха. Самолеты, запускаемые в закрытых помещениях, выигрывают от переднего центра тяжести. Такие модели летают быстрее и стабильнее, их легче запускать.

Для эксперимента были выбраны три различных дизайна бумажных самолетиков с разными характеристиками.

• Модель № 1. Самая распространенная и известная конструкция - планер с тупым носом.
• Модель № 2. «Стрела». У него острая и длинная форма носа и острый угол крыла.
• Модель №. 3. Модель с крылом с большим удлинением. Особый дизайн, складывается по широкой стороне листа. Предполагается, что он обладает хорошими аэродинамическими данными за счет крыла с большим удлинением.

Все самолеты были собраны из одинаковых листов бумаги формата А4 с удельным весом 80 г / м², 100 г / м², 200 г / м².

Запустив модели самолетов, мы пришли к выводу, что модель идеального бумажного самолета должна иметь длинный узкий корпус, большую площадь крыла (длина крыла равна длине корпуса); ширина самолета в несколько раз короче. Модель №2 нужно запускать с большим трудом, тогда она все дальше и дольше летает, чем все.

Принцип полета бумажного самолетика основан на том же принципе, что и полет обычного самолета. Каждый полет начинается с разбега. Разбег — это начальный период взлета, который представляет собой ускоренное движение самолета по трассе от точки ожидания до точки отделения самолета от толкающего элемента, необходимое для достижения такой скорости, при которой крыло создает подъемную силу, способную поднять самолет с Земли. Во время разбега скорость самолета увеличивается от 0 до взлетной. Следовательно, разбег представляет собой прямолинейное ускоренное движение под действием внешних неуравновешенных сил.

На дальность и время полета также влияет угол разгона самолета. Эксперимент показал, что самолеты, брошенные под углом, летят дальше и длиннее, чем самолеты, брошенные параллельно горизонту. При запуске самолетов на улице оптимальный угол составлял 35-40 °.

Мы рассмотрели различные варианты запуска бумажного самолетика. Одна из них была системой, в которой для запуска самолета использовались два противоположно вращающихся колеса (EV3). К сожалению, дальность полета самолета при запуске с такой конструкцией была небольшой.

Затем остановились на резиновой катапульте с механизмом автоматического спуска (мотор EV3) под ней. Для изготовления конструкции использовались 5 строганных планок разной длины с прибитыми сверху резинками. В качестве направляющих для разгона самолета использовались две рельсы длиной 97 см. Длина направляющей катапульты зависит от допустимой перегрузки на старте. Чем меньше самолет выдерживает перегрузку, тем длиннее должен быть участок разгона самолета. Для уменьшения силы трения края направляющей катапульты оклеены скотчем. Две 75-сантиметровые ножки использовались для установки катапульты на землю и регулировки угла наклона направляющей. Один рельс длиной 120 см использовался в качестве плеча для прикрепления резинового шнура. Само сооружение было окрашено в цвета российского флага.

Мы использовали 16 резинок, сплетенных вместе. Получил шнур длиной 120 см. Для увеличения жесткости были сплетены 2 резинки. При растяжении длина шнура увеличивалась в 2-2,5 раза. Если резина не сильно растянута, то сила пропорциональна растяжению (только около предельного растяжения сила резко возрастает).

Однако, чтобы не повредить пальцы о натянутую резинку, мы использовали автоматический запуск. Стержень, удерживающий натянутую резинку, вытягивается нитью. Он привязан к колесу, которое прикреплено к мотору EV3. При запуске мотора вращение колеса приводит к высвобождению резинки и ее дальнейшему сокращению.

Когда резина сжимается, часть ее энергии преобразуется в кинетическую энергию самолета. С такой пусковой установкой наш самолет пролетел 37,81 метра. Дальность полета измерялась с помощью специального приложения Roulette для iPhone.