ПЛАКАТ «ПОКОРЕНИЕ ВОЗДУХА» http://krylatv.livejournal.com/4119.html
см. также http://proza.ru/2022/01/10/200
http://proza.ru/2017/04/11/2223
а также http://proza.ru/2023/05/03/158 http://proza.ru/2016/11/19/888
krylatv
26 июня, 2011
ПЛАКАТ «ПОКОРЕНИЕ ВОЗДУХА" ищите на http://elementy.ru/posters
Введение
Общий замысел плаката
Интерес к технике у молодежи сейчас сильно упал: и авиация, и космонавтика стали в глазах подрастающего поколения чем-то обыденным и не вызывают большого интереса.
Цель данного плаката, как и плаката «Гравитация» - чисто просветительская, она состоит в том, чтобы, во-первых, познакомить ребят с летательными аппаратами самых разных конструкций, а, во-вторых, вызвать у них интерес к истории покорения воздуха человеком.
Чем этот плакат может заинтересовать учеников?
На плакате изображены наиболее интересные летательные аппараты всех типов: монгольфьеры (аэростаты), дирижабли, самолеты, вертолеты и экранопланы. Причем для каждого летательного аппарата приводятся его краткие тактико-технические данные. Здесь есть и первый в мире самолет братьев Райт, и знаменитый дирижабль графа Цеппелина, и первый русский бомбардировщик Илья Муромец, и немецкий Мессершмитт, и летающий танк Ил-2, и американский истребитель-бомбардировщик Cейбор, и современные стратегические бомбардировщики: американский В-52 и советский ТУ-160. Кроме самолетов, есть еще вертолеты и малоизвестные широкой общественности экранопланы. Есть, на что посмотреть и есть чему удивиться!
Какой реакции мы ожидаем от школьников, и что делать учителям?
Многие из этих моделей школьники увидят впервые! И, возможно, кому-то из них станет интересно получить о той или иной модели более подробную информацию. И за этой информацией он вполне может обратиться к Вам, дорогой учитель!
И тут у Вас огромная возможность для маневра: можно что-то рассказать на уроке или после урока, используя информацию, которую Вы найдете в данном методическом пособии. А можно предложить учащимся самим поискать информацию в Интернете на сайте elementy.ru. Можно поручить кому-то из учащихся сделать на уроке доклад по истории создания и эксплуатации того или иного самолета, можно предложить найти дополнительную информацию о каком-либо летательном аппарате, не представленном на плакате… и т.д.
Если хотя бы один из десяти Ваших учеников проявит хоть какой-то интерес к тому, что изображено на плакате, мы считаем свою задачу выполненной.
АППАРАТЫ ТЯЖЕЛЕЕ ВОЗДУХА
САМОЛЕТЫ: ОСНОВНЫЕ ИДЕИ И КРАТКАЯ ИСТОРИЯ
У человека перед глазами всегда был пример летящей птицы. В легендах любого народа можно найти сказочного героя способного перемещаться по воздуху, причем способы чрезвычайно разнообразны. Тем не менее, полет на аппарате тяжелее воздуха стал возможен более чем через сто лет после первого полета на воздушном шаре (аэростате) Братьев Монгольфье.
Далее мы остановимся подробно на развитии аппаратов тяжелее воздуха, проследив ее на истории создания конкретных самолетов.
Как уже отмечалось, человек имел возможность наблюдать и изучать свободнолетающие «аппараты» задолго до создания первого самолета. Однако, представление даже о причинах полета птиц были очень разнообразны. Высказывалось даже предположение, что подъемная сила крыла вызывается электрическими зарядами, возникающими на распущенных перьях, когда птица раскрывает крылья.
Попытки создать летательный аппарат оканчивались неудачей не только из-за недостатка знаний, но и по причине отсутствия пригодного двигателя. В равной степени верно утверждение, что появление нового двигателя, более легкого и мощного или основанного на другом принципе создания движущей силы приводит к революционному прорыву в развитии авиации.
Теоретические основы свободного полета были разработаны Н.Е. Жуковским в начале 20-го века. Необходимые экспериментальные данные были получены еще в 19-ом веке А.Ф. Можайским, О. Лиленталем и др. Принципиально для получения потребной подъемной силы нужно двигать с некоторой скоростью V относительно воздуха крыло площадью S расположенное под углом a к направлению движения, называемым углом атаки.
Обтекание крыла подразумевается плавным. При обтекании крыла воздухом направление движения воздуха отлоняется от первоначального. Воздух как бы «поворачивает» под действием крыла. Н.Е. Жуковский показал, что крыльевой профиль можно заменить эквивалентным вихрем или вращающимся цилиндром. Направление вращения фихря (цилиндра) такое, что нижняя половина движется навстречу потоку, а верхняя по потоку. Данный эффект носит название «Эффект Магнуса». Желающие могут изготовить воздушный винтороторный змей «Ротоплан» и лично убедится в существовании аналогии.
Кроме этого из подобной аналогии следует, что каждое крыло рождает вихрь, стекающий с конца крыла. При желании вихрь можно обнаружить если самолет пролетает в облачности.
В результате на поверхности крыла создается характерное для каждого отдельного профиля распределение давления. При обтекании верхней части крыла воздух увеличивает скорость по сравнению с начальной, на нижней поверхности происходит подтормаживание воздушного потока. (более упрощенное обьяснение, без учета вихревой природы появления подьемной силы, это же определение звучит следующим образом «При обтекании крыла самолёта воздушный поток, обтекающий нижнюю поверхность, проходит за тот же промежуток времени меньший путь, чем поток, обтекающий верхнюю, более выпуклую поверхность и, следовательно, имеет меньшую скорость») Торможение воздуха, согласно уравнению Бернулли, приводит к увеличению давления, а разгон, соответственно, к снижению давления. В результате возникает равнодействующая сил давления, точка приложения которой называется «центр давления» (ЦД).
Кроме этого, возникает сила сопротивления, направленная против вектора скорости набегающего воздуха. Необходимую движущую силу, равную силе сопротивления движению аппарата в целом, создает винт, расположенный на валу двигателя, или реактивный двигатель. Величина движущей силы (тяги) равна силе сопротивления среды. Величина подъемной силы – уравновешивает силу тяжести приложенную к центру масс летательного аппарата. Для свободного полета необходимо равновесие не только сил, но и моментов сил относительно центра масс аппарата, что достигается соответствующей центровкой.
Центровка – взаимное расположение центра тяжести и центра давления. Обычно применяется «передняя центровка», т.е. центр тяжести стараются расположить перед центром давления. Это позволяет, при наличии стабилизаторов на хвосте самолета (если схема «утка» на носу самолета) сделать полет устойчивым.
Хвостовое оперение – «стабилизатор» – выполняет функцию поддержания равновесия моментов без участия пилота, что также достигается соответствующей центровкой. Устойчивость достигается тем, что стабилизатор располагается с угом атаки способствующим появлению на крыле момента уравновещивающего момент от силы тяжести агрегатов расположенных за центром масс и момент возникающий от подьемной силы на стабилизаторе. При отклонении от равновесия на стабилизаторе возникает подьемная сила, а относительно центра масс, момент, который возвращает самолет в состояние равновесия. Обычно центр масс смещен вперед относительно геометрического центра и находится впереди так называемого «центра давления» – места приложения равнодействующей сил давления воздуха, просуммированных по всей поверхности летательного аппарата.
R
Моноплан классической схемы
Биплан классической схемы 1;2;3 составляющие веса конструкции
Биплан «утка» с толкающим винтом
Биплан с толкающим винтом Хвостовое оперение – «стабилизатор» выполняет функцию поддержания равновесия моментов без участия пилота, что также достигается соответствующей центровкой. Обычно центр масс смещен вперед относительно геометрического центра и находится впереди так называемого «центра давления» - места приложения равнодействующей сил давления воздуха просуммированных по всей поверхности летательного аппарата.
Летательный аппарат имеет шесть степеней свободы: три перемещения (вверх-вниз, вправо-влево, вперед-назад) и три вращательных движения (курс - в горизонтальной плоскости, тангаж - в вертикальной плоскости, крен – в плоскости перпендикулярной оси летательного аппарата).
Подъемная сила
Вес конструкции
Тангаж Курс
Крен Из перемещений долгое время невозможно было движение назад, в настоящий момент и это движение может быть реализовано на аппаратах с так называемым «изменяемым вектором тяги».
По мере развития видоизменялись и очертания самолета и органы управления. Известные геометрия крыла: «прямое», «стреловидное», «треугольное». Элементы управления: «элероны» (элементы на крыле), «рули высоты», «руль направления». У современного самолета сложная «механизация» крыла позволяющая летать в широком диапазоне скоростей и высот и совершать разнообразные «эволюции».
Можно выделить следующие этапы развития аппаратов тяжелее воздуха:
Аппараты с грубыми аэродинамическими формами.
Этап охватывает период со дня первого полета самолета братьев Райт до некоторой условной границы 20-30-е гг. 20-го века.
У тех кто проектировал, изготавливал и эксплуатировал самолеты не сразу пришло понимание, какие требования нужно выдвигать к конструкции и форме самолета, чтобы осуществить желание человека перемещаться в пространстве быстро и в любом направлении. В процессе эволюции пришлось придать самолету «аэродинамические формы», убрать все выступающие части такие, например, как шасси, сделать обтекаемыми те детали, которые убрать не представляется возможным. Наконец создать для летчика комфортные условия полета. Для всего этого пришлось проделать долгий и небезопасный путь.
Этап «Эра Поршневых Двигателей»
Этап характеризуется развитием военной и возникновением почтово-пассажирской авиации. Начался с окончанием первой мировой войны.
Начиная с 18-го г. 20-го века были запушены два процесса: первый – фактическое начало подготовки новой войны, что привело к стремительному качественному и количественному росту военно-воздушных сил крупнейших стран мира (Франция, Англия, США позднее Германии). Достаточно сказать о таком параметре как скорость полета, которая возросла со 140 км/час характерных для самолетов первого периода до 300-400 км/час т.е. в 2-3 раза.
Второй процесс – демилитаризации авиации. Начался во Франции. Для почтовых перевозок использовались сначала оставшиеся не у дел военные самолеты, а позднее специально проектируемые. Вслед за почтовым сообщением появилось и пассажирское. На одной из почтовых линий в Северной Африке работал Сент-Экзюпери, Антуан де
Завершение развития самолетов с поршневыми двигателями, появление реактивной авиации.
Начался условно с 40-го г. 20-го века. В эти годы в СССР, Германии и Англии проводились работы по реактивным летательным аппаратам. В СССР и Германии разрабатывали самолет с ракетным двигателем, а в Англии с газотурбинным. Позднее в Германии приступили к разработке своего самолета с ГТД (газотурбинным двигателем).
Одновременно совершенствовались самолеты с поршневыми двигателями. Испытание новых скоростных самолетов выявило новые неизвестные ранее явления. Например «Флаттер» - возбуждение колебаний элементов конструкции самолета под действием аэродинамических сил, что приводило в ряде случаев к разрушению самолета в воздухе.
Неожиданный «сюрприз» преподнесли первые реактивные самолеты. При достижении некоторой скорости самолет произвольно переходил в пикирование, иначе говоря «опускал нос» и из этого положения аппарат вывести не удавалось. Потребовались дополнительные теоретические и экспериментальные исследования. Решение было найдено, в результате современные самолеты приобрели привычный для нас облик.
Реактивная эра.
Современный этап развития. Появление реактивных двигателей привело к увеличению высот и скоростей полета в разы, с предельной для самолетов второй мировой войны 700 км/час и высоты полета до 10 км до более 2000 км/час и высот полета более 20 км.
Был преодолен так называемый «Звуковой Барьер». Современные самолеты летают со скоростями превышающими скорость звука в 2-3 раза (обычно называют М-«числа Маха» отношение скорости полета к скорости звука равной примерно 340 м/с).
Был преодолен «Тепловой Барьер» связанный с полетом на сверхзвуковой скорости, когда повышение температуры корпуса самолета оказывалось больше допустимого. Для решения проблемы потребовалось применение новых материалов и применение специальных мер. Например на Ту-144 применяется охлаждение корпуса топливом.
Наконец современные самолеты освоили космические высоты ранее не достижимые для подобных летательных аппаратов.
http://krylatv.livejournal.com/?skip=50
ВЕРТОЛЕТЫ
Основные идеи и
краткая история
Вертолет или иначе «Геликоптер» создает подъемную силу за счет вращения винта, в отличии от самолета, где подъемная сила создается поступательным движением аппарата.
Воздух обтекает лопасти вращающегося винта вертолета и так как для создания подъемной силы не имеет существенного значения создается ли движение путем перемещения всего аппарата или перемещением одного крыла относительно воздуха, то и основной принцип появления данной силы неизменен –на изогнутом профиле лопасти винта появляться сила поднимающая летательный аппарат. Винт воздействует на воздух с той же силой и приводит его в движение.
Движение воздуха направлено сверху вниз. Аппарат как бы висит на воздушных струях.
Вращение винта создает так называемый «реактивный момент», закручивающий летательный аппарат в противоположную сторону. Для компенсации применяют либо соосную схему с двумя винтами вращающимися в разные стороны, чаще используют малый хвостовой «подруливающий» винт задача которого создать момент в направлении противоположному действию реактивного момента.
Следует отметить, что «реактивный момент» не является свойственным только вертолетам.В равной степени момент возникает и на вращающемся винте у самолета и компенсируется положением элеронов или рулей высоты.
Идея создания подобного аппарата была высказана еще Леонардо Да Винчи в 1475г. Неоднократно совершались попытки построить подобный аппарат, в т.ч. и в России. Так в 1754 г. М.В. Ломоносовым были проведены экспериментальные работы по определению подъемной силы летательного аппарата с соосными винтами. Однако практическое использование, даже при удачной попытки поднять аппарат в воздух, было невозможно. Вертолет мог поднять вверх только себя самого. Для движения вперед необходимо было иметь дополнительное
устройство создающее силу в направлении поступательного движения. Вес конструкции, и без того немалый, существенно возрастал.
Вертолет классической схемы появился после изобретения Б.Н. Юрьевым автомата перекоса, т.е. устройства отклоняющего лопасти несущего винта по мере движения по окружности. Реактивный момент возникающий при одновинтовой схеме компенсировался подруливающим винтом вынесенным на хвостовой балке.
В России первый вертолетоподобный аппарат, с соосными винтами, создал и довел до стендовых испытаний в 1908 И. И. Сикорский. Попытки поднять его в воздух оказались неудачными. Проблемы возникали при передачи вращательного движения от двигателя к винтам. Величина подъемной силы оказалась примерно равна весу аппарата без пилота. Иначе говоря, вертолет мог подняться в воздух, но без своего создателя.
1909 г. Б. Н. Юрьев построил вертолет классической схемы – несущий винт диаметром 8м. и подруливающий винт на хвостовой балке. К сожалению попытки поднять машину в воздух оказались неудачными, из-за
недостаточной прочности главного вала.
Первый летающий аппарат классической схемы (Изображен на плакате)
ЭКРАНОПЛАНЫ
Основные идеи и краткая история
Экранопланы, или экранолеты – летательные аппараты, высота полета которых лежит в пределах ширины (хорды) крыла.
Можно предложить такое упрощенное объяснение явления. При полете на малой высоте возмущение воздушного потока, распространяющееся от поверхности крыла, достигает поверхности воды или земли. Далее происходит отражение и обратное движение. Если отраженная волна возмущения достигнет крыла, то давление в этой области возрастет. Что приведет к увеличению подъемной силы. Под крылом создается как бы «динамическая»
воздушная подушка. Так как скорость передачи возмущения в воздухе равна скорости звука, то «эффект экрана» будет проявляться на высотах
; где Н-высота полета, b – хорда крыла, а – скорость звука, V-скорость движения аппарата.
Можно утверждать, что идея создания экраноплана была заимствована у природы. Наблюдения позволили установить, что летучие рыбы при своем полете используют экранный эффект.
Испытатели столкнулись с эффектом влияния подстилающей поверхности «экрана» в начале 20-го века. Малые
скорости движения первых самолетов требовали значительной площади крыла. При расположении крыла в нижней части фюзеляжа пролет над полем при посадке получался очень долгим. Первый экраноплан был построен Т. Кларио (Финляндия) в 1935 г. С 1940 по 1960 г.г были предложены разнообразные конструкции
экранопланов Липишем А.(Австрия), Вейландом Х. (Швейцария), Корягиным В.Б. (США). Несмотря на многочисленные проекты, до сих пор широкого распространения экранопланы не получили, главным образом из-за трудностей обеспечения безопасного полета в условиях существования на пути следования препятствий.
Важной проблемой является обеспечение устойчивости полета. Многочисленные аварии опытных экранопланов происходили при полете в условиях встречного или бокового ветра.
исследование влияния подстилающей поверхности на характеристики крыла позволили подобрать алгоритм обеспечения безопасного полета. Наиболее удачные летательные аппараты на экранном эффекте были
построены Р.Е Алексеевым (СССР) в 60-х годах прошлого века. (Ростислав Евгеньевич Алексеев — кораблестроитель, создатель судов на подводных крыльях и экранопланов. Дважды совершил революцию в мировом судо- и авиастроении.) Наиболее известные – экранопланы Алексеева «Орленок», «Лунь» и КМ - «Корабль Макет». Последний имел максимальный взлетный вес 544 т. при полезной нагрузке 300 т. и максимальной скорости движения 500 км/час.
Экраноплан КМ
АЭРОСТАТЫ
они же
воздушные шары, они же монгольфьеры)
Воздухоплавание-
это летание на аппаратах легче воздуха (в отличие от авиации). До начала 20-х гг. 20 века термин «Воздухоплавание» обозначал передвижение по воздуху вообще. Зарождение научных основ Воздухоплавания и первые попытки подняться в воздух, используя законыаэростатики, относятся к 18 веку. Как свидетельствует летопись, в России попытка подъёма на большом шаре, наполненном дымом, относится к 1731 (записки С. М.
Боголепова, воспроизведённые в рукописи А. И. Сулукадзева «О воздушном летании в России с 906 лета по Р. Х.»).
1783 член Петербургской АН Л. Эйлер вывел формулы для расчёта подъёмной силы аэростатов.
Дирижабли
June 25th, 2011
Дирижабли Основные идеи и краткая история
Дирижабль – летательный аппарат легче воздуха способный перемещаться практически в любом направлении практически вне зависимости от направления ветра, в отличии от шара.
Обязательно наличие двигательной установки. При соответствующей силовой установки, скорость движения может достигать более 100 км/час. Форма дирижабля сигарообразная, вытянутая из-за требований аэродинамики. Отношение длины к диаметру лежит в пределах 4(дирижабли монгольфьеры)-10(жесткие дирижабли).
Понятие «жесткий», «полужесткий» и «мягкий» дирижабли связано с наличием или отсутствием каркаса.
Мягкий
дирижабль характеризуется отсутствием каркаса. Кабина (гондола) крепится непосредственно на оболочку с помощью системы тросов и силовых элементов на оболочке. Также крепится силовая установка и оперение. Оболочка как правило не разделяется на секции, но внутри могут быть образованы отдельные замкнутые полости для компенсации воздухом изменение давления внутри оболочки.
Полужесткий
дирижабль – летательный аппарат легче воздуха с силовой рамой расположенной снаружи, снизу, или внутри оболочки. Аэродинамическая нагрузка частично воспринимается оболочкой, и, в большей степени, силовой рамой. Гондола и силовая установка расположены на раме, оперение может крепится к оболочке. Оболочка чаще всего не разделяется на отсеки, но внутри могут быть образованы отдельные замкнутые полости для компенсации воздухом изменение давления внутри оболочки.
Жесткий
дирижабль – конструктивно выполнен как ферменная конструкция с натянутой на нее внешнюю оболочкой. Легкий газ закачивается в баллонеты расположенные внутри оболочки, однако возможны и другие варианты исполнения. Силовая установка расположена на силовой ферме, кабина и жилые помещения могут быть частично размещены внутри оболочки. Типичным примером являются дирижабли графа
Цеппелина.
По своим характеристика данные типы дирижаблей можно расположить следующим образом: жесткий – гигантские дирижабли; полужесткий – дирижабли меньшего размера, которые можно отнести к тяжелому классу; мягкий – дирижабли среднего и малого класса. Конкретные размеры зависят от свойств материалов и применяемого легкого газа.
Первый успешный полёт дирижабля со скоростью 22—25 км/ч был совершен французским воздухоплавателем А. Сантос-Дюмоном, который 13 ноября 1899 облетел вокруг Эйфелевой башни в Париже и благополучно вернулся к месту старта.
На рисунке на плакате изображен