Сичов, А. Д. Як літають планери / А. Д. Сичов, І. С. Лігор. – Текст: безпосередній // Юний вчений. – 2021. – № 3.1 (44.1). – С. 75-77. – URL: https://moluch.ru/young/archive/44/2482/ (дата звернення: 05.01.2025).
Стаття занурює нас у захоплюючий світ повітроплавання та авіації. На основі історичних, теоретичних та практичних досліджень розкриває принцип «підйомної сили крила».
Ключові слова: авіація, планер, крило літака, підйомна сила крила літака.
Мене давно зацікавила тема авіації. Ще в дитячому садку ми з друзями робили макети різних літаків. І для наших літаків створили цілий аеропорт із аеродромом, диспетчерською вежею та інженерними спорудами. Поспостерігавши за польотами саморобних моделей літаків, мені захотілося дізнатися секрет польотів апаратів, які важчі за повітря і спробувати зробити свій планер. Завжди цікаво дізнаватися щось нове для себе та експериментувати. Як літак чи планер тримається у повітрі? Які крила потрібні апарату, який важчий за повітря? У чому секрети профілю крила? Щоб отримати відповіді на ці запитання, вирішив провести дослідження.
Проблема полягає в тому, що сучасні діти багато часу проводять за комп'ютерними іграми і перед телевізором.
Я вважаю, що виготовляти планери своїми руками не тільки корисно, тому що знайомишся зі світом авіації, вчишся працювати з різними інструментами, але й дуже цікаво та захоплююче, тому що ти сам змайстрував собі майже справжній планер.
Цей матеріал можна використовувати на уроках навколишнього світу, історії, праці, для проведення позакласних заходів у групах продовженого дня.
Актуальність роботи в те, що вона має велике практичне значення.
Метою роботи було познайомитися з історією авіації та вивчити процес створення підйомної сили крила.
У ході роботи вирішувалися такі завдання:
– Вивчити різні види профілів крил планера;
– Познайомитися з матеріалами та технічними засобами, необхідними для створення крил планера;
– Створити планер з різними видами профілів крила;
– досвідченим шляхом виявити найкращий профіль крила планера для польоту.
В даний час можна відзначити зростання інтересу до вивчення авіатехніки.
Офіційна історія авіації розпочалася 1903 року з польотів братів Райт, коли їхній перший літак подолав 36 метрів за 12 секунд на висоті 3 метри. Це був перший повноцінний політ людини на апараті важчим за повітря, оснащене двигуном внутрішнього згоряння, і ширяють на крилах.
Прагнення людини літати можна знайти, розглядаючи і вивчаючи історію людства. Ікар і Леонардо да Вінчі, брати Монгольф'є, Олександр Федорович Можайський, всі ці люди зробили свій внесок у історію авіації.
Першим винахідником повноцінного крила, що несе в повітрі, прийнято вважати німецького інженера Отто Ліліенталя (народився 23 травня 1848 року). Саме ця людина створила науку про планеризм і розгадала загадку профілю крила птахів. За своє життя Отто Лілієнталь здійснив на побудованих ним планерах понад 2 тисячі польотів.
А ось створив науку про крила, наш співвітчизник Микола Єгорович Жуковський. Велика кількість цілеспрямованих експериментів, проведених Жуковським та його учнями, поступово призводила Миколу Єгоровича до відкриття фундаментального закону аеродинаміки — закону про підйомну силу крила.
Види профілів авіаційних крил
В аеродинаміці профіль -форма поперечного перерізу крила або іншої гідроаеродинамічної конструкції.
Розглянемо спрощену схему дії фізичних сил на крило літака.
Крило має несиметричний профіль знизу та зверху.
Безперервний потік повітря поділяється крилом на частини, одна з яких проходить над крилом, а інша під ним. Оскільки профіль несиметричний, то для того, щоб знову зійтись за крилом в одній точці «верхньому» потоку потрібно пройти більший шлях, ніж «нижньому», тому повітря над крилом доводиться рухатися з більшою швидкістю, ніж під ним.
Відповідно до закону Бернуллі статичний тиск у потоці зменшується зі зростанням швидкості потоку, тому в потоці над крилом статичний тиск буде нижчим. Різниця тисків у потоці під крилом та над ним і становить підйомну силу.
А для демонстрації цієї ідеї досить простого гнучкого та легкого аркуша паперу. Беремо лист, підносимо його до рота, і дме над ним щоб створити модель, в якій потік повітря над листом паперу рухається швидше ніж під ним. З першої чи другої спроби аркуш паперу попри тяжіння дійсно піднімається під дією підйомної сили вгору.
Профіль крила можна створити різними способами, використовуючи різну техніку. Розглянемо кілька найпопулярніших та найцікавіших видів профілів крила.
Симетричні, двояко опуклі, опукло увігнуті, плоско опуклі, S – образні.
1) Симетричні профілі.
Симетричні або профілі з дуже малою кривизною застосовуються на швидкісних літаках, а також не швидкісних літаках для органів оперення.
2) Двояко-опуклі профілі
з великою кривизною верхньої та нижньої поверхонь профілю забезпечують не тільки високу несучу здатність, але й велику міцність та жорсткість крила. Як правило, такі профілі використовуються на швидкісних важких літаках (транспортних та пасажирських).
3) Плоско-опуклі профілі
мають середні несучі здібності, є простими у виробництві та застосовуються на нешвидкісних літаках.
4) Випукло-увігнуті профілі
мають велику несучу здатність і переважно застосовувалися на перших літаках початку минулого століття. Вони забезпечують найбільшу підйомну силу за малих швидкостях польоту. На сучасних літаках така форма профілю створюється штучно за відхилення закрилків.
5) "S" — образні профілі
— це самостійкі профілі, що застосовуються на літаках зі схемою безхвостіка для поздовжнього балансування літака.
Для виготовлення свого макета планера та випробування на ньому різних профілів крила, я вибрав найдоступніший матеріал екструзований пінополістирол або як його в народі називають «стелі», таку назву він отримав за використання в декоративних стельових плитах.
З інструментів мені стали в нагоді: струбцини, канцелярський ніж, будівельний косинець і шліфувальна шкірка. Складання робив на будівельному клеї для стельових плит, він сильно пахне, але дуже добре клеїть. Спочатку я знайшов в інтернеті креслення вільнолітаючого планера. Переніс розміри на плиту «стелі» та вирізав ножем.
Оскільки дослідженням було порівняння різних профілів крила, я зробив три типи крил: крило з плоским профілем, як було на кресленнях з інтернету; крило з опукло-увігнутим профілем; крило з плоско-опуклим профілем.
Найскладніше було зробити крило з крило з плоско-опуклим профілем. Його потрібно було збирати із чотирьох елементів і ретельно обробляти всі краї.
Нарешті, всі три крила були готові, і можна було приступити до випробувань.
Для визначення характеристик різних типів крил я провів експериментальні пуски планера, по черзі змінюючи крила.
У ході пусків планера вимірювалася дистанція польоту планера та час перебування у повітрі. Вимірювальними приладами виступили будівельна рулетка та смартфон із програмою «секундомір». Моїми помічниками були однокласники. Вони допомагали мені робити виміри.
У ході випробувань найкращі характеристики на моєму планері продемонструвало крило з «Випукло-увігнутим профілем», що наочно підтверджується історією авіації, адже подібні крила ставилися на перші літаки на початку ХХ століття, а мій планер дуже схожий на них за льотними даними.
Я провів майстер-клас із виготовлення моделі планера для своїх однокласників. В результаті, кожен хто хотів, зробили свої моделі і ми влаштували змагання з дальності та часу польоту планерів. Таким чином я знайшов практичне застосування своїм моделям.
Висновок можна зробити наступний, що створювати моделі літаків своїми руками не лише цікаво, а й корисно. Хоча це довгий і трудомісткий процес, але багато чого може навчити. Він допомагає розвивати знання, уяву, вчить бути терплячим, посидючим та послідовним.
Прояснивши деякі секрети у створенні малої авіації, і продемонструвавши аеродинамічний досвід однокласникам, я зацікавив їх і тепер кожен з них може, доклавши трохи зусиль і терпіння створити свій власний планер. І як з'ясувалося, створювати свої моделі літаків і грати в них набагато цікавіше, ніж сидіти в телефоні або за комп'ютерними іграми.
- Бєлоусов Ю.А «Я пізнаю світ» Дитяча енциклопедія. "Авіація". – М.: "Видавництво Астрель", "Олімп", "Фірма "Видавництво АСТ", 2000.
- Військово-авіаційний словник. – М.: Воєніздат, 1966. – 472 с.
- В. С. Шергіна, А.І Юр'єв «Що таке? Хто такий? Дитяча енциклопедія. Т.2. – М: АСТ, 2007.
Люди допоможіть пажаласта з підбою профілю! Є думка зайнятися аерофотозйомкою з планера, відповідно потрібно грамотно підібрати профіль. Цікавить лише підйомна сила, лобовий опір мало значущий. Планер з розмахом 3 метри (орієнтовно важитиме близько трьох кг + фотоапарат) Планер не розрахований на фігури вищого пілотажу. Чисто горизонтальний політ, стійкість, значне прибуття повітря з мінімумом витрат енергії, швидкість значення немає. Тобто. зліт на движку, а далі ширяння високо і далеко (орієнтовно кілометр) і невеликі переміщення, знову ж таки, за допомогою движка, потім знову ширяння. Є кілька кандидатів: Сlark Y (до речі, хтось знає відмінність від Clark YH та Clark YS), профілі Бенедека, Макарова-Кочкарьова. Ще таке питання – останні два профілю звичайно хороші, але чи не будуть вони заважати при польоті на движку? І хто знає, де про них можна детальніше почитати?
З повагою, Yorix.
[quote=yorix,Nov 26 2004, 17:58]
Люди допоможіть пажаласта з підбою профілю! Є думка зайнятися аерофотозйомкою з планера, відповідно потрібно грамотно підібрати профіль. Цікавить лише підйомна сила, лобовий опір мало значущий.
Не треба так ускладнювати!
Профіль CD або HQ 8-9%
Про кларки. Y – вихідний. YH – має дуже слабко виражену S-образність, YS – має пристойну S-подібність. Найбільш несучий з них – просто Y. З них я б застосував Y. На цьому лінку www.nasg.com/afdb/index-e.phtml , ймовірно, є параметри на них.Так як сильно високих вимог у тебе до профілю немає, то я б застосував щось завтовшки 10-12% за таких розмірів (простіше міцніше). Якщо не ліньки зробити щось складніше Кларка, то можеш пошукати серед Selig'ів. Вони мають багато профілів для моделей.
Selig'і я думаю що треба! 😃 Просто на www.nasg.com/afdb/list-polar-e.phtml стільки профілів, що я спочатку не знав з чого і починати, а їх переглядати у мене немає можливості зв'язку з інтернетом. А тут хоч направили мене на справжній шлях:) Дякую flysnake! Список пошуку різко скоротився, до речі, Юрок82, а що примітного у профілях CD та HQ 8-9%? Чи це якраз до того, що не треба так ускладнювати? ТАК НАВПАКИ! Я навпаки хочу заморочитися і підібрати профіль профіль незалежно від складності його виготовлення:) У цьому і є вся краса! Ось тільки як би в калюжу не сісти з занадто вигнутими профілями Selig в плані двигуна, адже це не найкращий варіант профілю для нього? Адже все-таки потяг має бути якийсь! Я хочу якомога ближче підійти до ширяння, але промпеллер іноді не завадить 🙂
Люди допоможіть пажаласта з підбою профілю! Є думка зайнятися аерофотозйомкою з планера, відповідно потрібно грамотно підібрати профіль. Цікавить лише підйомна сила, лобовий опір мало значущий. Планер з розмахом 3 метри (орієнтовно важитиме близько трьох кг + фотоапарат) Планер не розрахований на фігури вищого пілотажу. Чисто горизонтальний політ, стійкість, значне прибуття повітря з мінімумом витрат енергії, швидкість значення немає. Тобто. зліт на движку, а далі ширяння високо і далеко (орієнтовно кілометр) і невеликі переміщення, знову ж таки, за допомогою движка, потім знову ширяння.Є кілька кандидатів: Сlark Y (до речі, хтось знає відмінність від Clark YH та Clark YS), профілі Бенедека, Макарова-Кочкарьова. Ще таке питання – останні два профілю звичайно хороші, але чи не будуть вони заважати при польоті на движку? І хто знає, де про них можна детальніше почитати?
З повагою, Yorix.
Benedek-і, Gottingen-и, Е-387…-це всі профілі, що дозволяють моделі летіти разом з потоком. Тобі треба щось середнє так скажемо між вільно ширяючим і невільно ширяючим профілем взяти)
А повітряний гвинт створи з лопатями, що складаються, якщо у тебе непостійний режим роботи двигуна. Оскільки пропелер, що зупинився, створить деякий несприятливо впливає на політ (його швидкість і дальність) повітряний опір. А двигун напевно буде стояти ВС)) ну а це не гумомоторка з вільним гвинтом тобто коли гумка розкрутиться гвинт сам під потоком продовжить обертатися)) так що тут варіант – лопаті на пружинах, що складаються ☕
HQ/W-2,5/11 K 2,438 11,00 Großsegler Allround
Великий універсальний планер.
Пилотаж, мав на увазі, петлі, бочки… щоб без зривів та несподіваних тенденцій (як буває у деяких специфічних профілях).
Тут не тільки зривні явища погані. Тут скоріше забезпечення міцності довгого дерев'яного крила на різні крутки та вигини.
Та ще й флаттер, якщо раптом наберете швидкості… А без швидкості навіть найпростіший пілотаж не пройде.
Тобто, це все не те щоб неможливо забезпечити, але все-таки нетривіально …
Подивився на S3021, так, ще один кандидат додався… Але тонкуватий трохи… 9,5%…
Ну то це зворотний бік. Зате спритніший за Кларка.
Подивіться схожі профілі, може знайдеться й товстіша.Тільки кривизну не дуже велику шукайте, до 3%
Цей профіль реально пробували?
Мені здається він для більших моделей застосовний, 5 і більше метрів.
Та й нижня площина не зовсім рівна… 😦
За міцність не турбуйтесь. Я вмію будувати. 😒
А Про КЛАРК пишуть "можна використати для всього, що літає"…
І з урахуванням, що в крило треба втиснути ефективні гальма, Кларк поки що краще.
Ще варіанти є?
Вмію будувати – міцність – флаттер 😁 Не особливо сумісне. Міцність закладається у момент проектування 😁
Плоска нижня поверхня – неможливо знайти в сучасних профілях, та й не потрібно це.
З приводу HQ, HQ/W – маса статей та літератури у німецькій періодиці. Ще для великих машин використовують SB, HN…
Настійно рекомендую читати на RC Group форум, присвячений планерам-копіям.
To Lazy – недо пояснювати…
У слові БУДУВАТИ було на увазі, не тільки пиляти, точити, стругати …, але і як Ви помітили проектувати. Не одну модель сам розробив та побудував.
Якщо я чогось не розумію чи сумніваюся, я питаю. Якщо не питаю, значить Впевнений у своїх думках.
А саме за профілями дякую, буду вивчати. Розділ на RC Group читаю регулярно.
Бачу на жаль лише те, що написано. А написано – будувати. За проектувати – ні слова! Звиняйте… 😊
Бері S7037 – хаароший профіль, чемпіонський.
Щодо плоскої нижньої поверхні – це несерйозно. Хороших планерних плоскопуклих профілів немає. Для такого великого апарату застосовувати Кларк – по-дицьки, чи що. 😊
А гальмо яке буде, на крилі? Чи на фюзі? Якщо останній – цікаво б поглянути. На планерах ще такого не бачив.
To Lazy – ноу проблем.
S7037 – цей профіль я знаю, літав на ньому на 2-х метровому планері. Він мені дуже подобається.
Але він тонкий. Товщина крила в районі гальм (гальма в крилі, ножеподібні) 25 мм, це якщо застосовувати Кларк. 21 мм Якщо застосовувати Е-205.
3 метри великий планер? ні, не думаю … 😒
Та й дуже тонке крило не дуже копійно виглядатиме…
Добре вмовили, Кларко убік.
Зупинюся на Я-205, він досить близький до S3021 і S7037.
Почну будівництво триматиму Всіх в курсі. Може, кому буде цікаво.
Про обраний прототип теж повідомлю пізніше, поки знову-таки цей злісний ВИБІР … 😃
Близько 2-х років експлуатую, вірніше син експлуатує, а я ремонтую планер з розмахом крила 2,1 м. Профіль Е-205. Кермо напряму та кермо висоти. Лобік до лонжерону обшитий бальзою, крило обтягнуте плівкою. Жодних проблем. Конструктивно було просто збирати. Профіль помірно товстий тому і жорсткість крила достатня і проти вітру планер йде/навантаження 35 гр/дм. Минулого року син виступав на Росії у класі F3J. Відлітав вважаю нормально, увійшов до десятки серед юнаків. Звісно через відсутність механізації крила проблеми з точністю посадки.
Тож рекомендую 205-й.
S7037 – цей профіль я знаю, літав на ньому на 2-х метровому планері. Він мені дуже подобається.
Старий друг – краще нових двох! 😃
Якщо Re у всіх режимах польоту більше 100 000, то сміливо став Е205. Теоретично можна і краще знайти, але його дійсно просто зробити і він непогано розганяється на відміну від Кларка
Навздогін, ось знайшов цікавий ресурс за профілями, але він на Німецькій мові … 😠
www.aerodesign.de/profile/profile_n.htm
Може хто зможе в кратце російською викласти … 😇
Системам електронного перекладу не довіряю… Специфіка є своєю…
Ще раз дякую.
Якщо переклад ще когось цікавить: Автор плюється на "свинський" е-205, пише що утворюються "ламінарні бульбашки" і хоч він дуже поважає Професора Еплера, але радив би Кларк 10% або s-3021. Причому проблеми проявляються частіше, якщо крило обтягнуте плівкою. Микал.папір/Шовк якщо непокриті лаком, цією негативною властивістю не мають.
Це короткий зміст тексту і моїм поглядом перестав бути т.к. до сьогодні я й не знав, що такий профіль існує.
Чому вони. Нижня поверхня є абсолютно плоскою. Можна без напруження будувати на рівній дошці.
Ну, загалом, без особливого напруження можна і під опукло-увігнуту площину зробити стапель – тут уже дивіться не на простоту виготовлення а щоб кайф від польоту отримати … якщо хочете нормальний планер зробити і сумлінно – намагайтеся шукати поменше легких шляхів.
Ще раз дякую за співучасть.
Ще одне прохання, навчіть будь ласка “читати” епюри профілів.
Програма ПРОФІЛІ2 вміє малювати багато графіків. Як їх застосувати практично? Буває порівнюєш 2 профілю, відмінності ледь видно неозброєним оком, а графіки кардинально відрізняються.
І ось ще натрапив на дуже цікавий ресурс, для затятих шанувальників планерів, особливо старих.
Ще раз дякую за співучасть.
Ще одне прохання, навчіть будь ласка “читати” епюри профілів.
Програма ПРОФІЛІ2 вміє малювати багато графіків. Як їх застосувати практично? Буває порівнюєш 2 профілю, відмінності ледь видно неозброєним оком, а графіки кардинально відрізняються.
Щодо читання графіків. Цією програмою я не скористався. Більше того, не вірю жодній програмі розрахунку профілів.Причина проста: візьми з www.nasg.com/afdb/search-airfoil-e.phtml поляри на профілі (наприклад Е205, Е387 – вони виміряні) і цих же Re порівняй з полярами, отриманими з розрахунку. Взагалі-то профіль має кілька поляр. Найбільш відома поляра Сх. Су (вона CD, CL). По осі Х – коефіцієнт лобового опору, По осі У – коефіцієнт підйомної сили. Самі сили: F=0.6*V*V*C, (спрощений вигляд) F – питома сила у грамах на дм**2, V – швидкість м/с, З – самі коефіцієнти. Якщо взяти будь-яку точку поляри, то відношення Су/Сх у ній – це аеродинамічна якість профілю у цій точці.
Є ще поляри залежності підйомної сили та моменту крила від кута атаки. Чим вони пряміші – тим краще.
Про інші графіки, які генерує ця програма, нічого не знаю.
З приводу відмінності параметрів профілів при зовнішній схожості. Крім всяких товщин, кривизн та іншого, що видно неозброєним поглядом, у профілю дуже велике значення має радіус носика і кут при якому він переходить у профіль та ще кілька подібних характеристик. Саме тому, що неможливо точно виготовити профіль (відмінності не видно неозброєним поглядом) і не варто морочитися особливо довго вибором профілю… 😃 Все одно вийде щось інше… Удачі!
😕 а де на профлі подивитися можна ❓
А ще що ви можете порадити для F3J ❓
Заздалегідь вдячний 😋
To flysnake
Дякую велике.
Це саме та відповідь на яку я чекав…
Нема чого морочитися з профілем… Посидів, порівнював поляри та інші параметри… Відчути різницю схожих профілів змолуть хіба що профі… Та й усе це виготовлятиметься в домашніх умовах.
☕ Летить у нормі, простий у побудові HQ можу вислати координати
Доброго дня.
Йде холодна пора року, саме час зайнятися будівництвом нової моделі.
Будуватиму копію планера розмахом 3 метри. Дерев'яні конструкції.
Ось стою перед вибором профілю.
Хочеться, щоб модель вийшла максимально універсальною. І на гору, і на рівнині в термік, і легкий пілотаж покрутити.
Також важливий чинник “простоти” будівлі крила.
Взагалі вибираю поки що з двох "кандидатур" CLARK Y та Е-205.
Чому вони. Нижня поверхня є абсолютно плоскою. Можна без напруження будувати на рівній дошці.
Небагато даних для роздумів: ☕
Площа крила 50-60 дм
Вага готової моделі 2400-3000 грн.
У конструкцію закладено повітряні гальма.
Закрилка нема, тільки елерони.
Обшивка – до лонжерону жорстка, далі плівка.
Ось, власне, і все…
Будь ласка, Ваші рекомендації, досвід використання.
Може порадите інший якийсь. ❓
Наперед вдячний.
Додано
😁 Сидить один моделіст над проектуванням таймерки, а точніше тільки олівець заточив для промальовування креслення, потім раптом схоплюється з місця і кричить “виникла проблема” всі з цікавістю збираються навколо нього, допомогти, порадити, а він і каже “ось думаю, ініціали на крилі витравити чи виполірувати?” … все це до того що при сучасних технологіях жорсткості вистачить на будь-якому профілі, але якщо обтяжка буде м'яка, то використання ламінарних профілів неприпустимо, тому треба брати той, який летітиме, а це або 205 або HQ, а взагалі “РОБИ ТРЕБА І ЛІТАТИ” ! 😒