Как сделать самолетик из бумаги? Исследовательская работа «Мой бумажный самолетик отправляется в полет Супер самолет из бумаги

Научная историко-исследовательская работа
Выполнила:ученица 11 класса Зарипова Рузиля
Научный руководитель:Сарбаева А.А.
МБОУ СОШ с.Красная Горка

Введение

Даже самая простая модель самолета - это самолет в миниатюре со всеми его свойствами. Многие известные авиаконструкторы начинали с увлечения авиамоделизмом. Чтобы построить хорошую летающую модель, нужно немало потрудиться. Все люди когда-нибудь делали бумажные самолетики и запускали их в полет. Бумажные самолетики получают популярность во всем мире. Это привело к введению нового термина аэрогами. Аэрогами – современное название изготовления и запуска бумажных моделей самолетов, одно из направлений оригами (японского искусства складывания бумаги).
Актуальность этой работы обусловлена возможностью использовать полученные знания для проведения уроков в начальных классах с целью вызвать интерес у учащихся к миру авиации и выработать необходимые качества и умения использовать творческий опыт и знания в изучении и развитии авиации.
Практическая значимость определяется возможностью провести мастер-класс по складыванию бумажных самолетиков разных моделей у учителей начальных классов, а также возможностью провести соревнования среди учащихся.
Объектом исследования являются бумажные модели самолетов.
Предметом исследования является возникновение и развитие аэрогами.
Гипотезы исследования:
1) бумажные модели самолетов являются не только забавной игрушкой, а чем-то, более важным для мирового сообщества и технического развития нашей цивилизации;
2) если при моделировании изменять форму крыла и носа бумажного самолетика, то может измениться дальность и продолжительность его полета;
3) 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.
Цель исследования: проследить историю развития аэрогами, узнать какое влияние оказывает это увлечение на общество, какую помощь оказывает бумажная авиация в технической деятельности инженеров.
В соответствии с поставленной целью нами были сформулированы следующие задачи :

• Изучить информацию по данной проблеме;
• Ознакомиться с различными моделями бумажных самолетов и научиться их выполнять;
• Изучить дальность и время полета разных моделей бумажных самолетов.

Аэрогами – бумажная авиация

Аэрогами берет свое начало из всемирно известного оригами. Ведь основные приемы, техника, философия идут от него. Датой создания бумажных самолётиков следует признать 1909 год. Тем не менее, наиболее распространённая версия времени изобретения и имени изобретателя - 1930 год, Джек Нортроп -основатель компании Lockheed Corporation. Нортроп использовал бумажные самолётики для тестирования новых идей при конструкции реальных самолётов. Он сконцентрировался на разработке «летающих крыльев», которые он считал следующим этапом развития авиации. В наши дни бумажная авиация, или аэрогами, получила мировую известность. Каждый человек знает, как сложить элементарный самолетик и запустить его. Но на сегодняшний день это уже не просто забава для одного или двух человек, а серьезное увлечение, по которому проводятся соревнования по всему миру. Red Bull Paper Wings – пожалуй, самое грандиозное соревнование «бумажных авиаторов» в мире. Чемпионат дебютировал в Австрии в мае 2006 года, приняли участие спортсмены из 48 стран. Количество участников отборочных туров, проводящихся по всему миру, превысило 9500 человек. Участники традиционно соревнуются в трех категориях: «Дальность полета», «Длительность полета» и «Аэробатика».

Кен Блэкберн – мировой рекордсмен по запуску самолетиков

Имя Кена Блэкберна известно всем фанатам бумажной авиации и это неудивительно, ведь он создал модели, которые били рекорды по дальности и времени полета, рассказал о том, что маленький самолетик – это точная копия большого и что на нее действуют те же законы аэродинамики, что и на настоящие. Мировой рекордсмен Кен Блэкберн впервые познакомился с конструкцией квадратных бумажных самолетиков в возрасте всего 8 лет во время посещения любимой авиационной секции. Он заметил, что самолеты с большим размахом крыла летают лучше и выше обычных самолетов-дротиков. К неудовольствию школьных учителей, юный Кен экспериментировал с конструкцией самолетиков, посвящая этому массу времени. В 1977 году он получил в подарок Книгу рекордов Гиннесса и твердо решил побить действующий 15-секундный рекорд: его самолеты иногда находились в воздухе больше минуты. Путь к рекорду не был легким.
Блэкберн изучая авиацию в университете Северной Каролины, пытался достичь поставленной цели. К тому времени он понял, что результат зависит больше от силы броска, чем от конструкции самолета. Несколько попыток вывели его результат на уровень 18,8 с. К тому времени Кену уже стукнуло 30. В январе 1998-го Блэкберн открыл Книгу рекордов и обнаружил, что был сброшен с пьедестала парой британцев, показавших результат 20,9 с.
Такого Кен допустить не мог. На этот раз в подготовке авиатора к рекорду участвовал настоящий спортивный тренер. Кроме того, Кен испытал множество конструкций самолетов и выбрал лучшие из них. Результат последней попытки оказался феноменальным: 27,6 с! На этом Кен Блэкберн решил остановиться. Даже если его рекорд будет побит, что рано или поздно должно случиться, свое место в истории он заработал.

Какие силы действуют на бумажный самолет

Почему же летают аппараты тяжелее воздуха - самолеты и их модели? Вспомните, как ветер гонит листья и бумажки вдоль улицы, поднимает их вверх. Летящую модель можно сравнить с предметом, гонимым потоком воздуха. Только воздух здесь неподвижен, а модель мчится, рассекая его. При этом воздух не только тормозит полет, но при определенных условиях создает подъемную силу. Посмотрите на рисунок 1(приложение). Здесь показано сечение крыла самолета. Если крыло будет расположено так, чтобы между его нижней плоскостью и направлением движения самолета был некоторый угол a (называемый углом атаки), то, как показывает практика, скорость потока воздуха, обтекающего крыло сверху, будет больше, чем его скорость снизу крыла. А по законам физики в том месте потока, где скорость больше, давление меньше, и наоборот. Вот почему при достаточно быстром движении самолета давление воздуха под крылом будет больше, чем над крылом. Эта разность давлений поддерживает самолет в воздухе и называется подъемной силой.
На рисунке 2(Приложение) показаны силы, действующие на самолет или модель в полете. Суммарное действие воздуха на летательный аппарат представляют в виде аэродинамической силы R. Эта сила является результирующей силой, действующей на отдельные части модели: крыло, фюзеляж, оперение и т. д. Направлена она всегда под углом к направлению движения. В аэродинамике действие этой силы принято заменять действием двух ее составляющих - подъемной силы и силы сопротивления.
Подъемная сила Y всегда направлена перпендикулярно направлению движения, сила сопротивления X - против движения. Сила тяжести G всегда направлена вертикально вниз. Подъемная сила зависит от площади крыла, скорости полета, плотности воздуха, угла атаки и аэродинамического совершенства профиля крыла. Сила сопротивления зависит от геометрических размеров поперечного сечения фюзеляжа, скорости полета, плотности воздуха и качества обработки поверхностей. При прочих равных условиях дальше летит та модель, у которой поверхность отделана более тщательно. Дальность полета определяется аэродинамическим качеством К, равным отношению подъемной силы к силе сопротивления, то есть аэродинамическое качество показывает, во сколько раз подъемная сила крыла больше силы сопротивления модели. В планирующем полете подъемная сила модели Y обычно равна весу модели, а сила сопротивления X в 10-15 раз меньше, поэтому дальность полета L будет в 10-15 раз больше высоты Н, с которой начался планирующий полет. Следовательно, чем легче модель, чем она тщательнее изготовлена, тем большей дальности полета можно достигнуть.

Экспериментальное исследование моделей бумажных самолетов в полете

Организация и методы исследования

Исследование проводилось в МБОУ СОШ с.Красная Горка.

В исследовании мы ставили перед собой следующие задачи :

• Ознакомиться с инструкциями различных моделей бумажных самолетов. Узнать какие сложности возникают при сборке моделей.
• Провести эксперимент, направленный на исследование бумажных самолетов в полете. Все ли модели одинаково послушны при запуске, какое время они проводит в воздухе и какова дальность их полета.

Комплекс методов и методик , которые мы использовали для проведения исследования:

• Моделирование множества моделей бумажных самолетов;
• Моделирование экспериментов по запуску моделей бумажных самолетов.

При проведении эксперимента мы наметили следующую последовательность действий :
1.Выбрать заинтересовавшие нас виды самолетов. Изготовить модели бумажных самолетов. Провести испытания самолетов в полете, с целью определения их летных качеств (дальности и точности в полете, времени в полете), способа запуска и простоты исполнения. Данные занести в таблицу. Выбрать модели, показавшие лучшие результаты.
2.Три из лучших моделей выполнить из различных сортов бумаги. Провести испытания, данные занести в таблицу. Сделать вывод, какая бумага лучше всего подходит для выполнения моделей бумажных самолетов.
Формы записей результатов исследования - данные эксперимента фиксировать в таблицах.
Первичная обработка и анализ и результатов исследования осуществлялась следующим образом:

• Внесение полученных результатов эксперимента в соответствующие формы записей;
• Схематическое,графическое, иллюстративное представление результатов(подготовка презентации).
• Написание выводов.

Описание, анализ результатов исследования и выводы о зависимости длительности полета бумажного самолетика от модели и способа запуска

Эксперимент 1Цель: собрать информацию о моделях бумажных самолетов; проверить, насколько сложно собирать модели разных видов; проверить сделанные модели в полете.
Оборудование: офисная бумага, схемы сборки бумажных моделей самолетов, рулетка, секундомер, бланки для фиксирования результатов.
Место проведения: коридор школы.
После изучения большого количества инструкций моделей бумажных самолетов, мы выбрали пять, понравившихся мне моделей. Детально изучив инструкции к ним, мы выполнили эти модели из офисной бумаги формата А4. После выполнения этих моделей, мы провели их испытание в полете. Данные этих испытаний мы занесли в таблицу.

Таблица 1

	Название модели бумажного самолета	Рисунок модели	Сложность сборки модели(от 1 до 10 баллов)	Дальность полета,м (наиб.)	Время полета, с (наиб.)	Особенности при запуске
1	Основной дротик(Basic Dart)		3	6	0,93	Закручивается
2			4	8,6	1,55	Летит по прямой
3	Истребитель(Harrier Paper Airplane)		5	4	3	Плохо управляем
4	Сокол Ф-16(F-16 Falcon Paper Airplane)		7	7,5	1,62	Плохо планирует
5	Космический Шаттл(Space Shuttle Paper Airplane)		8	2,40	0,41	Плохо планирует

На основе данных этих испытаний мы сделали следующие выводы :

• Собирать модели не так просто, как можно было подумать. При сборке моделей очень важно симметрично выполнять сгибы, это требует определенной сноровки и навыков.
• Все модели можно разделить на два вида: модели, пригодные для запуска на дальность полета, и модели, которые хорошо себя показывают при запуске на длительность полета.
• Лучше всех вела себя при запуске на дальность полета модель №2 Сверхзвуковой истребитель (Delta Fighter).

Эксперимент 2

Цель: сравнить, модели из какой бумаги показывают лучшие результаты по дальности полета, по времени полета.
Материалы: офисная бумага, тетрадные листы, газетная бумага, рулетка, секундомер, бланки для фиксирования результатов.
Место проведения : коридор школы.
Три лучшие модели мы выполнили из различных сортов бумаги. Провели испытания, данные занесли в таблицу. Сделали вывод, какую бумагу лучше всего использовать для выполнения моделей бумажных самолетов.

Таблица 2

	Сверхзвуковой истребитель(Delta Fighter)	Дальность полета,м (наиб.)	Время полета,с (наиб.)	Дополнительные замечания
1	Офисная бумага	8,6	1,55	Большая дальность полета
2	Газетная бумага	5,30	1,13
3	Тетрадный лист бумаги	2,6	2,64	Из бумаги в клеточку выполнять модель проще и быстрее;очень большое время полета

Таблица 3

	Сокол Ф-16(F-16 Falcon Paper Airplane)	Дальность полета,м (наиб.)	Время полета,с (наиб.)	Дополнительные замечания
1	Офисная бумага	7,5	1,62	Большая дальность полета
2	Газетная бумага	6,3	2,00	Плавный полет, хорошо планирует
3	Тетрадный лист бумаги	7,1	1,43	Из бумаги в клеточку выполнять модель проще и быстрее

Таблица 4

	Основной дротик(Basic Dart)	Дальность полета,м (наиб.)	Время полета,с (наиб.)	Дополнительные замечания
1	Офисная бумага	6	0,93	Большая дальность полета
2	Газетная бумага	5,15	1,61	Плавный полет, хорошо планирует
3	Тетрадный лист бумаги	6	1,65	Из бумаги в клеточку выполнять модель проще и быстрее;очень большое время полета

На основе данных, полученных в ходе эксперимента, мы сделали следующие выводы:

• Из тетрадных листов в клеточку выполнять модели проще, чем из офисной или газетной бумаги, но при испытаниях они показывают не очень высокие результаты;
• Модели, выполненные из газетной бумаги очень красиво летят;
• Для получения высоких результатов по дальности полета больше подходят модели из офисной бумаги.

Выводы
В результате нашего исследования мы ознакомилась с различными моделями бумажных самолетов: они отличаются между собой сложностью складывания, дальностью и высотой полета, продолжительностью полета, что подтвердилось в ходе эксперимента. На полет бумажного самолета влияют различные условия: свойства бумаги, размер самолета, модель.. Проведенные эксперименты позволили выработать следующие рекомендации по сборке моделей бумажных самолетов:

• Прежде, чем приступить к сборке модели бумажного самолета, нужно решить, какой вид модели нужен: для длительности или дальности полета?
• Чтобы модель хорошо летала, сгибы нужно выполнять ровно, точно следовать размерам, указанным в схеме сборки,следить за тем, чтобы все сгибы выполнялись симметрично.
• Очень важно, каким образом загнуты крылья, от этого зависит длительность и дальность полета.
• Складывание бумажных моделей развивает абстрактное мышление человека.
• В результате исследования мы узнали, что бумажные самолетики используются для тестирования новых идей при конструкции реальных самолётов.

Заключение
Данная работа посвящена исследованию предпосылок развития популярности бумажной авиации, значению оригами для общества, выявлению является ли бумажный самолетик точной копией большого, действуют ли на него те же законы аэродинамики, что и на настоящие самолеты.
В ходе эксперимента, выдвинутая нами гипотеза 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.
Таким образом, наша гипотеза о том, что бумажные модели самолетов являются не только забавной игрушкой, а чем-то, более важным для мирового сообщества и технического развития нашей цивилизации, подтвердилась.

Список источников информации
http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/aviaciya_i_kosmonavtika/PLANER.html
http://igrushka.kz/vip95/bumavia.php http://igrushka.kz/vip91/paperavia.php
http://danieldefo.ru/forum/showthread.php?t=46575
Бумажные самолетики. – Москва // Новости космонавтики. – 2008 –735. – 13 c
Статья «Бумагия #2: Аэрогами», Принт Фан
http://printfun.ru/bum2

Приложение

Силы аэродинамики

Рис. 1. Сечение крыла самолета
Подъемная сила -Y
Сила сопротивления X
Сила тяжести - G
Угол атаки - a

Рис. 2. Силы, действующие на самолет или модель в полете

Творческие моменты

Делаю бумажный самолетик из офисной бумаги

Подписываю

Подготовка



Делаю бумажный самолетик из газеты



Делаю бумажный самолетик из тетрадного листка

Исследование(Слева секундомер)

Измеряю длину и записываю результаты в таблицу

Мои самолеты

Невероятные факты

Многие из нас видели, а может и делали бумажные самолетики и запускали их, глядя, как они парят в воздухе.

А задумывались ли вы, кто первым создал бумажный самолет и зачем?

Сегодня бумажные самолеты делают не только дети, но и серьезные авиастроительные компании - инженеры и дизайнеры.

Как, когда и для чего использовались и до сих пор используются бумажные самолетики, можно узнать здесь.

Немного исторических фактов, связанных с летательными аппаратами из бумаги

* Первый бумажный самолетик был создан около 2 000 лет назад. Считается, что первыми, кто придумал делать самолетики из бумаги, были китайцы, которые также увлекались созданием летающих змеев из папируса.

* Использовать бумагу для полетов решили и братья Монгольфье - Жозеф-Мишель и Жак-Этьенн. Именно они изобрели воздушный шар и использовали для этого бумагу. Произошло это в 18-м веке.

* Леонардо да Винчи писал об использовании бумаги для создания моделей орнитоптера (воздушное судно).

* В начале 20-го века, журналы, рассказывавшие о летательных аппаратах, использовали изображения бумажных самолетов для объяснения принципов аэродинамики.

Читайте также: Как сделать бумажный самолетик

* В своем стремлении построить первый летательный аппарат, способный перевозить человека, братья Райт использовали бумажные самолеты и крылья в аэродинамических туннелях.

* В 1930-х годах, английский художник и инженер Уоллис Ригби спроектировал свой первый бумажный самолет. Эта идея показалась интересной нескольким издательствам, которые начали с ним сотрудничать и публиковать его бумажные модели, которые довольно просто было собрать. Стоит отметить, что Ригби старался делать не просто интересные модели, но и летающие.

* Так же в начале 1930-х годов Джек Нортроп из Lockheed Corporation использовал несколько бумажных моделей самолетов и крыльев для тестирования. Это делалось перед созданием настоящих больших самолетов.

* Во время Второй мировой войны, правительства многих государств ограничивали использование таких материалов, как пластик, металл и дерево, так как они считались стратегически важными. Бумага стала общедоступной и очень популярной в индустрии игрушек. Именно это сделало бумажное моделирование популярным.

* В СССР бумажное моделирование было также очень популярно. В 1959 году вышла в свет книга П. Л. Анохина "Бумажные летающие модели". В итоге, эта книга, на многие годы стала очень популярной среди моделистов. В ней можно было узнать об истории самолетостроения, а также о бумажном моделировании. Все бумажные модели быль оригинальными, к примеру, можно было найти летающую модель из бумаги самолета "Як".

Необычные факты про бумажные модели самолетов

* Согласно Ассоциации бумажного самолетостроения, самолет из бумаги, запущенный в открытый космос, не будет летать, он будет планировать по прямой линии. Если самолетик из бумаги не столкнется с каким-нибудь предметом, он может вечно парить в космосе.

* Самый дорогостоящий бумажный самолет был использован в космическом челноке во время очередного полета в космос. Одной лишь стоимости топлива, использованного для доставки самолета в космос на челноке, достаточно, чтобы назвать этот бумажный самолет самым дорогим.

* Самый большой размах крыльев бумажного самолета составляет 12, 22 см. Самолет с такими крыльями смог пролететь почти 35 метров, перед тем, как столкнулся со стеной. Такой самолет был сделан группой студентов с Факультета авиа- и ракетостроения из Политехнического института в Дельфте, Нидерланды.

Запуск был проведен в 1995 году, когда самолет запустили внутри здания с платформы, высотой 3 метра. По правилам самолет должен был пролететь около 15 метров. Если бы не ограниченное пространство, он бы пролетел намного дальше.

* Ученые, инженеры и студенты используют бумажные самолетики для изучения аэродинамики. Национальное управление по воздухоплаванию и исследованию космического пространства (НАСА) отправила бумажный самолетик в космос на космическом челноке.

* Бумажные самолеты можно делать различных форм. Согласно рекордсмену Кену Блэкбурну (Ken Blackburn), самолетики, сделанные в форме буквы "X,", обруча или футуристического космического корабля, могут летать, как и простые бумажные самолеты, если их сделать правильно.

* Специалисты НАСА совместно с космонавтами провели мастер-класс для школьников в ангаре своего исследовательского центра в 1992 году. Вместе они строили большие бумажные самолеты, размах крыльев которых мог достигать 9-ти метров.

* Самый маленький бумажный оригами-самолетик был создан под микроскопом господином Наито из Японии. Он сложил самолетик из листа бумаги размером 2,9 кв. миллиметра. После изготовления, самолетик был помещен на кончик швейной иглы.

* Самый продолжительный полет бумажного самолета состоялся 19 декабря 2010 года, и был запущен он японцем Такуо Тода (Takuo Toda), который является главой Японской ассоциации самолетиков-оригами. Длительность полета его модели, запущенной в городе Фукуяма, префектура Хиросима, составила 29,2 секунды.

Как сделать самолетик Такуо Тода

Робот собирает бумажный самолет

Панаиотов Георгий

Цель работы: Сконструировать самолеты, обладающие следующими характеристиками: максимальной дальностью и длительностью полета.

Задачи:

Проанализировать информацию, полученную из первоисточников;

Изучить элементы древнего восточного искусства аэрогами;

Познакомиться с основами аэродинамики, технологии конструирования летательных аппаратов из бумаги;

Провести испытания сконструированных моделей;

Выработать навыки правильного, результативного запуска моделей;

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Исследовательская работа « Исследование летательных свойств различных моделей бумажных самолетов»

Гипотеза: можно предположить, что лётные характеристики самолёта зависят от его формы.

Опыт № 1 « Принцип создания крыла» Воздух, перемещающийся по верхней поверхности полоски, оказывает меньшее давление, чем неподвижный воздух, находящийся под полоской. Он и поднимает полоску вверх.

Опыт № 2 Движущийся воздух оказывает меньшее давление, чем неподвижный воздух, который находится под листом.

Опыт № 3 «Дуновение» Неподвижный воздух по краям полосок оказывает более сильное давление, чем движущийся воздух между ними. Разность давления и толкает полоски друг к другу.

Испытания: Модель № 1 Попытка Дальность №1 6м 40см №2 10м 45см №3 8м

Испытания: Модель № 2 Попытка Дальность №1 10м 20см №2 14м №3 16м 90см

Испытания: Модель № 3 Попытка Дальность №1 13м 50см №2 12м №3 13м

Испытания: Модель № 4 Попытка Дальность № 1 13м 60см № 2 19м 70см № 3 21м 60см

Испытания: Модель № 5 Попытка Дальность № 1 9м 20см № 2 13м 20см № 3 10м 60см

Результаты испытаний: Чемпион в дальности полёта Модель № 4 Чемпион во времени нахождения в воздухе Модель №5

Вывод: Лётные характеристики самолёта зависят от его формы.

Предварительный просмотр:

Введение

Каждый раз, когда я вижу самолет – взмывающую в небо серебряную птицу, – я восхищаюсь мощью, с которой он легко преодолевает земное притяжение и бороздит небесный океан и задаю себе вопросы:

• Как должно быть устроено крыло самолета, чтобы выдержать большой груз?
• Какой должна быть оптимальная форма крыла, рассекающего воздух?
• Какие характеристики ветра помогают самолету в его полете?

• Какую скорость может развивать самолет?

Человек всегда мечтал подняться в небо «как птица» и издревле пытался воплотить свою мечту. В 20 веке авиация начала так быстро развиваться, что человечество не смогло сохранить многие подлинники этой сложной техники. Но многие образцы сохранились в музеях в виде уменьшенных макетов, дающих почти полное представление о реальных машинах.

Я выбрал эту тему, потому, что она помогает в жизни не только развить логическое техническое мышление, но и приобщиться к практическим навыкам работы с бумагой, материаловедением, технологией проектирования и конструирования летательных аппартаов. А самое главное - это создание своего самолёта.

Мы выдвинули гипотезу – можно предположить, что летные характеристики самолета зависят от его формы.

Мы использовали следующие методы исследования:

• Изучение научной литературы;
• Получение информации в сети Интернет;
• Непосредственное наблюдение, экспериментирование;
• Создание экспериментальных пилотных моделей самолетов;

Цель работы: Сконструировать самолеты, обладающие следующими характеристиками: максимальной дальностью и длительностью полета.

Задачи:

Проанализировать информацию, полученную из первоисточников;

Изучить элементы древнего восточного искусства аэрогами;

Познакомиться с основами аэродинамики, технологии конструирования летательных аппаратов из бумаги;

Провести испытания сконструированных моделей;

Выработать навыки правильного, результативного запуска моделей;

В основу моего исследования я взял одно из направлений японского искусства оригами - аэрогами (от яп. «гами» - бумага и лат. «аэро» - воздух).

Аэродинамика (от греческих слов aer – воздух и dinamis – сила) – это наука о силах, возникающих при движении тел в воздухе. Воздух, благодаря своим физическим свойствам, сопротивляется продвижению в нем твердых тел. При этом, между телами и воздухом возникают силы взаимодействия, которые и изучаются аэродинамикой.

Аэродинамика является теоретической основой современной авиации. Любой летательный аппарат, летит, подчиняясь законам аэродинамики. Поэтому для конструктора самолёта, знание основных законов аэродинамики, не только полезно, но и просто необходимо. Изучая законы аэродинамики, я провёл серию наблюдений и опытов: «Выбор формы летательного аппарата», «Принципы создания крыла», «Дуновение» и т. д.

Конструирование.

Сложить бумажный самолетик не так просто, как кажется. Действия должны быть уверенными и точными, сгибы – идеально прямыми и в нужных местах. Простые конструкции прощают ошибки, в сложной же пара неидеальных углов может завести процесс сборки в тупик. Кроме того, есть случаи, когда сгиб необходимо намеренно выполнить не очень точно.

Например, если на одном из последних шагов требуется сложить толстую многослойную конструкцию пополам, сгиб не получится, если не сделать поправку на толщину в самом начале складывания. Такие вещи не описываются в схемах, они приходят с опытом. А от симметрии и точной развесовки модели зависит, насколько хорошо она полетит.

Ключевой момент в «бумажной авиации» – расположение центра тяжести. Создавая различные конструкции, я предлагаю утяжелить нос самолета, разместив в нем больше бумаги, сформировать полноценные крылья, стабилизаторы, киль. Тогда бумажным самолетиком можно управлять, как настоящим.

Например, экспериментальным путём я выяснил, что скорость и траекторию полета можно корректировать, сгибая заднюю часть крыльев подобно настоящим закрылкам, слегка поворачивая бумажный киль. Такое управление лежит в основе «бумажной аэробатики».

Конструкции самолетов существенно различаются в зависимости от цели их постройки. К примеру, самолеты для полетов на большие дистанции по форме напоминают дротик – они такие же узкие, длинные, жесткие, с ярко выраженным смещением центра тяжести к носу. Самолеты для максимально длительных полетов не отличаются жесткостью, зато имеют большой размах крыльев, хорошо сбалансированы. Балансировка крайне важна для самолетов, запускаемых на улице. Они должны сохранять правильное положение, несмотря на дестабилизирующие колебания воздуха. Самолетам, запускаемым в помещении, полезно смещение центра тяжести к носу. Такие модели летают быстрее и стабильнее, их проще запускать.

Испытания

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

• Чтобы отправить самолет на максимальную дистанцию, нужно как можно сильнее бросить его вперед и вверх под углом 45 градусов.

• В состязаниях на время полета следует забросить самолет на максимальную высоту, чтобы он дольше планировал вниз.

Запуск на открытом воздухе помимо дополнительных проблем (ветер) создает и дополнительные преимущества. Используя восходящие потоки воздуха, можно заставить самолет лететь невероятно далеко и долго. Сильный восходящий поток можно найти, к примеру, около большого многоэтажного дома: ударяясь о стену, ветер меняет направление на вертикальное. Более дружелюбную воздушную подушку можно отыскать в солнечный день на автомобильной парковке. Темный асфальт сильно нагревается, и горячий воздух над ним плавно поднимается вверх.

Основная часть

1.1 Наблюдения и опыты

Наблюдения

Выбор формы летательного аппарата. (Приложение 11)

Все мы с детства знаем, как быстро сделать самолетик из бумаги, и не раз его делали. Данный способ оригами прост и легко запоминается. После пары раз вы сможете сделать его с закрытыми глазами.

Самая простая и известная схема самолета из бумаги

Такой самолет делается из квадратного листа бумаги, который сгибается пополам, затем верхние края загибаются к центру. Образовавшийся треугольник сгибается, и края снова загибаются к центру. Потом лист сгибается пополам, и формируются крылья.

Вот, собственно, и все. Но есть один маленький недостаток у такого самолета - он почти не парит и падает за пару-тройку секунд.

Опыт поколений

Возникает вопрос - который долго летает. Это не сложно, так как несколько поколений совершенствовали общеизвестную схему, и значительно преуспели в этом. Современные сильно различаются по внешнему виду и по качественным характеристикам.

Ниже приведены разные способы, как сделать бумажный самолетик. Простые схемы не поставят вас в тупик, а наоборот, вдохновят на продолжение экспериментов. Хотя, возможно, они потребуют от вас большего количества времени, нежели упомянутый выше вид.

Супер самолет из бумаги

Способ номер один. Он не сильно отличается от описанного выше, но в этом варианте немого улучшены аэродинамические качества, что удлиняет время полета:

1. Согните лист бумаги вдоль пополам.
2. Загните уголки к середине.
3. Переверните лист и согните пополам.
4. Загните треугольник к верху.
5. Опять поменяйте сторону листа.
6. Загните две правые вершины к центру.
7. Проделайте то же с другой стороной.
8. Согните получившийся самолет пополам.
9. Поднимите хвост и поправьте крылья.

Вот так можно делать самолетики из бумаги, которые летают очень долго. Кроме этого очевидного достоинства, модель выглядит очень эффектно. Так что играйте на здоровье.

Делаем вместе самолет ""Зилке""

Теперь на очереди способ номер два. Он подразумевает изготовление самолета ""Зилке’’. Приготовьте лист бумаги и узнайте, как сделать бумажный самолетик, который долго летает, выполняя простые советы:

1. Сложите его пополам вдоль.
2. Пометьте середину листа. Верхнюю часть сложите пополам.
3. Края получившегося прямоугольника загните к середине таким образом, чтобы до середины оставалось пару сантиметров с каждой стороны.
4. Переверните лист бумаги.
5. Сформируйте маленький треугольник вверху посередине. Согните всю конструкцию вдоль.
6. Раскройте верхнюю часть, отогнув бумагу в две стороны.
7. Загните края таким образом, чтобы получились крылья.

Самолет "Зилке" закончен и готов к эксплуатации. Это был еще один простой способ, как быстро сделать самолетик из бумаги который долго летает.

Делаем вместе самолет "Утка"

Теперь рассмотрим схему самолета ""Утка"":

1. Сложите лист бумаги формата А4 вдоль пополам.
2. Загните верхние концы к середине.
3. Переверните лист на обратную сторону. Боковые части снова загните к середине, а в верхней части должен получиться ромб.
4. Верхнюю половину ромба загните вперед, как бы складывая его в два раза.
5. Сложите образовавшийся треугольник гармошкой, и отогните нижнюю вершину вверх.
6. Теперь согните образовавшуюся конструкцию пополам.
7. На завершающем этапе сформируйте крылья.

Теперь вы можете делать такие которые летают долго! Схема достаточно простая и понятная.

Делаем вместе самолет ""Дельта""

Настало время сделать из бумаги самолет ""Дельта"":

1. Сложите лист бумаги размером А4 вдоль пополам. Отметьте середину.
2. Поверните лист горизонтально.
3. С одной стороны проведите две параллельные линии до середины, на одинаковом расстоянии.
4. С другой стороны согните бумагу пополам до серединной отметки.
5. Нижний правый угол согните до самой верхней нарисованной линии так, чтобы внизу оставалось пара сантиметров нетронутыми.
6. Согните верхнюю половину.
7. Образовавшийся треугольник согните пополам.
8. Сложите конструкцию пополам и по отмеченным линиям согните крылья.

Как видите, самолетики из бумаги, которые летают очень долго можно делать разными способами. Но это еще не все. Потому что вас ожидает еще несколько типов долго парящих в воздухе поделок.

Как сделать "Шаттл"

С помощью следующего метода вполне реально сделать маленькую модель "Шаттла":

1. Вам потребуется квадратный лист бумаги.
2. Сложите его по диагонали в одну сторону, разверните и согните в другую. Оставьте в этом положении.
3. Согните левый и правый край к центру. Получился маленький квадратик.
4. Теперь сложите этот квадрат по диагонали.
5. У образовавшегося треугольника отогните передний и задний листочек.
6. Затем подогните их под центральные треугольники, чтобы небольшая фигура осталась выглядывать снизу.
7. Сложите верхний треугольник и заправьте его в середину, чтобы выглядывал небольшая вершина.
8. Последний штрихи: распрямите нижние крылья и подогните носик.

Вот как сделать бумажный самолет, который долго летает легко и просто. Наслаждайтесь долгим полетом вашего "Шаттла".

Делаем самолет ""Гомес"" по схеме

1. Сложите лист вдоль пополам.
2. Теперь согните правый верхний угол до левого края бумаги. Разогните.
3. Проделайте то же с другой стороны.
4. Далее сверните верхнюю часть таким образом, чтобы образовался треугольник. Нижняя часть остается неизменной.
5. Правый нижний угол согните к вершине.
6. Левый угол заверните внутрь. Должен получиться маленький треугольник.
7. Согните конструкцию пополам и сформируйте крылья.

Теперь вы знаете, чтобы он далеко летал.

Для чего нужны бумажные самолетики

Вот такие нехитрые схемы самолетов позволят вам наслаждаться игрой, и даже устраивать соревнования между различными моделями, выяснив кому принадлежит первенство в продолжительности и дальности полета.

Особенно это занятие придется по душе мальчикам (а может и их папам), так что научите их создавать из бумаги крылатые машины, и они будут довольны. Такие занятия развивают у детей ловкость, аккуратность, усидчивость, сосредоточенность и пространственное мышление, способствуют развитию фантазии. А призом послужат сделанные которые летают очень долго.

Запускайте самолетики на открытом пространстве в безветренную погоду. А еще, вы можете принять участие в соревновании таких поделок, однако в этом случае вам надо знать, что некоторые из представленных выше моделей запрещены в подобных мероприятиях.

Существует множество других способов, которые летают очень долго. Выше перечислены лишь некоторые из самых эффективных, которые вы можете сделать. Однако не ограничивайтесь лишь ими, пробуйте другие. И возможно, со временем, вы сможете усовершенствовать какую-то из моделей или придумать новую, более продвинутую систему их изготовления.

Между прочим, некоторые бумажные модели самолетов способны делать воздушные фигуры и разные трюки. В зависимости от вида конструкции запускать понадобится сильно и резко или плавно.

В любом случае все вышеперечисленные самолетики будут летать долго и доставят вам массу удовольствия и приятных впечатлений, особенно если вы сделали их самостоятельно.

Являясь отцом практически выпускницы средней школы, был втянут в смешную историю с неожиданным концом. В ней есть познавательная часть и трогательная жизненно–политическая.
Пост накануне дня космонавтики. Физика бумажного самолета.

Незадолго перед новым годом, дочь решила проконтролировать собственную успеваемость и узнала, что физичка при заполнении журнала задним числом, наставила каких–то лишних четверок и полугодовая оценка висит между "5" и "4". Тут надо понимать, что физика в 11 классе - предмет, мягко говоря, непрофильный, все заняты дрессурой для поступления и страшным ЕГЭ, но на общий балл она влияет. Скрипя сердце, из педагогических соображений мною было отказано во вмешательстве - типа разберись сама. Она подсобралась, пришла на выяснение, переписала прямо тут же какую–то самостоятельную и получила полугодовую пятерку. Все бы ничего, но учительница попросила в рамках решения вопроса зарегистрироваться на Поволжскую научную конференцию (Казанский университет) в секцию "физика" и написать какой–нибудь доклад. Участие ученика в этой шняге идет в зачет при ежегодной аттестации учителей, ну и типа "тогда уж точно год закроем". Учительницу можно понять, нормальная, в общем–то, договоренность.

Ребенок подзагрузился, пошел в оргкомитет, взял правила участия. Поскольку девочка довольно ответственная, стала размышлять и придумывать какую–нибудь тему. Естесственно, обратилась за советом ко мне - ближайшему техническому интеллегенту постсоветской эпохи. В интернете нашелся список победителей прошлых конференций (там дают дипломы трех степеней), это нас соориентировало, но не помогло. Доклады представляли собой две разновидности, одна - "нанофильтры в нефтяных инновациях", вторая - "фотографии кристаллов и электронный метроном". По мне, так вторая разновидность нормальна - дети должны резать жабу, а не втирать очки под правительственные гранты, но у нас идей особо не прибавилось. Пришлось руководствоваться правилами, что–то вроде "предпочтение отдается самостоятельным работам и экспериментам."

Решили, что будем делать какой–нибудь смешной доклад, наглядный и прикольный, без зауми и нанотехнологий - развеселим аудиторию, участия нам достаточно. Времени было месяца полтора. Копипаст был принципиально неприемлим. После некоторых размышлений, определились с темой - "Физика бумажного самолетика". Я в свое время провел детство в авиамоделизме, да и дочка любит самолеты, поэтому тема более–менее близкая. Предстояло сделать законченое практическое исследование физической направленности и, собственно, написать работу. Далее я буду постить тезисы этой работы, некоторые комментарии и иллюстрации/фото. В конце будет конец истории, что логично. Если будет интересно, отвечу на вопросы уже развернутыми фрагментами.

Оказалось, что у бумажного самолета есть хитрый срыв потока наверху крыла, который формирует изогнутую зону, похожую на полноценный аэродинамический профиль.

Для опытов взяли три разные модели.

Модель №1. Самая распространенная и общеизвестная конструкция. Как правило, большинство представляет себе именно ее, когда слышит выражение “бумажный самолет”.
Модель №2. “Стрела”, или “Копье”. Характерная модель с острым углом крыла и предполагаемой высокой скоростью.
Модель №3. Модель с крылом большого удлинения. Особенная конструкция, собирается по широкой стороне листа. Предполагается, что она обладает хорошими аэродинамическими данными из–за крыла большого удлинения.
Все самолеты собирались из одинаковых листов бумаги формата А4. Масса каждого самолета - 5 грамм.

Для определения базовых параметров был проделан простейший эксперимент - полет бумажного самолетика фиксировался видеокамерой на фоне стены с нанесенной метрической разметкой. Поскольку известен межкадровый интервал для видеосъемки (1/30 секунды), можно легко вычислить скорость планирования. По падению высоты на соответствующих кадрах находятся угол планирования и аэродинамическое качество самолета.
В среднем, скорость самолетика - 5–6 м/с, что не так у ж и мало.
Аэродинамическое качество - порядка 8.

Чтобы воссоздать условия полета, нам нужен ламинарный поток со скоростью до 8 м/с и возможность измерить подъемную силу и сопротивление. Классический способ таких исследований - аэродинамическая труба. В нашем случае ситуация упрощается тем, что сам самолетик имеет небольшие габариты и скорость и может быть непосредственно помещен в трубу ограниченных размеров.Следовательно, нам не мешает ситуация, когда продуваемая модель существенно отличается по габаритам от оригинала, что, в силу различия чисел Рейнольдса, требует компенсации при измерениях.
При сечении трубы 300x200 мм и скорости потока - до 8 м/с нам понадобится вентилятор с производительностью не менее 1000 куб.м/час. Для изменения скорости потока необходим регулятор скорости двигателя, а для измерения - анемометр с соответствующей точностью. Измеритель скорости не обязательно должен быть цифровым, вполне реально обойтись отклоняемой пластиной с градуировкой по углу или жидкостным анемометром, который имеет большую точность.

Аэродинамическую труба известна достаточно давно, ее применял в исследованиях еще Можайский, а Циолковский и Жуковский уже детально разработали современную технику эксперимента, которая принципиально не изменилась.

Настольная аэродинамическая труба была реализована на основе достаточно мощного промышленного вентилятора. За вентилятором расположены взаимно перпендикулярные пластины, спрямляющие поток перед попаданием в измерительную камеру. Окна в измерительной камеры снабжены стеклами. В нижней стенке прорезано прямоугольное отверстие для держателей. Непосредственно в измерительной камере установлена крыльчатка цифрового анемометра для измерения скорости потока. Труба имеет небольшое сужение на выходе для “подпора” потока, позволяющее снизить турбулентность ценой уменьшения скорости. Частота вращения вентилятора регулируется простейшим бытовым электронным регулятором.

Характеристики трубы оказались хуже расчетных, главным образом из–за несоответствия производительности вентилятора паспортным характеристикам. Подпор потока тоже снизил скорость в зоне измерений на 0.5 м/с. В результате максимальная скорость - чуть выше 5 м/с, что, тем не менее, оказалось достаточным.

Число Рейнольдса для трубы:
Re = VLρ/η = VL/ν
V (скорость) = 5м/c
L (характеристика)= 250мм = 0,25м
ν (коэф (плотность/ вязскость)) = 0,000014 м^2/с
Re = 1,25/ 0,000014 = 89285,7143

Для измерений сил, действующих на самолет использовались элементарные аэродинамические весы с двумя степенями свободы на основе пары электронных ювелирных весов с точностью 0.01 грамм. Самолет фиксировался на двух стойках под нужным углом и устанавливался на платформу первых весов. Те, в свою очередь, размещались на подвижной площадке с рычажной передачей горизонтального усилия на вторые весы.
Измерения показали, что точность вполне достаточна для базовых режимов. Однако, было сложно фиксировать угол, поэтому лучше разработать соответствующую схему крепления с разметкой.

При продувке моделей измерялись два основных параметра - сила сопротивления и подъемная сила в зависимости от скорости потока при заданном угле. Было построено семейство характеристик с достаточно реалистичными значениями, позволяющие описать поведение каждого самолета. Результаты сведены в графики с дальнейшим нормированием масштаба относительно скорости.

Модель №1.
Золотая середина. Конструкция максимально соответствует материалу - бумаге. Прочность крыльев соответствует длине, развесовка оптимальна, поэтому правильно сложенный самолет хорошо выравнивается и плавно летит. Именно сочетание таких качеств и легкость сборки сделало эту конструкцию такой популярной. Скорость меньше, чем у второй модели, но больше, чем у третьей. На больших скоростях уже начинает мешать широкий хвост, до этого прекрасно стабилизирующий модель.
Модель №2.
Модель с наихудшими летными характеристиками. Большая стреловидность и короткие крылья призваны лучше работать на высоких скоростях, что и происходит, но подъемная сила растет недостаточно и самолет действительно летит как копье. Кроме того, он не стабилизируется в полете должным образом.
Модель №3.
Представитель “инженерной” школы - модель специально задумывалась со специальными характеристиками. Крылья большого удлинения действительно работают лучше, но сопротивление растет очень быстро - самолет летает медленно и не терпит ускорений. Для компенсации недостаточной жесткости бумаги используются многочисленные складки в носке крыла, что тоже увеличивает сопротивление. Тем не менее, модель очень показательна и летает хорошо.

Некоторые результаты по визуализации вихрей
Если внести в поток источник дыма, то можно увидеть и сфотографировать потоки, огибающие крыло. В нашем распоряжении не было специальных генераторов дыма, мы использовали палочки благовоний. Для увеличения контраста использовался фильтр для обработки фотографий. Скорость потока также уменьшалась, поскольку плотность дыма была невысока.
Формирование потока на передней кромке крыла.

Турбулентный “хвост”.

Также потоки можно исследовать с помощью коротких нитей, приклеиваемых на крыло, либо тонким щупом с ниткой на конце.

Понятно, что бумажный самолетик - это в первую очередь просто источник радости и прекрасная иллюстрация для первого шага в небо. Сходный принцип парения на практике используют только белки–летяги, не имеющие большого народно–хозяйственного значения, по крайней мере, в нашей полосе.

Более практичным подобием бумажному самолету является “Wing suite” - костюм–крыло для парашютистов, позволяющий осуществлять горизонтальный полет. Кстати, аэродинамическое качество такого костюма меньше, чем у бумажного самолета - не больше 3–х.

Я придумал тему, план - на 70 процентов, редактирование теории, железяки, общее редактирование, план выступления.
Она - всю теорию собрала, вплоть до перевода статей, измерения (весьма трудоемкие, кстати), рисунки/графики, текст, литературу, презентацию, доклад (было много вопросов).

Я пропускаю раздел, где в общем виде рассматриваются задачи анализа и синтеза, позволяющие построить обратную последовательность - конструирование самолетика по заданным характеристикам.

С учетом проведенной работы мы можем нанести на mind map раскраску, индицирующую выполнение поставленных задач. Зелёным цветом здесь обозначены пункты, которые находятся на удовлетворительном уровне, светло–зеленым - вопросы, которые имеют некоторые ограничения, желтым - области затронутые, но не разработанные в должной мере, красным - перспективные, нуждающиеся в дополнительном исследовании (финансирование приветствуется).

Месяц пролетел незаметно - дочь копала интернет, гоняла трубу на столе. Весы косячили, самолетики сдувало мимо теории. На выходе получилось страниц 30 приличного текста с фотографиями и графиками. Работа была отправлена на заочный тур (всего несколько тысяч работ во всех секциях). Еще через месяц, о ужас, вывесили список очных докладов, где наш соседствовал с остальными нанокрокодилами. Ребенок горестно вздохнул и принялся лепить презентацию на 10 минут. Сразу исключили зачитывание - выступать, так живо и осмысленно. Перед мероприятием устроили прогон с хронометражом и протестами. Утром невыспавшаяся докладчица с правильным ощущением "ничего не помню и не знаю" попилила в КГУ.

К концу дня я начал волноваться, ни ответа - ни привета. Появилось такое шаткое состояние, когда не понимаешь - рискованная шутка удалась или нет. Не хотелось, чтобы подростку как–то вышла боком это история. Оказалось, что все затянулось и ее доклад пришелся аж на 4 вечера. Ребенок прислал смс - "все рассказала, жюри смеется". Ну, думаю, ладно, спасибо хоть не ругают. И еще через час примерно - "диплом первой степени". Вот это было совершенно неожиданно.

Мы думали о чем угодно, но на фоне совершенно дикого прессинга лоббированных тем и участников получить первый приз за хорошую, но неформатную работу - это что–то из совсем забытого времени. После уже она рассказала, что жюри (достаточно авторитетное, кстати, не меньше кфмн) молниеносно прибивало зомбированных нанотехнологов. Видать, все так наелись в научных кругах, что безоговорочно выставили негласный заслон мракобесию. Доходило до смешного - бедный ребенок зачитывал какие–то дикие научизмы, но не мог ответить в чем измерялся угол при его экспериментах. Влиятельные научные руководители слегка бледнели (но быстро восстанавливались), для меня загадка - зачем им было устраивать такое позорище, да еще и за счет детей. В итоге, все призовые места раздали славным ребятам с нормальными живыми глазами и хорошими темами. Второй диплом, например, получила девочка с моделью двигателя Стирлинга, которая бойко его запускала на кафедре, шустро меняла режимы и осмысленно комментировала всякие ситуации. Еще один диплом дали парню, который сидел на университетском телескопе и что–то там высматривал под руководством профессора, который однозначно не допускал никаких посторонних "помощей". В меня же эта история вселила некоторую надежду. В то, что есть воля обычных, нормальных людей к нормальному порядку вещей. Не привычка к предрешенной несправедливости, а готовность к усилиям по ее восстановлению.

На следующий день, на награждении, к призерам подошел председатель приемной коммисии и сказал, что все они досрочно зачислены на физфак КГУ. Если они захотят поступить, то просто должны принести документы вне конкурса. Эта льгота, кстати, реально существовала когда–то, но сейчас она официально отменена, также как отменены дополнительные преференции медалистам и олимпиадчикам (кроме, кажется, победителей российских олимпиад). То есть - это была чистая инициатива ученого совета. Понятно, что сейчас кризис абитуриентов и на физику не рвутся, с другой стороны - это один из самых нормальных факультетов с хорошим еще уровнем. Так, исправляя четверку, ребенок оказался в первой строке зачисленных. Уж как она этим распорядится - не представляю, узнаю - отпишу.

А потянула бы дочь такую работу одна?

Она тоже спрашивала - типа пап, я ведь не сама все сделала.
Моя версия такая. Ты все сделала сама, понимаешь что написано на каждой странице и ответишь на любой вопрос - да. Знаешь об области больше присутствующих тут и знакомых - да. Поняла общую технологию научного эксперимента от зарождения идеи до результата + побочные исследования - да. Проделала значительную работу - несомненно. Выдвинула эту работу на общих основаниях без протекции - да. Защитила - ок. Жюри квалифицированное - без сомнения. Тогда это твоя награда за конференцию школьников.

Я - инженер–акустик, небольшая инженерная компания, системотехнику в авиационном заканчивал, еще учился потом.