Летающий пропеллер

Комментарии для STEM-педагога, то есть приверженца науки и любителя дойти до самой сути :)

Полоска расположена между гелисами — цилиндрическими винтовыми линиями, причем винтовые линии — правые. Так мы получаем винт, чуть более удобный  для человека-правши: в момент запуска правая ладонь движется «от себя», закручивая пропеллер по часовой стрелке (если смотреть на него со стороны палочки).

Тема левого и правого вращения — неиссякаемая для обсуждения ее с точки зрения математики в целом и начертательной геометрии в частности, а также физики, химии, биологии и даже философии (симметрия вращения, зеркальная симметрия, стереоизомеры, поляризация света, спираль Архимеда, спираль ДНК и спиралевидные галактики, право- и леворукость, вихри, водовороты, циклоны, торнадо etc.).

От физики — к технике:  правило буравчика, правая и левая резьба, винты и гайки, турбины, крыльчатки и мельницы, винтовые компрессоры и мотор-вентиляторы, правые и левые гребные и воздушные винты.

Летающий пропеллер

С маленькими детьми самое время поговорить об устройстве вентилятора и пылесоса, о том, как пользоваться отверткой, как откручивать крышечки бутылок и флаконов, как вкручивать лампочку, что такое сверло, саморез и м.б. даже штопор. Можно показать, как подключение электромоторчика к разным полюсам батарейки меняет направление вращения насаженного на ось пропеллера, от которого зависит — взлетит ли он. Можно покрутить винты радиоуправляемого вертолета и квадрокоптера :)
Другие мои публикации на НоватореМастерим научную игрушку. Черепаха
Подробнее о моей работе в соцсетях:ВК: хроника кружка «Научная игрушка» (Санкт-Петербург) ФБ: посты для коллег

Шаг 3: Образец опоры … Время геометрии …

Летающий пропеллерЯ рисую это непосредственно на папках с файлами, чтобы рисунок можно было вырезать, как только рисунок закончится.Шаг 1: Определите диаметр. Откройте компас с радиусом диаметра, нарисуйте круг. Отметьте центральную точку!Шаг 2. Использование радиуса (не открывайте и не закрывайте компас). Поместите точку компаса на окружность и обведите дугу, пока она не достигнет окружности в 2 точках … отметьте обе точки.Шаг 3: Поместите точку компаса на одну из линий, которые вы только что нарисовали … вращайте конец карандаша, пока он не достигнет круга … нарисуйте короткую линию … продолжайте перемещать точку к линиям, которые вы нарисовали, и создавайте дуги до круг равномерно разделен.Шаг 4: Определите внешнюю ширину опоры … разделите ее пополам. Установите компас на этот размер и поместите точку компаса на концах, где ваша опора будет обозначать линию с обеих сторон. Посмотрите на шестую картинку, если это не имеет смысла. Повторите этот шаг там, где вам нужен конец опоры.Шаг 5: Нарисуйте линии от внешнего края опоры к центру, образуя края лопастей опоры.
Я бы предложил попробовать это перед демонстрацией! После 14 лет работы я по-прежнему получаю самые странные блоки разума … однажды я забыл, как пишется “из”, когда писал на доске. Дети думали, что это было весело. Это простой способ разделить круг, но его можно легко перепутать. Сказав это, я бы также попросил детей сделать это вместе с вами в качестве демонстрации. Распечатайте фотографии и раздайте их, чтобы детям было на что сослаться.
Как только образцы сделаны, вырежьте их и нарисуйте их на алюминии.

Шаг 7: Создание стартового поста

Летающий пропеллер

Летающий пропеллерПоложите деталь в тиски вправо или зажмите на скамейку и вытяните ножовку. Используйте пилу с высоким TPI, чтобы разрез был гладким. Все, что вам нужно сделать, это разрезать линию прямо в середине куска в трубу примерно на 3/16 дюйма. Более или менее это не проблема. Нарисуйте линию на стороне трубы, выходящей из нижней части каждая линия под углом 45 градусов. Убедитесь, что, когда вы рисуете одну линию, а не поворачиваете кусок на другую сторону, линия 45 градусов наклоняется так же. Я сделал мой наклон вправо.
Используйте небольшой гладкий треугольный напильник, чтобы отрезать чистый угол вдоль линии, как на картинке. Постарайтесь сделать это довольно гладко. Может быть, не так грубо, как у меня!
Отрежьте кусок длиной около 1/2 “- 3/4”. Очистите все с гладким напильником.
Вверните гайку 5/16 “на болт с последнего шага примерно на 3/4” дюйма. Опустите пусковой элемент на оставшийся болт с резьбой. Убедитесь, что у поста много отверстий после сделанного вами углового разреза. У вас должно быть достаточно места для того, чтобы штифт запуска на опоре упал, и чтобы 1/16 “часть сварочного стержня вошла в пусковую стойку. Посмотрите фотографию. Вы можете завинчивать болт вверх и вниз до нужного места Смешайте немного эпоксидной смолы, нанесите ее на гайку и бросьте на стартовую площадку. Убедитесь, что она сидит ровно.

Популярные статьи  Самостоятельное изготовление твердых духов

Технические параметры лопастных винтов

Наиболее весомые характеристики винтов, от которых зависит сила тяги и сам полет, конечно же, шаг винта и его диаметр. Шаг – это расстояние, на которое может переместиться винт за счет ввинчивания в воздух за один полный оборот. До 30-х годов прошлого века использовались винты с постоянным шагом вращения. Только в конце 1930-х годов практически все самолеты оснащались пропеллерами со сменным шагом вращения

Летающий пропеллер

Параметры винтов:

  • Диаметр окружности винта – это размер, который описывают законцовки лопастей при вращении.

  • Поступь винта – реальное расстояние, проходящее винтом за один оборот. Данная характеристика зависит от скорости движения и оборотов.

  • Геометрический шаг пропеллера – это расстояние, которое мог бы пройти винт в твердой среде за один оборот. От поступи винта в воздухе отличается скольжением лопастей в воздухе.

  • Угол расположения и установки лопастей винта – наклон сечения лопасти к реальной плоскости вращения. За счет наличия крутки лопастей угол поворота замеряется по сечению, в большинстве случаев это 2/3 всей длины лопасти.

Лопасти пропеллера имеют переднюю – режущую – и заднюю кромки. Сечение лопастей имеет профиль крыльевого типа. В профиле лопастей имеется хорда, которая имеет относительную кривизну и толщину. Для повышения прочности лопастей винта используют хорду, которая имеет утолщение к корню пропеллера. Хорды сечения находятся в разных плоскостях, поскольку лопасть изготовлена закрученной.

Летающий пропеллер

Шаг винта является основной характеристикой гребного винта, он в первую очередь зависит от угла установки лопастей. Шаг измеряется в единицах пройденного расстояния за один оборот. Чем больший шаг делает винт за один оборот, тем больший объем отбрасывается лопастью. В свою очередь увеличение шага ведет за собой дополнительные нагрузки на силовую установку, соответственно, количество оборотов снижается. Современные летательные аппараты имеют возможность изменять наклон лопастей без остановки двигателя.

Современные разработки и будущее винтов самолета

Технологии и опыт работы позволяют конструкторам преодолеть некоторые проблемы с шумностью и повысить тягу, миновав ограничения.

Таким образом удалось миновать эффект запирания за счет применения мощного турбовинтового двигателя типа НК-12, который передает мощность на два соосные винта. Их вращение в разные стороны позволило миновать запирание и повысить тягу.

Летающий пропеллер

Также используются на винтах тонкие саблевидные лопасти, которые имеют возможность затягивания кризиса. Это позволяет достичь более высоких показателей скорости. Такой тип винтов установлен на самолете типа Ан-70.

На данный момент ведутся разработки по созданию сверхзвуковых винтов. Несмотря на то что проектирование ведется очень долго при немалых денежных вливаниях, достичь положительного результата так и не удалось. Они имеют очень сложную и точную форму, что значительно затрудняет расчеты конструкторов. Некоторые готовые винты сверхзвукового типа показали, что они очень шумные.

Заключение винта в кольцо – импеллер – является перспективным направлением развития, поскольку снижает концевое обтекание лопастей и уровень шума. Также это позволило повысить безопасность. Существуют некоторые самолеты с вентиляторами, которые имеют ту же конструкцию, что и импеллер, но дополнительно оснащаются аппаратом направления воздушного потока. Это значительно повышает эффективность работы винта и двигателя. 

Шаг 8: Некоторые завершающие биты

Летающий пропеллер

Заполните плоскую секцию на болте, центральном штампе, зажмите его и просверлите отверстие 3/32 “через болт. Вы можете использовать любой размер сверла, который у вас есть.
Убедитесь, что все хорошо держится. Эпоксидная смола, которую я использовал для настройки за 15 минут, но не была слишком сильной до следующего дня.
Я вырезал кусок шнура длиной около 3 футов и продел его через отверстие. Я упал на опору и поворачивал опору, пока не завелась струна. С пусковыми штифтами, спроектированными так, как они есть, если вы поверните не в ту сторону, опора просто упадет. Слегка потяните за струну, чтобы раскрутить опору. Внимательно следите за опорой и убедитесь, что края опоры установлены так, чтобы передний край был выше заднего края. Это заставит опору взлететь, а не упасть.
Я проверил, как сильно тянуть, когда опора повернута, так что она толкает вниз, а не взлетает, и она действительно ничего не делает … она просто вращается, а не падает. Я почти ожидал, что это нападет на меня.
Научите детей заводить опору, затем, удерживая пусковую трубку в одной руке, отклоните опору от вашего тела

Осторожно потяните за ниточку, чтобы увидеть, что происходит. Постепенно увеличивайте силу тяги до тех пор, пока опора не полетит

НЕ проверяйте внутри. Удивительно, как быстро и далеко эти вещи пойдут. Я потерял один в верхней части вентиляции в начале теста.
Некоторые дети обнаружили, что, если они наклонят угол вправо, они смогут заставить пропеллер лететь, крениться и возвращаться к ним … приземляясь примерно в 6 футах от стартовой точки. Я могу только догадываться, что пропеллер был достаточно неуравновешенным, чтобы иметь тенденцию к крену, поскольку он терял скорость.

Шаг 4: Построение опоры и стартовой булавки

Летающий пропеллер

Летающий пропеллер

Летающий пропеллерСварочный стержень
-1/16 дюйма – Сверла с отверстием 1/16 “, 1/8” и 9/32 “-
Сверлильный станок или ручная дрель.
-Маленький круглый напильник, гладкий плоский
-Авиационные ножницы
-JB Сварка или эпоксидная смола
После того, как рисунок нанесен на алюминий, он готов к сверлению и вырезанию.
Я считаю, что лучше всего просверлить отверстие в центре, прежде чем вырезать профиль. Это облегчает и безопаснее зажимать. Начните с центрального удара, просверлите небольшое отверстие 1/8 “, чем отверстие 9/32”. Подать все края. Я использую 9/32 “отверстие, потому что оно немного маленькое … это позволяет точно подогнать, заполняя отверстие до плотного прилегания пускового штифта.
Я использую авиационные ножницы, чтобы вырезать профиль опоры … Дети находят их проще в использовании, чем обычные металлические ножницы. Используйте напильник, чтобы очистить все заусенцы и острые края. Смотрите следующий раздел о безопасности опоры!

Сделать пусковой штифт очень просто … Возьмите кусок алюминиевого стержня 5/16 “, отметьте небольшое плоское пятно на той стороне, где вы хотите отверстие. Отцентрируйте и просверлите отверстие 1/16” через деталь. Вставьте 1/2 “длинный кусок 1/16” сварочного стержня через отверстие. Мне проще сверлить перед резкой … легче зажимать алюминий.

Отрежьте кусок так, чтобы около 1/4 “стержня было по обе стороны от отверстия. Попробуйте установить штифт в отверстие для опоры … Дети должны будут немного заполнить отверстие, чтобы штифт вошел. I сделал это так, чтобы кусок мог быть сделан очень плотно.
Сформируйте опору так, чтобы она имела заднюю кромку (для создания подъема) или просто крутила лопасти опоры.
Как только опора и штифт собраны, используйте сварку JB или другую эпоксидную смолу, которая подходит для металла, и приклейте штифт к опоре. Удостоверьтесь, что штифт находится в плоскости и не находится под каким-то странным углом. Оставьте достаточно материала, чтобы штифт 1/16 имел место между штифтом и упором. Проверьте фотографии, чтобы уточнить …

Шаг 6: Пусковая установка

Летающий пропеллер

Летающий пропеллер

Летающий пропеллер

Летающий пропеллер

-3 5/16 “гайки
-2 подшипники для скейтборда
-блок и JB Weld
-Трубка с внутренним диаметром 7/8” (соответствует наружному диаметру подшипника).

Начнем с ручной пусковой установки. Это действительно легко сделать. Если вы посмотрите на первое фото, вы увидите, как все это сочетается. Я использовал 6-дюймовый болт каретки, потому что он полностью нарезан.
Болт 5/16 “, поэтому купите 3 шайбы и 3 гайки, чтобы соответствовать. Подшипник сконструирован для 8-миллиметрового вала, и 5/16 “болт хорошо вписывается.
Начните собирать детали на болте, как на фото 2. Квадратная внутренняя головка болта хорошо сидит на внутренней обойме подшипника. Я добавляю немного гайки или эпоксидной смолы на гайку, чтобы она не ослабла.
Соберите другой конец, навинчивая гайку, шайбу, подшипник, шайбу, а не гайку. Отрегулируйте первую гайку так, чтобы болт имел приблизительно 1 1/2 дюйма на 2 дюйма резьбы, торчащей после того, как последняя гайка включена. Отрегулируйте так, чтобы оно вращалось, но не качалось.
Труба должна быть обрезана. Просто используйте ножовку, чтобы срезать ее так, чтобы оба подшипника удобно помещались внутри трубы. Расположите их на месте и ОЧЕНЬ аккуратно приклейте подшипники. Вы хотите остановить скольжение подшипников внутри трубы, но не хотите их склеивать так сильно, что они полностью перестают вращаться!
Вы можете видеть на фотографиях, что я имею в виду. Вы можете регулировать подшипник назад и вперед с помощью гаек, пока подшипники не будут достаточно далеко друг от друга, чтобы они лежали на одном уровне с краем трубы.
Дайте клею хорошо высохнуть. Я включил изображение клея … он работает очень хорошо и быстро устанавливается … около 15 минут. Удостоверьтесь, что дети используют равные части и смешивают это действительно хорошо. Я использую кусок тонкого дерева и материал для папок, чтобы смешать его.

Комментарии для педагога

Перед работой вспоминаем, как нужно изогнуть плоскую бумажную полоску, чтобы она походила на винт. Думаем вслух — как бы могли сделать винт своими руками. Картон не очень прочный, плохо держит форму. Приветствуем жизнеспособные версии: собрать винт из двух половинок, скрепив их под углом; нагреть и изогнуть пластиковую полоску. Вертим в руках бутылку и пытаемся натолкнуть детей на нужное решение — редко, но бывает, что восьмилетние дети догадываются

Наконец, обращаем особое внимание на красоту решения: мы смогли раскрыть научную тайну, которая лежала на поверхности, а все-таки была спрятана! Взрослые дома ни за что не догадаются! Эх, хорошо бы нам еще что-нибудь открыть!

Иногда пропеллеры летают до потолка, иногда кувыркаются. Нужно убедиться, что дети умеют запускать фабричный вертолетик. Терпеливо объясняем, в каком направлении закручивать палочку — чтобы воздух отбрасывался к земле, «ветер дул на руки».  А затем можно сделать из работы проектик-исследование: установить наилучшее соотношение величины винта и палочки, выбрать оптимальный «сорт» бутылки, угол наклона — то есть, степень изогнутости однолопастного пропеллера, направление наклона и т.п. Что будет, если перевернуть пропеллер? если закрутить его в другую сторону? если утяжелить палочку? А если я левша — как лучше сделать?
Техника безопасности: объясняем, что пропеллер может задеть глаза — нельзя его запускать в толкучке и тесноте! А главное — «правильный» пропеллер сам рвется из рук в высоту, он не крутится на уровне лица, если его правильно сделать и правильно запустить.

Преимущества и недостатки воздушных винтов

Коэффициент полезного действия винтов на современных самолетах достигает показателя в 86%, это делает их востребованными авиастроением. Также нужно отметить, что турбовинтовые аппараты значительно экономнее, чем реактивные самолеты. Все же винты имеют некоторые ограничения как в эксплуатации, так и в конструктивном плане.

Летающий пропеллер

Одним из таких ограничений выступает «эффект запирания», который возникает при увеличении диаметра винта или же при добавлении количества оборотов, а тяга в свою очередь остается на том же уровне. Это объясняется тем, что на лопастях пропеллера возникают участки со сверхзвуковыми или околозвуковыми потоками воздуха. Именно этот эффект не позволяет летательным аппаратам с винтами развить скорость выше чем 700 км/час. На данный момент самой быстрой машиной с винтами является отечественная модель дальнего бомбардировщика Ту-95, который может развить скорость в 920 км/час.

Еще одним недостатком винтов выступает высокая шумность, которая регламентируется мировыми нормами ICAO. Шум от винтов не вписывается в стандарты шумности.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: