|
Ανεμόπτερο από δακτυλιοειδές πτερύγιο
Πηγή: JPL-NASA
ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ: MHXANIKH
ΤΑΞΕΙΣ: ΔΗΜΟΤΙΚΟ & ΓΥΜΝΑΣΙΟ
ΧΡΟΝΟΣ: 30 - 60 λεπτά
ΣΥΝΤΟΜΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ: Οι μαθητές θα χρησιμοποιήσουν τις αρχές του μηχανικού σχεδιασμού για να μετατρέψουν ένα κομμάτι χαρτί σε πειραματικό πτερύγιο για έναν νέο τύπο αεροσκάφους πιο οικονομικού και αποδοτικού από τα σημερινά.
|
Αυτό είναι ένα παράδειγμα του ανεμόπτερου με δακτυλιοειδές πτερύγιο που κατασκευάζεται από ένα φύλλο χαρτιου Α4
Ένα άλλο παράδειγμα αεροσκάφους ενιαίας πτέρυγας που ερευνήθηκε στη NASA, το αεροσκάφος X-48C Hybrid Wing Body πέταξε πάνω από τη λίμνη Rogers Dry στις 28 Φεβρουαρίου 2013, από το Κέντρο Έρευνας Πτήσεων Armstrong της NASA, Edwards, CA. Η μεγάλη μπούμα που προεξείχε ανάμεσα στις ουρές ήταν μέρος του συστήματος προσγείωσης για την ανάπτυξη αλεξίπτωτου
Διάφορα σχέδια αεροπλάνων που έχουν στόχο να μειώσουν την ανίσταστη του αέρα και την εξοικονομηση καυσίμου. Αυτό το κολάζ δείχνει διάφορα σχέδια αεροπλάνων της NASA κατά την πτήση, όπως (πάνω αριστερά προς τα δεξιά) το AD-1 , το Helios , το X-48B Blended Wing Body , (κάτω από αριστερά προς τα δεξιά) το Proteus , το αεροσκάφος με φουσκωτό φτερό και το Prandtl- d.
Κάντε μια διαγώνια πτυχή στη μέση του χαρτιού (κατά μήκος των διακεκομμένων γραμμών, εάν χρησιμοποιείτε το πρότυπο πδφ) έτσι ώστε οι γωνίες του χαρτιού σας να σχηματίζουν δύο κορυφές. Πάρτε τη διπλωμένη άκρη και διπλώστε την περίπου ένα εκατοστό. Στο πρότυπο, αυτή η πτυχή υποδεικνύεται από τη διακεκομμένη γραμμή.
Ενώστε τις άκρες του χαρτιού για να φτιάξετε ένα δαχτυλίδι με τη διπλωμένη άκρη να βλέπει προς το εσωτερικό του δακτυλίου. Περάστε το ένα άκρο στην δίπλωμα του άλλου για να στερεώσετε το δαχτυλίδι σας. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε λίγο σελοτέιπ για να βεβαιωθείτε ότι δεν θα ξεκολλήσει.
Μετρήστε και καταγράψτε τη διάμετρο του ανεμόπτερου σας. Βρείτε το "V" ανάμεσα στις δύο κορυφές που σχηματίζονται από τις γωνίες του χαρτιού. Πιάστε το ανεμόπτερο στο κάτω μέρος του "V" με τον δείκτη και το μεσαίο δάχτυλο, μέσα στο ανεμόπτερο και τον αντίχειρά σας στο εξωτερικό του. Τεντώστε το χέρι σας ευθεία πίσω σας και τινάξτε το προς τα πάνω, απελευθερώνοντας ελαφρά το ανεμόπτερο όταν το χέρι σας είναι δίπλα στο αυτί σας. Μετρήστε την απόσταση που διανύει. Επαναλάβετε αυτό το βήμα τουλάχιστον τρεις φορές, καταγράφοντας την απόσταση κάθε πτήσης και υπολογίζοντας τη μέση απόσταση. |
Όταν φέρνουμε στο μυαλό μας ένα αεροπλάνο, το πιο πιθανό είναι να σκεφτούμε ένα σκάφος με φτερά που εκτείνονται και στις δύο πλευρές του. Τα φτερά παρέχουν άντωση που βοηθά το αεροπλάνο να πετάξει. Αλλά ταυτόχρονα παράγουν και αντίσταση, την οποία για να την ξεπεράσουμε πρέπει να χρησιμοποιήσουμε ενέργεια. Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, οι μηχανικοί που σχεδιάζουν αεροπλάνα έχουν καταλήξει σε διαφορετικά σχέδια πτερυγίων που στοχεύουν στην αύξηση της ανύψωσης και στη μείωση της οπισθέλκουσας - της αντίστασης δηλαδη. Ανάμεσά τους είναι σχέδια που μοιάζουν με κουτιά, ή ακόμη και δαχτυλίδια. Δοκιμάστε τις δυνάμεις σας για να φτιάξετε το δικό σας ανεμόπτερο με δακτυλιοειδές πτερύγιο από χαρτί και δείτε πώς πετάει!.
Υλικά
- Ένα φύλλο χαρτί Α4 ή αντίγραφα του προτύπου Δακτυλιοειδούς Πτέρυγας για τους μικρότερους μαθητές – Λήψη PDF
- Διαφανής κολλητική ταινία (προαιρετικό)
- Χάρακας ή μεζούρα
- Πρόσθετοι τύποι ή μεγέθη χαρτιού για πειραματισμό
Ιστορικό
Η Διεύθυνση Ερευνητικών Αποστολών Αεροναυτικής της NASA αναπτύσσει τεχνολογίες που θα κάνουν τα αεροσκάφη πιο οικονομικά και αποτελεσματικά από τα σημερινά . Η αεροναυτική έρευνα έχει πολλές μορφές. μία εκ των οποιων είναι η ανάπτυξη διαφόρων σχημάτων πτερυγίων για τα αεροπλάνα. Μια επαναστατική διαμόρφωση ιπτάμενων πτερυγίων, που ονομάζεται σχέδιο Ενσωμάτωσης Πτερυγίων και Ατράκτου (Blended Wing Body, ή BWB), έχει ένα παχύ τμήμα ατράκτου με αεροδυναμικό σχήμα το οποίο συνδυάζει τους κινητήρες, τα φτερά και το σώμα σε μια ενιαία επιφάνεια. Το BWB μπορεί να μεταφέρει έως και 800 επιβάτες πάνω από 7.000 μίλια με ταχύτητα πτήσης γύρω στα 800 χμλ/ω. Σε σύγκριση με τα σημερινά αεροσκάφη, θα μείωνε την κατανάλωση καυσίμου, τις βλαβερές εκπομπές καυσαερίων, το λειτουργικό κόστος και τα επίπεδα θορύβου. Μια άλλη ερευνητική ιδέα για τα ατομικά αεροσκάφη χρησιμοποιεί την τεχνολογία των δακτυλιοειδών πτερυγίων, επιτρέποντας στα αεροσκάφη να απογειώνονται και να προσγειώνονται σε διάφορες τοποθεσίες.
Τα αεροπλάνα του μέλλοντος μπορεί να μοιάζουν πολύ διαφορετικά από αυτά του σήμερα. Η NASA αναπτύσσει τεχνολογίες υψηλής απόδοσης για μια νέα γενιά ασφαλών, περιβαλλοντικά συμβατών και εξαιρετικά παραγωγικών αεροσκαφών. Μια τέτοια ιδέα είναι τα Μονοθέσια Οχήματα Περιορισμένης Μετακίνησης Διπλής Χρήσης (Limited Dual-Mode One-Person Commuter Concept Vehicle) της NASA, τα οποία χρησιμοποιούν την τεχνολογία του δακτυλιοειδούς πτερυγίου.
Διαδικασίες
- Διπλώστε ένα κομμάτι χαρτιού Α4 διαγώνια όπως φαίνεται στο διάγραμμα 1.
- Κάντε ένα δίπλωμα 1 εκ. κατά μήκος της προηγουμένως διπλωμένης άκρης.
- Κάντε ένα δεύτερο δίπλωμα 1 εκ.
- Τυλίξτε τις άκρες του χαρτιού κυκλικά ώστε να δημιουργηθεί ένα "δαχτυλίδι" και βάλτε το ένα άκρο στην πτυχή του άλλου.
- Πιάστε απαλά το "V" ανάμεσα των δύο κορυφών του "στέμματος" με τον αντίχειρα και τον δείκτη σας.
- Πετάξτε το ανεμόπτερο ελαφρά προς τα εμπρός. Σημείωση: Τα δύο πρώτα διπλώματα του χαρτιού, κάνουν το μπροστινό άκρο του ανεμόπτερου βαρύ και το πίσω άκρο ελαφρύ. Το τύλιμγα των άκρων για τη δημιουργία του δαχτυλιδιού, αλλάζει το σχήμα του φτερού και βελτιώνει την απόδοση πτήσης του φτερού.
Συζήτηση
- Τι προσέξατε για την πτήση του αεροσκάφους σας; Επαναλαμβάνει το μοτίβο κάθε φορά που το πετάτε;
- Κάντε μία αλλαγή στο αεροσκάφος σας για να δείτε πώς αλλάζει η πτήση και, στη συνέχεια, πετάξτε το αεροσκάφος σας αρκετές φορές. Πώς μεταβλήθηκαν τα χαρακτηριστικά της πτήσης με την αλλαγή της πτέρυγας σας; Ποια είναι η σχέση αιτίου-αποτελέσματος μεταξύ της αλλαγής σας και της αλλαγής πτήσης;
- Αποφασίστε, ως τάξη, ποια είναι η «καλύτερη» πτήση. Είναι η απόσταση; Ο χρόνος πτήσης; Οι κύκλοι που κάνει; Μόλις καθοριστούν τα κριτήρια, ξεκινήστε τη δημιουργία του καλύτερου ανεμόπτερου δακτυλιοειδούς πτέρυγας που μπορείτε να κατασκευάσετε.
Επεκτάσεις
- Μετρήστε τη διάμετρο του δαχτυλιδιού και μετρήστε τη μέση γραμμική απόσταση που θα διανύσει (3 δοκιμές). Στη συνέχεια, δημιουργήστε ένα δεύτερο ανεμόπτερο με μικρότερη ή μεγαλύτερη διάμετρο και μετρήστε τη μέση γραμμική απόσταση που θα διανύσει. Επηρεάζει η διάμετρος τη γραμμική απόσταση πτήσης;
- Ερευνήστε άλλες μεταβλητές διατηρώντας ένα μηχανικό αρχείο καταγραφής των αλλαγών σας και ποσοτικοποιήστε τις αλλαγές σας μετρώντας τις. Αλλάξτε μόνο μία μεταβλητή τη φορά. Δοκιμάστε διαφορετικά μεγέθη και βάρη χαρτιού ή διαφοροποιήστε το πάχος των αρχικών διπλωμάτων του χαρτιού
ΣΥΝΟΠΤΙΚΟΣ ΧΑΡΤΗΣ ΤΟΥ ΣΑΪΤ