Планёр (летательный аппарат)
Урок для учащихся 7 класса в рамках темы «Воздухоплавание»
Подготовил: , учитель физики, I кв. к.
МКОУ «Колыбельская СОШ», Лискинский район
Цели:
- Познавательные: дать понятие о планерах; показать применение закона Бернулли для движения планеров; рассмотреть устройство планеров, познакомить учащихся с основами инженерных знаний. Воспитательные: показать огромный вклад ученых, инженеров, летчиков-испытателей в дело создания планеров. Развивающие: способствовать развитию познавательной деятельности и расширению кругозора; развивать пространственное мышление; дать представление о применении планеров в природе и технике.
Оборудование: компьютер, интерактивная доска, слайды: схема планера, фотографии белки – летяги, летающей рыбы, планеров и другие; портрет Даниила Бернулли, крылатки клена, ясеня, бумага, установка для запуска планера
· Демонстрации: закона Бернулли, полета бумажного самолетика, полета крылатки клена, ясеня, полета модели планера
- Выставка моделей планеров, изготовленных учащимися заранее
Мы с вами заглянем только на одну страничку воздухоплавания: мы поговорим о планерах.ФОТО планер
Пла́нер, планёр (фр. planeur, от лат. planum — плоскость) — безмоторный (исключение — класс мотопланеров) летательный аппарат тяжелее воздуха, поддерживаемый в полете за счет аэродинамической подъемной силы, создаваемой на крыле набегающим потоком воздуха. (На доске)
Подъемная сила, действующая на крыло самолета, возникает согласно закону, открытому в 1738 г. петербургским академиком Даниилом Бернулли: (на экране фото Бернулли) Давление в жидкости, текущей в трубе, больше в тех частях, где скорость ее движения меньше, и наоборот, в тех частях, где скорость больше, давление меньше. Закон Бернулли относится не только к жидкости, но и к газу, если газ не сжимается на столько, чтобы изменился его объем. В узких частях труб скорость течения жидкости велика, а давление мало. Можно подобрать такое маленькое сечение трубы, что давление в потоке будет меньше атмосферного.
Опыты:
- Если взять полоску бумаги и дуть вдоль ее поверхности, то полоска поднимется вверх. Давление газа над полоской меньше давления снизу. Если сильно дуть через соломинку над легким шариком от пинг-понга, то это приведет к такому уменьшению давления сверху, что давление на шарик снизу должно будет поддерживать его висящим в воздухе.
В основе полета летательных аппаратов и планера лежит закон Бернулли. Планеры широко встречаются в неживой и живой природе.
Ученик.
На обочине зеленой— одуванчик — славный воин,
захватил он все вокруг: сад и рощу, поле, луг...
Пока тихо, он — молчит, но лишь ветер налетит,
шлет в воздушный океан парашютный свой десант.
Смельчаки-парашютисты лезут в траву, воду, листья,
а вчера я спас из супа двух отбившихся от группы.
Ученик.
Растения прибегают к услугам планеров для распространения своих семян и плодов двумя видами:
1) зонтиковые парашюты: тополиный пух, хохолки одуванчика, козлобородника
2) крылатки: (это планеры с автоматической устойчивостью, так как семя не теряет равновесия) клен, хвойные деревья, береза, липа
Одним из самых выдающихся покорителей воздушного пространства в мире растений является семя тропической лианы занонии, размах крыльев которого достигает 15 сантиметров.
Конструкторы первых летательных аппаратов строили планеры типа «летающее крыло», которые в точности копировали устройство семени тропической лианы.
Первая модель планера имела размах крыльев, равный 6 метрам. Она была в состоянии поднимать в воздух 25 килограммов полезного груза и обладала, как и ее прообраз из мира растений, хорошими характеристиками планирующего полета.
Учитель
Летательные аппараты растений, построенные по типу «несущего винта», способны имитировать наличие дополнительной поверхности. На фото изображен плод клена остролистого. Площадь его поверхности равна 2 квадратным сантиметрам. В сухом состоянии вес его едва достигает одной восьмой доли грамма. Оторвавшись от дерева, плодик, падая, начинает быстро кружиться из-за сопротивления воздушной среды и вследствие собственной эксцентрической конструкции. Крылатка вращается при этом вокруг своего центра тяжести, который располагается на одном из концов крыла, там, где находится семя. Удалось сфотографировать винтовую траекторию снижения крылатки клена. Подобно тому, как ветер вращает крылья ветряной мельницы, так и встречный поток воздуха заставляет плодик описывать круговые движения. Эффект же тот, что и у вертолета, снижающегося с отключенным двигателем: вращающиеся под действием набегающего потока воздуха лопасти винта позволяют ему успешно планировать. Обращение крылатки вокруг центра тяжести создает видимость замкнутой круговой поверхности, на которую может воздействовать ветер и площадь которой для плодика, составляет около 20 квадратных сантиметров. Таким образом, почти десятикратного мнимого увеличения площади растение добивается самым простым путем. В результате скорость снижения крылатки уменьшается в восемь и более раз. Легкого порыва ветра, едва колышущего ветви дерева (сила ветра 4 балла), вполне достаточно, чтобы падающую с высоты 10 метров крылатку клена унести на расстояние до 100 метров.
Покрытый белой краской плод-крылатка клёна позволяет хорошо различить ребра жесткости («нервюры»). В полете крылатка клёна работает точно так же, как лопасти несущего винта вертолета, опускающегося с выключенным двигателем.
Не будь такого поистине гениального приспособления, плоды падали бы с дерева более или менее отвесно. В результате они прорастали бы в тени кроны материнского дерева, и молодые побеги вынуждены были бы вести между собой конкурентную борьбу за свет и жизненное пространство.
Еще однин летательный аппарат типа «несущий винт». Это плод ясеня обыкновенного (Fraxinus excelsior). Его «лопасть» подобно лопасти пропеллера самолета, несколько изогнута.
На снимке — лопасть воздушного винта спортивного самолета. Верхний и нижний концы ее несколько развернуты относительно оси винта.
На снимке совмещены в масштабе контуры крылатки ясеня (штриховая линия) и лопасти пропеллера крупного пассажирского самолета (сплошная линия). Отчетливо видно, что основные технические характеристики обеих конструкций (отношение ширины к длине и величина угла атаки) совпадают.
Учащиеся запускают плоды – крылатку клена и крылатку ясеня и наблюдают за их полетом.
Ученик. Типичными представителями планеров в живой природе являются белки-летяги и летучие рыбы. Своими летательными перепонками они пользуются для совершения больших прыжков.
ФОТО белка - летяга
Белка-летяга внешне похожа на небольшую короткоухую белку, но между передними и задними ногами у неё имеется широкая кожная складка — летательная перепонка. Перепонка покрыта мехом; расправляется в планирующем полёте. Спереди она поддерживается длинной косточкой, идущей от запястья. Летяга способна спланировать между деревьями на 50 м. же Когда летяга планирует с дерева на дерево, она широко расставляет лапы, и перепонки растягиваются. Меняя натяжение перепонки, зверек получает возможность маневрировать во время полета. Хвост также участвует в «управлении полетом» и, кроме того, выполняет роль тормоза. Интересно, что перед посадкой летяга принимает вертикальное положение и прицепляется к стволу дерева всеми четырьмя лапами. — 
Ученик.
Летучие рыбы были произведены природой 220 миллионов лет назад, в триасе. Уже тогда, как убеждают ископаемые находки, грудные плавники у них были широкие, а нижняя лопасть хвоста удлиненная.
В тропических и субтропических водах Мирового океана около 60 видов летучих рыб. Летные показатели у этих сравнительно небольших летучих рыб (15-25 сантиметров, максимально - полметра) просто отличные: стартовая скорость (еще в водекилометров в час, в воздухе - 60, высота - 1,5 метра, дальность - до 50 метров. Это, так сказать, в одиночном парении. Но летучие рыбы часто три-четыре раза подряд стартуют, не погружаясь в воду, а лишь снижаясь к ее поверхности. Тогда нижняя лопасть хвоста, погруженная в воду, вибрирует (до 50 колебаний в секунду) и этот двигательный импульс бросает рыбу в новый полет над морем. Тогда она пролетает 200-400 метров, а высота - 5 метров.
ФОТО летучей рыбы
ФОТО летающей лягушки и летающего кальмара
Они способны развить в воде такую скорость, что затем пролетают над водой более 50 м, поднимаясь над ней на высоту до 7 м.
Планировать над водой могут и осьминоги некоторых видов.
Учитель
Наблюдения за полётами птиц, явлениями в неживой и живой природе, побудили человека строить махолёты и целое семейство летательных аппаратов (дельтаплан, параплан и др.), использующих приёмы свободного полёта (парение в восходящих потоках, разгон и выход из пике).
Конструкции, способные к планирующему полету, известны человечеству с древности. Существуют доказательства существования планеров в Древнем Египте (2500—1500 гг. до н. э.) В 1853 сэр Джордж Кейли сконструирован первый планер, поднявший человека в воздух.
Расцвет планеров пришёлся на 20—30-е годы XX века, когда начался настоящий бум планерных школ. Многие пилоты второй мировой войны совершили свои первые полёты в этих школах. Доступность и относительная дешевизна способствовали широкому распространению планерного спорта после окончания войны. В настоящее время планерный спорт является общепризнанным и массовым увлечением в развитых странах. Примерами планера являются с детства каждому знакомые бумажный самолётик, бумажный голубь. Конкурс бумажных самолетиков (учащиеся изготовляют самолетики из бумаги) Звучит музыка. (Оценивается внешний вид, процесс запуска и дальность полета самолетика) Учащимся вручаются жетоны с количеством баллов, соответственно занятому месту.
Устройство планеров
Ученик
Планеры в зависимости от назначения делятся на учебные, спортивные, десантно-транспортные. Ознакомимся с устройством планера.
Планер состоит из следующих основных частей: крыла с органами поперечного управления - элеронами, фюзеляжа (фермы), оперения и посадочного устройства — шасси.
Крыло — важнейшая часть планера, создающая подъемную силу, необходимую для удержания его в воздухе. Крыло планера имеет простую конструкцию: оно состоит из двух симметричных половин, которые крепятся к ферме фюзеляжа за корневую часть лонжерона.
Лонжерон — это мощный продольный элемент набора крыла (оперения, фюзеляжа), предназначенный в основном для работы на изгиб и частично на кручение.
Фюзеляж — это корпус планера, соединяющий в одно целое все его части.
Оперение служит для уравновешивания сил, действующих на планер в полете, для обеспечения его устойчивости и управляемости.
Стабилизатор и киль закреплены на планере неподвижно. Они придают ему продольную и путевую устойчивость, автоматически восстанавливая режим полета в случае его нарушения, например, при порыве ветра.
Руль высоты, руль направления, а также элероны на крыле служат для изменения траектории полета планера, т. е. являются органами управления.
Ученик представляет исследовательскую работу: «Исследование дальности полета планера»
Цель исследования: исследование зависимости дальности полета от расположения фюзеляжей
Гипотеза: дальность полета зависит от расстояния между фюзеляжами
Оборудование: три бумажные модели самолетов с различными расположениями фюзеляжей.
Проведение эксперимента: запустить модели с пусковой установки, установленной на высоте 1м.
Вывод: дальность полета наибольшая у модели с фюзеляжами по центру крыла.
Ученик
ФОТО двух парящих планеров
В лазури неба, в вихре птичьих взлетов,
Вдали от бренной суеты сует,
Летела парочка влюбленных самолетов
И золотил им крылья солнца свет.
Что им Земля? – лишь отправная точка,
Полет и небо – символы добра.
Паренье чувств в пространстве мощном -
На небесах лишь сбудется мечта
Они летят, полетом наслаждаясь!
Ой, как не скоро выпустят шасси!!!
Им, двум крылатым, вечностью казалось
Сплетенье времени, полета и любви.
Плетут влюбленные узоры пилотажа
Крыло к крылу – как песня высоте!
И в их любви - ни капли эпотажа
Два самолета в небе, порознь на земле…
Красив полет – картина без оправы:
В небесном море лишь две пары крыл,
Им нет границ, не разлучают страны
Любовь небесную, полета страстный пыл…
Ученик
Планеры нашли широкое применение во время Великой Отечественной войны. Во всех войнах противники старались перебрасывать своих солдат и боеприпасы тайком друг от друга.
В тридцатые годы советские конструкторы летательных аппаратов нашли оригинальное решение этого вопроса - перевозить бойцов на специальном планере, буксируемом за самолетом. Это был первый в мире десантный планер. Его спроектировали и построили в 1932 году в Москве, в институте Наркомтяжпрома под руководством инженера Б. Урлапова. Бойцы располагались в толще крыла - головой вперед, по восемь человек в каждом полукрыле - слева и справа от фюзеляжа. Когда воздушный поезд пролетал над местом, куда надо было доставить бойцов, их сбрасывали на парашютах. Десантные планеры использовались на фронтах Великой Отечественной войны в ряде операций по снабжению партизан боеприпасами, провиантом и людьми. Такие операции, в частности, проводились в 1943 году на Калининском фронте. С 6 по 20 марта 1943 года планерно-десантное подразделение 3-й воздушной армии, размещавшееся на прифронтовом аэродроме в районе Старая Тропа, вблизи Великих Лук, провело операцию по снабжению партизан. В операции принимало участие 35 планеров А-7 и 30 планеров ГР-29. За 12 суток по ночам было переброшено к партизанам 50 т боеприпасов, 150 бойцов-подрывников и 106 человек руководящего состава, а также специальное оборудование для партизанской и подпольной политработы, в том числе 5 типографий и 16 радиостанций. Все это было переброшено за 96 боевых вылетов. Буксировщиками при этом работали двухмоторные бомбардировщики. Наибольшее распространение в воздушно-десантных войсках в ту пору получил планер конструкции . Его называли «небесный вагон».
УченикСовременные планеры отличаются большим разнообразием: начиная от сверхлегких, весом в десяток килограммов и скоростью полета чуть больше скорости лошади, и заканчивая космическими челноками, стартовой массой более 100 тонн и скоростью на орбите 28000 км/ч — любой крылатый космический корабль снижается в атмосфере и садится в режиме планера, хотя по своим лётным характеристикам мало напоминает обычный планер.
Существует книга рекордов для планеров:
максимальная дистанция, пройденная на планере — 3009 км, высота более 12000м, скорость более 150 км/ч
Ученик Планеры находят широкое применение. Они применяются:
1) Исследовательская работа. Парящие планеры с успехом используются для исследования метеорологических явлений. Вследствие отсутствия вибраций от силовой установки эти летательные аппараты представляют собой идеальные платформы для установки на них метеорологических приборов.
2) Маневры. Практически все фигуры высшего пилотажа, совершаемые моторными самолетами, были выполнены на безмоторных планерах. Это петли, бочки, полет в перевернутом положении, штопор.
3) Обучение. Для обучения пилотов используют двухместный планер, в котором инструктор сидит вместе с учеником и объясняет ему все действия, совершаемые при буксировке, свободном полете и посадке, включая выход из аварийных ситуаций. Он также наблюдает за поведением ученика и исправляет его ошибки. Практический опыт, приобретаемый планеристом, является гарантией успеха в обучении искусству пилотирования самолета и предпосылкой для совершенствования в любой другой области авиации.
4) Соревнования. По планерному спорту проводятся международные, национальные, региональные и местные соревнования. Первый чемпионат мира по планерному спорту был проведен в Германии в 1937.
Учитель Один из видов парения планера - скольжение с вершины горы в долину. Восходящие потоки воздуха над склоном горы или отвесным берегом могут долго удерживать планер в воздухе Парящий планер можно направить навстречу ветру, преодолевая при этом большие расстояния. Восходящие потоки воздуха могут простираться до высот, в несколько раз превышающих высоту препятствия, и начинаться довольно далеко от наветренного склона. Мощные восходящие потоки воздуха возникают на фронте урагана или грозы. Эти потоки иногда используют для подъема планеров на большие высоты и перелетов на большие расстояния. Часто полеты планеров осуществляются над облаками. Некоторые из этих облаков выстраиваются в регулярную шеренгу, приглашая опытного планериста совершить прогулку по воздушным волнам. Открываются виды необыкновенной красоты.
Звучит песня Ю. Антонова «Долгожданный самолет»
Показ слайдов, демонстрирующих полеты планеров. (Можно найти в интернете)
УчительСделать планер своими руками – это непростое, но очень увлекательное занятие. Нужно проявить терпение, умение, аккуратность, точность. Наши ребята проделали такую работу: они склеили модели планеров своими руками по выкройкам и чертежам. (Выкройки и чертежи для изготовления планеров распечатаны из интернета и заранее розданы детям. Склеить планер – это домашнее задание для учащихся)
Но оказывается изготовить планер – это пол – дела. Нужно научить его летать. Посмотрим, как это у нас получится.
Конкурс планеров (оценивается внешний вид, процесс запуска и дальность полета планера) Учащимся вручаются жетоны с количеством баллов, соответственно занятому месту.
Объявление победителей по общему количеству баллов. Подводятся итоги урока.
