Тема 3. Бумажные летающие модели

Цель. Изучить основы полета моделей, их конструкцию и основные части. Изготовить бумажную модель самолета.

Методические рекомендации. На изучение этой темы целесообразно отвести пять занятий. На первом руководитель знакомит кружковцев с основами полета моделей, рассказывает о возникновении подъемной силы крыла и об основных элементах конструкции самолета и модели. На практической части занятия кружковцы изготовляют учебную модель самолета. На втором учащиеся осваивают способы регулировки модели. Особое внимание уделяется назначению и действию рулей.

На последующих занятиях ребята изготавливают модели со стреловидным крылом и "Полет". Завершить практическую работу следует играми - соревнованиями на дальность полета, точность посадки и лучший фигурный полет.

О подъемной силе крыла рекомендуется рассказать следующее (подробнее процесс ее возникновения будет рассмотрен позднее).

Наблюдая полет бумажной модели в помещении, можно заметить, что она плавно снижается - планирует.

Чтобы понять сущность этого явления, рассмотрим процесс, схожий с планированием только по картине действующих сил. Возьмем шарик, скатывающийся по наклонной плоскости (рис. 2). Его движение обусловлено силой тяжести. Разложим эту силу на составляющие: параллельную наклонной плоскости - скатывающую и перпендикулярную ей - силу давления. Последняя с увеличением угла θ будет уменьшаться. Скатывающая сила заставляет шарик двигаться вперед - скатываться. Величина ее также зависит от угла наклона: чем он больше, тем больше скатывающая сила.

Рис. 2. Силы, действующие на шарик, скатывающийся по наклонной плоскости: θ - угол наклона плоскости

При движении по наклонной плоскости на шарик действуют и другие силы: трения о поверхность и сопротивления воздуха. Обе эти силы направлены против движения, причем сила сопротивления возрастает с повышением скорости. В результате этого при достижении определенной скорости сумма двух сил (трения и сопротивления воздуха) становится равной скатывающей силе, наступает равновесие сил, и шарик движется с постоянной скоростью (равномерно). В то же время силы упругости доски (реакция опоры) уравновешиваются силой давления, и шарик катится по прямой.

Теперь проведем аналогичный опыт, но вместо шарика возьмем модель планера (рис. 3). У модели при движении по наклонной траектории также существуют скатывающая сила и сила давления (слагаемые силы тяжести). Первая уравновешивается силой сопротивления воздуха. Модель, двигаясь в воздухе, крыльями, оперением давит на него. Возникает сила противодействия "невидимой опоры" - воздуха, которая и поддерживает модель планера, - подъемная сила. При планировании эта сила уравновешивается силой давления.

Рис. 3. Силы, действующие на модель планера: θ - угол планирования

Из опыта видно, что модель планера имеет "опору" особого вида. Чтобы опереться на воздух, модель должна лететь с определенной скоростью и иметь крылья достаточной площади. В противном случае подъемная сила - "опорная реакция воздуха" - будет мала и не сможет уравновесить силу давления, а без этого не получится и планирования.

Учебная летающая модель. Все летчики начинали свой путь в небо с учебного самолета. Долгое время "учебной партой" пилотов были самолеты По-2, Як-18. У авиамоделистов также существуют свои учебные модели. Простейшая бумажная модель изображена на рисунке 4, а. Правильно сделанная модель хорошо летает, с ее помощью можно понять принципы управления полетом. Модель имеет те же основные части, что и настоящий самолет (кроме двигателя и воздушного винта).

Материал учебной модели - бумага. Лучше использовать плотную бумагу (для черчения и рисования), не скрученную в рулон. При этом следует иметь в виду, что прочность модели в большой степени зависит от правильного выбора направления волокон на листе бумаги. Определить на глаз направление волокон не всегда удается. Рекомендуется такой опыт: складывают небольшой листок бумаги вдоль, потом - поперек. Один из сгибов получится ровный, без "узлов", по нему бумага легко складывается - это сгиб вдоль волокон; на другом сгибе образуются складки, бугры, неровности - это сгиб поперек волокон.

Рис. 4. Учебная модель: а - общий вид; б - развертка; в - порядок изготовления; 1-4 - последовательность работ

Для изготовления учебной модели складывают вдвое вдоль волокон лист плотной бумаги и карандашом вычерчивают сетку (рис. 4, б): вертикально - 4 квадрата, горизонтально - 10 со стороной 2 см. После этого рисуют контур, вырезают и складывают, как показано на рисунке 4, в. Носовую часть фюзеляжа скрепляют бумажной шпилькой (ее место отмечено крестиком на рис. 4, б). Руководитель обращает внимание кружковцев на то, чтобы линия сгиба крыла была косой и передняя кромка возвышалась над задней на 2-3 мм. Крылу необходимо придать угол поперечного V: концы крыла должны быть выше середины на 10-12 мм. Затем проверяют симметричность на виде спереди - не перекошены ли крыло и оперение, а также центровку модели - положение центра тяжести (ЦТ) относительно крыла.

Различают переднюю, заднюю и нормальную центровку.

При передней центровке ЦТ модели расположен ближе к передней кромке крыла - носовая часть тяжелая. Такая модель будет летать носом вниз - пикировать. Чтобы исправить центровку, срезают часть груза впереди фюзеляжа.

При задней центровке ЦТ находится ближе к задней кромке крыла - носовая часть слишком легкая. Модель будет кабрировать - лететь волнообразно. Этот недостаток устраняют, добавляя груз в носовую часть фюзеляжа.

При нормальной центровке ЦТ модели расположен на расстоянии 1/3 ширины крыла ближе к передней кромке.

Убедившись, что у модели нет дефектов, приступают к запуску. Для этого ее берут двумя пальцами за фюзеляж под крылом, несколько опускают носовую часть и, легко толкнув, запускают модель в полет. Если она опускает нос и летит быстро, резко снижаясь, немного отклоняют заднюю кромку стабилизатора вверх. Если же модель задирает нос или летит волнообразно (то поднимаясь, то опускаясь), заднюю кромку слегка опускают.

Прямолинейность полета регулируют рулем направления. Если отогнуть руль направления немного вправо, запущенная модель повернет вправо; для левого поворота модели руль направления отгибают влево.

Объяснив основные способы регулировки, кружковцам дают проверить их на моделях.

После регулировки проводят соревнования на точность посадки. Для этого на полу рисуют мелом прямоугольник или расстилают лист газеты. На расстоянии 7-10 м строят кружковцев. Каждый участник должен постараться посадить модель в начерченный прямоугольник. Если первый тур прошел успешно, увеличивают расстояние. Результаты соревнований заносят в журнал, самых метких "мастеров посадки" отмечают призами.

Модель со стреловидным крылом (рис. 5) напоминает учебную. У нее лишь несколько изменены форма и расположение основных частей. На сложенном вдвое листе бумаги вычерчивают сетку, рисуют контур, вырезают и складывают. Правильно сделанная модель со стреловидным крылом летит на расстояние 15-18 м. Для ее запуска нужна немного большая сила, чем для запуска учебной.

Рис. 5. Модель со стреловидным крылом

Модель планера "Полет". Эта модель имеет современную форму (рис. 6). Для ее изготовления необходимы бумага, деревянные рейки и клей ПВА. Основные части модели "Полет":

• Фюзеляж 1 - основная часть модели. На планерах в фюзеляже размещаются летчик, пассажиры, грузы.
• Груз 2 необходим для центровки модели. Величину груза подбирают так, чтобы обеспечить нужную центровку модели (для данного случая - 2/3 ширины крыла от передней кромки).
• Крыло 3 - часть, которая создает подъемную силу, поддерживая модель в полете.
• Стабилизатор 4 - небольшая горизонтальная плоскость в хвостовой части, способствует устойчивому полету. Задняя кромка стабилизатора служит рулем высоты 5.
• Киль 6 - вертикальная плоскость в хвостовой части фюзеляжа. Рулем направления 7 служит задняя кромка шириной 3-5 мм.

Фюзеляжем модели служит сосновая рейка длиной 240 мм и сечением 4X4 мм. Носовая часть усилена второй рейкой такого же сечения длиной 120 мм, приклеенной сверху. Крыло, стабилизатор и киль вырезают из плотной бумаги. Их передние кромки усилены накладками (на рисунке заштриховано) шириной 10 мм - на крыле и 5 мм - на оперении. Крыло приклеивают к фюзеляжу сверху на расстоянии 70 мм от переднего конца, стабилизатор - в хвостовой части, снизу, киль - сбоку, над стабилизатором. После того как клей просохнет, концевые части крыла длиной 40 мм отгибают вверх, создавая угол V (см. вид спереди на рисунке).

Рис. 6. Модель планера 'Полет': 1 - фюзеляж; 2 - груз; 3 - крыло; 4 - стабилизатор; 5 - рули высоты; 6 - киль; 7 - руль направления

Центр тяжести данной модели должен находиться на оси крыла на расстоянии примерно 30 мм от его передней кромки. Для этого в носовой части фюзеляжа закрепляют немного пластилина.

Запускают модель планера с рук. Регулировку на планирование осуществляют отклонением руля высоты. В закрытом помещении модель пролетает 20-25 м. Не всегда удается достичь прямого, устойчивого полета с первого запуска. Модель круто разворачивается, резко опускается, переворачивается в воздухе. Причиной может быть неточность изготовления или неправильный запуск. С описанной выше моделью можно участвовать в соревнованиях на дальность полета и точность посадки.

После нескольких пробных запусков необходимо рассказать кружковцам об устойчивости модели. Устойчивость - это способность тела самостоятельно возвращаться в положение равновесия, нарушенное какой-либо внешней силой, после прекращения ее действия. Для летательных аппаратов и их моделей наиболее важна продольная устойчивость. Основным фактором, влияющим на продольную устойчивость, является расположение центра тяжести. Для ее обеспечения служат стабилизатор и его регулируемая часть - руль высоты.

Способность модели быть устойчивой в поперечной (боковой) плоскости называется поперечной устойчивостью.

На бумажных и схематических моделях обычно не делают подвижных элеронов. Поперечная устойчивость таких моделей достигается углом поперечного V крыла.

Путевая устойчивость - способность модели лететь прямо, не сворачивая вправо или влево. Обеспечивает путевую устойчивость модели киль и его подвижная часть - руль направления (поворота).