«Начинающему авиамоделисту: летит бумажная модель»
методическая разработка по технологии на тему

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

Дополнительного образования детей

Станция юных техников

Методическая разработка

«Начинающему авиамоделисту:

летит бумажная модель»

педагог дополнительного образования

Шемонаева Е.А.

Объединение «Умелые руки».

2008 – 2009 уч. год.

Эта методическая работа посвящена бумажной авиации. Все модели просты по конструкции и доступны для изготовления младшими школьниками. Строя и запуская эти модели, дети наглядно, на опыте, смогут убедиться, как в зависимости от формы крыла, аэродинамической компоновки, центровки одни модели летают дальше, другие – выше, третьи – быстрее.

Даже самая простая модель самолета – это самолет в миниатюре со всеми его свойствами. Чтобы построить хорошую летающую модель, нужно немало потрудиться, изучить теорию полета аппаратов тяжелее воздуха.

Виды авиамоделей

Все многообразие авиамоделей можно подразделить на несколько классов. Самые популярные среди начинающих авиамоделистов – бумажные авиамодели. В бумажном авиамоделировании можно выделить несколько направлений.

Элементарные контурные модели. Это простейшие летающие модели самолетов, которые вырезаются из листа бумаги несколькими взмахами ножниц. Они наиболее просты и доступны для начинающих.

Нелетающие модели-копии. Они в точности повторяют внешний вид известных марок самолетов. Проектирование моделей-копий требует специальных знаний, большого терпения и труда. занимаются ими опытные моделисты, коллекционирующие модели авиационной техники.

Свободнолетающие модели. Такие модели, сделанные из плотной бумаги или тонкого картона, можно запускать с помощью резины с рук, как из рогатки, или со специального устройства – катапульты. Для достижения наибольшей дальности полета относительное поперечное сечение их фюзеляжа делается меньше, чем у самолетов-прототипов.

Есть свободнолетающие бумажные модели, движущиеся за счет тяги, развиваемой воздушным винтом с приводом от резиномотора или миниатюрного электромоторчика.

Безмоторные         модели, запускаемые в полет с помощью нити-леера, называются планерами.

Кордовые модели летают «на привязи». Они управляются рукой авиамоделиста с помощью стальных нитей или тросиков, которые называются кордами. Кордовая модель не может удалиться от спортсмена больше чем на длину корды. Этим кордовая модель отличается от свободнолетающей. На таких моделях устанавливают двигатели внутреннего сгорания или электродвигатели, питающиеся от внешнего источника тока, подаваемого по проводникам-кордам. Бумажные кордовые модели обычно оснащаются электродвигателями.

Основные понятия об аэродинамике

Аэродинамические силы. Почему же летают аппараты тяжелее воздуха – самолеты и их модели?

Вспомним, 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. На рисунке 1 (Приложение, лист 1) показано сечение крыла самолета.

Если крыло будет расположено так, чтобы между его нижней плоскостью и направлением движения самолета был некоторый угол α (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 разновидность давлений поддерживает самолет в воздухе и называется подъемной силой.

На рисунке 2 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 Х – напротив движения. Сила тяжести G всегда направлена вертикально вниз. Подъемная сила зависит от площади крыла, скорости полета, плотности воздуха, угла атаки α 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

  во сколько раз подъемная сила крыла больше сопротивления модели.

В планирующем полете подъемная сила модели Y обычно равна весу модели, а сила сопротивления Х в 10-15 раз меньше, поэтому дальность полета L будет в 10-15 раз больше высоты Н, с которой начался планирующий полет, то есть К = 10 : 15 . следовательно, чем легче модель, чем она тщательнее изготовлена, тем большей дальности полета можно достигнуть.

Центровка модели

Чтобы полет был устойчивым, модель должна иметь определенную центровку: центр тяжести ЦТ должен совпадать с центром давления крыла ЦД или быть несколько впереди его (центром давления крыла называется точка приложения аэродинамической силы).

У прямоугольного профилированного крыла ЦД находится примерно на первой четверти ширины крыла.

У простых  бумажных моделей профиль крыла, как правило, очень тонкий либо вообще плоский. У таких крыльев центр давления находится в геометрическом центре площади. У прямоугольных крыльев центр площади находится на пересечении его диагоналей (см. Приложение, лист 3, рис.3).

На рисунке показано, как определять центр площади любой другой формы крыла. Нужно вырезать крыло из плотного картона, установить его на ребро линейки и уравновесить. Точка пересечения ребра линейки с линией, проведенной посередине крыла, и есть центр тяжести и центр давления крыла.

Центр тяжести модели находят тогда, когда уже изготовлен груз. Для чего он нужен? У простейших свободнолетающих моделей нет двигателя, и силу тяги, движущую модель вперед, создает ее собственная масса. Для повышения инерционности модели в фюзеляж ее вклеивают груз, вырезанный из фанеры или нескольких слоев картона. Наличие груза в носовой части фюзеляжа обеспечивает достаточную устойчивость модели в полете.

Зная центр тяжести модели и центр давления, подбирают правильное положение крыла на модели. У моделей, летающих с большими скоростями (запускаемых с катапульты), ЦТ должен быть впереди ЦД, а у свободно планирующих – совпадать.

На прямолинейности полета особенно сильно сказывается «погибь» фюзеляжа, то есть искривление в процессе склейки. За его формой нужно следить и в процессе регулировки, и во время запусков, так как при ударах о препятствия он может деформироваться.

Вообще свободнолетающие модели, имея большие скорость полета, часто деформируются при ударах о препятствия, поэтому они должны изготавливаться очень тщательно.

После полета не рекомендуется брать модель за крылья, стабилизатор или киль. Берите только за носовую часть, то есть за груз.

Начиная пробные полеты, старайтесь пускать модели на открытом месте, там, где нет препятствий и людей. (Приложение, лист 4, рис.5 )

Только изучив «повадки» модели, определив ее траекторию и хорошо отрегулировав, можно запускать ее в залах и коридорах. Но при этом помните, что развившая большую скорость модель может поранить кого-нибудь из зрителей. Поэтому при запусках следите, чтобы предполагаемая траектория вашей модели не была направлена в сторону людей.

Как можно управлять полетом модели? В отличие от кордовых моделей свободнолетающими моделями невозможно управлять после старта. Но можно отрегулировать модель так, чтобы она летела по заданной траектории.

Для управления в вертикальной плоскости (по тангажу) на самолетах служат рули высоты. На модели для этого достаточно отогнуть заднюю кромку стабилизатора вниз или вверх. При этом модель будет соответственно набирать высоту (и даже делать мертвую петлю) или пикировать.

Для управления по крену достаточно отогнуть в противоположные стороны (вверх и вниз) задние кромки крыльев. На реальных самолетах на задней кромке крыла установлены специальные управляемые поверхности – элероны.

Для управления в горизонтальной плоскости на самолетах применяются рули направления. На модели для этой цели можно отогнуть в сторону заднюю кромку вертикального оперения.

Когда модель выполняется по схеме «бесхвостка», то есть без стабилизатора, сгиб задней кромки крыла обеспечивает управление и по крену, и по тангажу. У настоящих самолетов такие рулевые поверхности, выполняющие роль и элеронов, и руля высоты, называются элевонами.

Работа с бумагой. Инструмент

Для наших бумажных моделей используется, как правило, жесткие виды бумаги: чертежная типа ватман, тонкий картон. Для отделки и декоративных аппликаций применяется цветная бумага из наборов для детского творчества.

Для резки бумаги рекомендуем использовать резцы (канцелярские ножи) и линейки. Особенно это важно, когда моделированием начинают заниматься младшие школьники. Они, как правило, еще плохо владеют своими руками, и даже обычное вырезание ножницами для них проблема. Их рука привыкла держать только карандаш и ручку.

Для резки бумаги необходима линейка из оргстекла длиной 30-35 см. на нее обязательно нужно наклеить полоску из изоляционной ленты шириной 5 мм. Такая линейка прозрачна, по ней легко скользит резец и не тупиться об нее. Лента приклеивается для того, чтобы линейка не скользила по бумаге при работе. Ведь детали должны быть изготовлены очень точно.

Младшие школьники осваивают работу с этими двумя инструментами после двух-трех занятий.

Несколько слов о приемах работы инструментами.

Резец надо держать так, как ручку или карандаш. Линейку при резке кладите, чтобы ее конец был направлен к плечу режущей руки, то есть резать бумагу резцом нужно только «к себе». При резке линейку удерживают разведенными пальцами, прижав ее к бумаге и не отнимая руки до тех пор, пока не отрежут нужную деталь. Нажимать на резец сильно не рекомендуется. Можно сломать острый конец лезвия. Лучше провести точно несколько раз. Ни в коем случае не зажимайте резец в кулак, не давите на него с силой!

Необходимо приучить свою руку соразмерять силу нажима. Вам придется вырезать из цветной бумаги буквы, номера самолетов и другие аппликации. Освоить такую резку можно только тренировкой руки.

Чтобы сгибы деталей из бумаги и картона получались аккуратными, ровными, их надо предварительно обработать. Лучше всего их «подрезать» или «продавливать» тупым концом резака. На наших развертках моделей все линии  сгиба, обозначенные пунктиром (_ _ _ _ _), сгибаются по лицевой стороне развертки. Линии, обозначенные штрих-пунктиром (_._._._._._) сгибаются с обратной стороны.

Резать бумагу нужно обязательно на фанерной подложке, а еще лучше на пластиковой (из сополимера).

Несколько слов о клеях

Толстые сорта бумаги и картон можно склеивать любым клеем. Наиболее надежно склеивают клеи ПВА, нитроцеллюлозный марки АГО, «Китификс». Клей «Момент» нужно использовать только для «прихватки». Его клеевой шов эластичен, и надежно приклеить детали модели им нельзя.

Тонкие сорта бумаги рекомендуется склеивать клеями БФ-2 и нитроцеллюлозными. Конторский клей КС и клей ПВА размягчают бумагу и при высыхании коробят детали моделей.

Детали, выполненные из пенопласта марки ПС (полистирольный, белого цвета), рекомендуется приклеивать только клеем ПВА или БФ-2; детали из желтого пенопласта (марки ПВХ) – нитроцеллюлозными клеями или клеем ПВА.  

АВИАМОДЕЛИ И ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЕ.

Материалы. Для изготовления всех ниже представленных моделей нужен тонкий картон, цветная бумага и нитроклей, фанера 4 мм, нитролак.  

Инструменты: резец (канцелярский нож), ножницы, линейка, карандаш.

МОДЕЛЬ 1. «СТРЕЛА».

Свое название эта модель получила за стреловидную форму крыла. Это самая простая модель. Она доступна даже детям 7-8 лет. При запуске она пролетает 50-100 м.

Сборка модели

Контуры разверток деталей надо перевести на картон и аккуратно вырезать. Все линии на развертках обведите черной шариковой ручкой. В качестве груза можно использовать фанеру толщиной 4 мм или обойтись картоном, склеив груз из 6-7 полос. Обработайте пунктирные и штрих-пунктирные линии фюзеляжа (дет.1), сложите. Вклейте в него груз (дет.4) и, когда клей высохнет, приклейте к фюзеляжу крыло (дет. 2). Соберите и склейте киль (дет. 3). Вклейте его в прорези фюзеляжа.

Из черной бумаги вырежьте полоски шириной 12 мм, перегните их пополам вдоль и оклейте ими переднюю кромку крыла и киля.

Из синей бумаги вырежьте контуры фонаря кабины, из зеленой – контуры элеронов и руля поворота и наклейте на свои места.

Звездочки (их 6) переколите с чертежа на красную бумагу, вырежьте и наклейте на места, указанные на рисунке.

Нос фюзеляжа тоже оклейте черной бумагой. Покройте модель бесцветным нитролаком, и «Стрела» может стартовать. Запускать ее проще всего с рук, как из рогатки, с помощью авиамодельной резины («венгерки»). (Приложение. Лист 4).Для этого снизу фюзеляжа модели имеется вырез.  

МОДЕЛЬ 2. «СОКОЛ».

Модель самолета «Сокол» прекрасно летает. На рисунке приложения вы видите, из каких частей модель состоит: 1- кабина, 2 – крыло, 3 – двигатель-фюзеляж, 4 – стабилизатор, 5 – киль, 6 – сопло двигателя, 7 – форкиль.

Изготовление деталей модели

Развертки всех деталей надо перевести на чертежную бумагу или тонкий картон и аккуратно вырезать. Изготовление отдельных деталей начинайте в таком порядке.

Кабина1. Подрежьте линии «аа», «bb», и «cc» и перегните по ним развертку. Смочите мокрым ватным тампоном края  d и скрутите их на карандаше. Изготовьте из картона груз по боковому контуру кабины «abca» и вставьте его на клею. После этого заклейте отогнутые края кабины. Фонарь (он выделен штриховкой) вырежьте из синей бумаги и наклейте на размеченные места. Нос оклейте сверху черной бумагой.

 Крыло 2. согните развертку по линиям «ее» и сложите. Склейте заднюю кромку. Отгибы «ef» подрежьте и перегните в обратную сторону.

Двигатель 3 делается из более тонкой чертежной бумаги. Смочите тампоном ваты полоски «mn» и в этих местах перегните деталь на круглом карандаше под углом 90º. Линии hh подрежьте и также перегните под углом  90º. Склейте края двигателя между собой.

Стабилизатор 4. подрежьте линии «kk», сложите и склейте по задней кромке.

Киль 5 подрежьте по линии «ll» и сложите. Линии «lp» подрезаются с оборотной стороны. Склейте киль по задней кромке.

Сопло 6 двигателя склейте в кольцо и покрасьте в черный цвет. Можете сделать его из черной или фольгированной бумаги.

Форкиль 7 подрезается по средней линии, края подрезаются и подгибаются в обратную сторону.

Сборка модели

Вклейте кабину в двигатель- фюзеляж. Проверьте параллельность боковых сторон обеих деталей, это очень важно.

Приклейте стабилизатор на свое место. Приклейте киль, форкиль, сопло двигателя. Приклейте крыло. Тщательно проверьте все клеевые швы.

Изготовьте из скрепки крючок и вставьте его на клею.

Чтобы придать модели боевой вид, вырежьте из пенопласта или склейте из бумаги ракеты и прикрепите их под крыльями.

Балансировка модели

Изготовленную модель поставьте на торец карандаша и найдите центр тяжести. Он должен совпадать с меткой «ЦТ» на крыле.

Регулировка модели

Модель запускается с помощью резиновой пращи или катапульты. Правильно отбалансированная модель летит по прямой 25-30 м. если модель делает «горку» и затем без скорости падает, отогните заднюю кромку стабилизатора вниз. Если полет модели не прямолинеен, проверьте симметричность киля.

МОДЕЛЬ 3. «АЛЬБАТРОС».

Модель самолета «Альбатрос» сделана из картона и бумаги. Все детали этой модели даны в натуральную величину и имеют следующие наименования:

1 – фюзеляж, 2 – крыло, 3 – стабилизатор, 4 – киль, 5 – двигатель, 6 – груз, 7 – крючок, 8 – фонарь кабины.

Сборка модели

Начиная работу, переведите все детали на картон или бумагу так, чтобы наиболее длинная сторона развертки располагалась вдоль волокон бумаги, и обведите внутренние линии черной шариковой ручкой. Это придаст модели декоративный вид. Обработайте линии сгибов.

Фюзеляж 1 можно сделать с прозрачной кабиной или с «глухой». Если вы предпочитаете иметь прозрачную кабину, то контуры «остекления» фонаря вырежьте по шаблону 8. Остекление делается из прозрачной фотопленки.

Чтобы ваша модель хорошо летала, необходима правильная продольная центровка (центр тяжести модели отмечен на развертке фюзеляжа). Для этого нужен груз. Вырежьте его по контуру 6 из картона или оргалита и приклейте к фюзеляжу с внутренней стороны: сначала к одной боковине фюзеляжа, потом – к другой. Отогнув детали днища фюзеляжа, склейте все в единый блок. Язычки склейте между собой.

Киль 4 вырежьте по контуру, перегните по пунктирной линии и склейте по задней кромке (клеевой шов 5-6 мм). Язычки киля проденьте в прорези в хвостовой части фюзеляжа и приклейте изнутри.

Двигатели 5 состоит из двух половин. Каждая из них представляет собой полуцилиндр, приклеенный к боковой стенке фюзеляжа. На нашем рисунке дана одна боковина. Вторая – ее зеркальное отображение.

Стабилизатор 3 перегните по пунктирной линии и склейте по задней кромке. Установите его на клею под киль в хвостовой части фюзеляжа.

Крыло 2. Вырежьте развертку крыла и склейте ее по задней кромке. Приклейте к фюзеляжу; особенно тщательно приклейте отгибы. Вырежьте из красной бумаги звездочки и приклейте их на свои места.

Крючок 7 изготовьте из канцелярской скрепки, расплющив ее концы. Крючок устанавливается на клею по меткам на фюзеляже впереди крыла.

После сборки модель установите на столе и, прижав крылья и стабилизатор книгами, просушите в течение 8-10 часов. Иначе клей может повести несущие плоскости.

После того как клей высохнет, проверьте продольную балансировку модели. Модель должна стоять на ребре линейки. Центр тяжести должен быть под меткой ЦТ на фюзеляже.

Полеты модели

Перед полетами проверьте все клеевые швы. Устраните искривления крыльев, стабилизатора и киля. Проверьте надежность крепления крючка. Модель можно запускать с рук, как из рогатки, используя авиамодельную резину. Набрав высоту 10-12 м, «Альбатрос» может пролететь 30-50 м.

Чтобы сделать модель более декоративной, можно выточить на станке из пенопласта крыльевые баки, ракеты, бомбу, трубку приемника воздушного давления. Раскрасьте модель. Сама модель – белого цвета, нос сверху покрасьте черным; передние кромки крыла, стабилизатора и киля, а также звездочки – красным, крыльевые баки – желтым, ракеты – зеленым.

СЛОВАРЬ АВИАМОДЕЛИСТА.

АВТОРОТАЦИЯ – самовращение летательных аппаратов или их элементов в полете.

БЕСХВОСТКА – модель, лишенная стабилизатора, балансировка которой обеспечивается приданием крылу стреловидности и закрутки.

ЖЕСТКОСТЬ – способность материала или конструкции сопротивляться приложенной нагрузке.

КИЛЬ – вертикальная или наклонная стабилизирующая поверхность модели самолета, планера, ракеты.

КОНСОЛЬ – часть конструкции, выступающая за пределы своей опоры (в моделизме – отъемные части правой и левой половинок крыла).

ПАРАШЮТИРОВАНИЕ – безопасное падение модели, сохраняющей горизонтальное положение, по траектории близкой вертикали.

СТАБИЛИЗАТОР – несущая поверхность, расположенная, как правило, за крылом. Служит для продольной балансировки модели и обеспечения ее динамической устойчивости.

ФЛАТТЕР – опасные вибрации крыла модели в полете, часто приводящие к разрушению всей конструкции в воздухе. Они возникают при превышении скорости полета.

ЦЕНТРОВКА – расположение центра тяжести предмета относительно какой-либо точки этого предмета.

ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ – точка модели, в которой можно было бы сосредоточить весь ее вес, и модель при этом находилась бы в состоянии безразличного равновесия.