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航空航天创客纲要

发布者:李玉军 文章来源: 发布时间:2019年12月27日 点击数:

  航模科技  活动课程纲要

                       滨州实验学校  李玉军

项目

内       容

课程

宗旨

    为认真贯彻落实《全民科学素质行动计划纲要》、《关于进一步加强和改进未成年人思想道德建设的若干意见》和《关于基础教育改革与发展的决定》等文件精神,巩固我区科技特色学校的办学成果,切实培养青少年从小学科学、爱科学、用科学的兴趣和能力,促进学生健康全面发展,激发学生潜力,为培养未来科学家而开展本课程。

课程

目标

1、活跃校内学生科技气氛。以在全校营造浓厚的学术氛围为目的,以航空模型运动为基础,建立并逐步完善一套层次清晰、结构分明且行之有效的学生科技创新工作的组织机制,领导校内学生的科技创新活动。

2、培养学生的科技创新意识,提高学生动手、动脑、想象能力,引导学生将所学知识应用于实践,为学生成长为具有创新精神的人才奠定基础。

3、通过航模课外活动的展开,在校内广泛开展科普宣传活动,向全校学生宣传航空航天知识,使全校逐渐形成学科学、爱科学、用科学的氛围。

课程

内容

设计

周次

内容

1

航模专题讲座:掌握必要的理论基础知识。

2

活动实践(一):纸飞机的制作和学习

3

活动实践(二):航模模仿制作学习,学习一般规律。

4

活动实践(三):航模基本技术讲解和学习。

5

活动实践(四):航模专业学习一:四翼飞行器的学习(一)

6

活动实践(五)航模专业学习一:四翼飞行器的学习(二)

7

活动实践(六)航模专业学习一:四翼飞行器的学习(三)

8

活动实践(七)航模专业学习一:四翼飞行器的学习(四)

9

活动实践(八)航模专业学习一:四翼飞行器的学习(五)

10

活动实践(九)航模专业学习一:直升机飞行模拟的学习(一)

11

活动实践(十)航模专业学习一:直升机飞行模拟的学习(二)

12

活动实践(11)航模专业学习一:直升机飞行模拟的学习(三)

13

活动实践(12)航模专业学习一:直升机飞行模拟的学习(四)

14

活动实践(13)航模专业学习一:直升机飞行模拟的学习(五)

15

航模展示和交流(一):四翼飞行器展示交流

16

航模展示和交流(二):四翼飞行器展示交流

17

航模展示和交流(一):直升机展示交流

18

航模展示和交流(二):直升机展示交流

项目

第   1     周  1 课 活动设计

促进学生学习的策略设计

课程实施过程设计

航空模型基础知识教程

一、什么叫航空模型

在国际航联制定的竞赛规则里明确规定“航空模型是一种重于空气的,有尺寸限制的,带有或不带有发动机的,不能载人的航空器,就叫航空模型。其技术要求是:

最大飞行重量同燃料在内为五千克;

最大升力面积一百五十平方分米;

最大的翼载荷100克/平方分米;

活塞式发动机最大工作容积10亳升。

1、什么叫飞机模型

一般认为不能飞行的,以某种飞机的实际尺寸按一定比例制作的模型叫飞 机模型。

2、什么叫模型飞机

一般称能在空中飞行的模型为模型飞机,叫航空模型。

二、模型飞机的组成

模型飞机一般与载人的飞机一样,主要由机翼、尾翼、机身、起落架和发动机五部分组成。

1、机翼——是模型飞机在飞行时产生升力的装置,并能保持模型飞机飞机飞行时的横侧安定。

2、尾翼——包括水平尾翼和垂直尾翼两部分。水平尾翼可保持模型飞机飞行时的俯仰安定,垂直尾翼保持模型飞机飞行时 的方向安定。水平尾翼上的升降舵能控制模型飞机的升降, 垂直尾翼上的方向舵可控制模型飞机的飞行方向。

3、机身——将模型的各部分联结成一个整体的主干部分叫机身。同时机身内可以装载必要的控制机件,设备和燃料等。

4、起落架——供模型飞机起飞、着陆和停放的装置。前部一个起落架 ,后面两面三个起落架叫前三点式;前部两面三个起落架,后面一个起落架叫后三点式。

5、发动机——它是模型飞机产生飞行动力的装置。模型飞机常用的动力装置有:橡筋束、活塞式发动机、喷气式发动机、电动机。

三、航空模型技术常用术语

1、翼展——机翼(尾翼)左右翼尖间的直线距离。(穿过机身部分也计算在内)。

2、机身全长——模型飞机最前端到最末端的直线距离。

3、重心——模型飞机各部分重力的合力作用点称为重心。

4、尾心臂——由重心到水平尾翼前缘四分之一弦长处的距离。

5、翼型——机翼或尾翼的横剖面形状。

6、前缘——翼型的最前端。

7、后缘——翼型的最后端。

8、翼弦——前后缘之间的连线。

9、展弦比——翼展与平均翼弦长度的比值。展弦比大说明机翼狭长。

第一节   活动方式和辅导要点

航空模型活动一般包括制作、放飞和比赛三种方式,也可据此划分为三个阶段。

制作活动的任务是完成模型制作和装配。通过制作活动对学生进行劳动观点、劳动习惯和劳动技能的教育。使他们学会使用工具,识别材料、掌握加工过程和得到动手能力的训练。

放飞是学生更加喜爱的活动,成功的放飞,可以大大提高他们的兴趣。放飞活动要精心辅导,要遵循放飞的程序,要介绍飞行调整的知识,要有示范和实际飞行情况的讲评。通过放飞对学生进行应用知识和身体素质的训练。

比赛可以把活动推向高潮,优胜者受到鼓舞,信心十足:失利者或得到教训,或不服输也会憋足劲头。是引导学生总结经验,激发创造性和不断进取精神的好形式。参加大型比赛将使他们得到极大的锻炼而终生不忘。

    第二节   飞行调整的基础知识

飞行调整是飞行原理的应用。没有起码的飞行原理知识,就很难调好飞好模型。辅导员要引导学生学习航空知识,并根据其接受能力、结合制作和放飞的需要介绍有关基础知识。同时也要防止把航模活动变成专门的理论课。

一、升力和阻力

飞机和模型飞机之所以能飞起来,是因为机翼的升力克服了重力。机翼的升力是机翼上下空气压力差形成的。当模型在空中飞行时,机翼上表面的空气流速加快,压强减小;机翼下表面的空气流速减慢压强加大(伯努利定律)。这是造成机翼上下压力差的原因。

造成机翼上下流速变化的原因有两个:a、不对称的翼型;b、机翼和相对气流有迎角。翼型是机翼剖面的形状。机翼剖面多为不对称形,如下弧平直上弧向上弯曲(平凸型)和上下弧都向上弯曲(凹凸型)。对称翼型则必须有一定的迎角才产生升力。  

升力的大小主要取决于四个因素:a、升力与机翼面积成正比;b、升力和飞机速度的平方成正比。同样条件下,飞行速度越快升力越大;c、升力与翼型有关,通常不对称翼型机翼的升力较大;d、升力与迎角有关,小迎角时升力(系数)随迎角直线增长,到一定界限后迎角增大升力反而急速减小,这个分界叫临界迎角。

机翼和水平尾翼除产生升力外也产生阻力,其他部件一般只产生阻力。

二、平飞

水平匀速直线飞行叫平飞。平飞是最基本的飞行姿态。维持平飞的条件是:升力等于重力,拉力等于阻力。

由于升力、阻力都和飞行速度有关,一架原来平飞中的模型如果增大了马力,拉力就会大于阻力使飞行速度加快。飞行速度加快后,升力随之增大,升力大于重力模型将逐渐爬升。为了使模型在较大马力和飞行速度下仍保持平飞,就必须相应减小迎角。反之,为了使模型在较小马力和速度条件下维持平飞,就必须相应的加大迎角。所以操纵(调整)模型到平飞状态,实质上是发动机马力和飞行迎角的正确匹配。

三、爬升

前面提到模型平飞时如加大马力就转为爬升的情况。爬升轨迹与水平面形成的夹角叫爬升角。一定马力在一定爬升角条件下可能达到新的力平衡,模型进入稳定爬升状态(速度和爬角都保持不变)。稳定爬升的具体条件是:拉力等于阻力加重力向后的分力(F=X十Gsinθ);升力等于重力的另一分力(Y=GCosθ)。爬升时一部分重力由拉力负担,所以需要较大的拉力,升力的负担反而减少了。

和平飞相似,为了保持一定爬升角条件下的稳定爬升,也需要马力和迎角的恰当匹配。打破了这种匹配将不能保持稳定爬升。例如马力增大将引起速度增大,升力增大,使爬升角增大。如马力太大,将使爬升角不断增大,模型沿弧形轨迹爬升,这就是常见的拉翻现象。

四、滑翔

滑翔是没有动力的飞行。滑翔时,模型的阻力由重力的分力平衡,所以滑翔只能沿斜线向下飞行。滑翔轨迹与水平面的夹角叫滑翔角。

稳定滑翔(滑翔角、滑翔速度均保持不变)的条件是:阻力等于重力的向前分力(X=GSinθ);升力等于重力的另一分力(Y=GCosθ)。

滑翔角是滑翔性能的重要方面。滑翔角越小,在同一高度的滑翔距离越远。滑翔距离(L)与下降高度(h)的比值叫滑翔比(k),滑翔比等于滑翔角的余切滑翔比,等于模型升力与阻力之比(升阻比)。  Ctgθ=1/h=k。

滑翔速度是滑翔性能的另一个重要方面。模型升力系数越大,滑翔速度越小;模型翼载荷越大,滑翔速度越大。

调整某一架模型飞机时,主要用升降调整片和重心前后移动来改变机翼迎角以达到改变滑翔状态的目的。

五、力矩平衡和调整手段

调整模型不但要注意力的平衡,同时还要注意力矩的平衡。力矩是力的转动作用。模型飞机在空中的转动中心是自身的重心,所以重力对模型不产生转动力矩。其它的力只要不通重心,就对重心产生力矩。为了便于对模型转动进行分析,把绕重心的转动分解为绕三根假想轴的转动,这三根轴互相垂直并交于重心。贯穿模型前后的叫纵轴,绕纵轴的转动就是模型的滚转;贯穿模型上下的叫立轴,绕立轴的转动是模型的方向偏转;贯穿模型左右的叫横轴,绕横轴的转动是模型的俯仰。

对于调整模型来说,主要涉及四种力矩;这就是机翼的升力力矩,水平尾翼的升力力矩;发动机的拉力力矩;动力系统的反作用力矩。

机翼升力力矩与俯仰平衡有关。决定机翼升力矩的主要因素有重心纵向位置、机翼安装角、机翼面积。

水平尾翼升力力矩也是俯仰力矩,它的大小取决于尾力臂、水平尾翼安装角和面积。

拉力线如果不通过重心就会形成俯仰力矩或方向力矩,拉力力矩的大小决定于拉力和拉力线偏离重心距离的大小。发动机反作用力矩是横侧(滚转)力矩,它的方向和螺旋桨旋转方向相反,它的大小与动力和螺旋桨质量有关。

俯仰力矩平衡决定机翼的迎角:增大抬头力矩或减小低头力矩将增大迎角;反之将减小迎角。所以俯仰力矩平衡的调整最为重要。一般用升降调整片、调整机翼或水平尾翼安装角、改变拉力上下倾角、前后移动重心未实现。

方向力矩平衡主要用方向调整片和拉力左右倾角来调整。横侧力矩平衡主要用副翼来调整。

 

课程评价设计

1、通过亲手制作使同学们掌握一定的模型设计理念及制作技巧;

2、通过实地操作使同学们掌握飞行原理和飞行调整、操作技术;

3、在学习过程中引导学生发现问题、提出问题、解决问题,并在教学中融入物理、无线电、材料等知识,从而提高学生们的综合知识水平;

4、自主式教育,启发学生的科学创新能力;

5、通过竞赛获奖,提高学生的成就感,增强学生的自信心。

 

 

活动总结反思

 

备注

 

 

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