Аэродинамика БЛА

Автор: Дегтяренко Ольга Ивановна

Организация: МБОУ Чкаловская СОШ

Населенный пункт: Оренбургская область, Асекеевский район, п. Чкаловский

Автор: Дегтяренко Ольга Ивановна

Организация: МБОУ Чкаловская СОШ

Населенный пункт: Оренбургская область, Асекеевский район, п. Чкаловский

Цель урока:

Изучить основные принципы аэродинамики, влияющие на полеты беспилотных летательных аппаратов (БЛА), ознакомить с элементами конструкции БЛА, их функциональными назначениями и взаимодействием, понять важность аэродинамических характеристик в проектировании и использовании БЛА.

Задачи урока:

1. Исследовать ключевые аэродинамические принципы, включая подъемную силу, сопротивление и углы атаки, и их влияние на полет БЛА.

2. Ознакомить учащихся с основными компонентами конструкции БЛА, такими как фюзеляж, крылья, система управления и электроника.

3. Провести практическую работу по моделированию простого БЛА.

Планируемые результаты:

Личностные результаты:

1. Формирование интереса к технике и технологиям: развитие интереса к современным технологиям, таким как беспилотные летательные аппараты (БЛА), и понимание их значимости в различных сферах деятельности.

2. Развитие навыков работы в команде через групповые задания и проекты, что способствует улучшению коммуникативных умений и взаимодействия с другими.

3. Формирование ответственности за выполнение заданий, соблюдение правил безопасности и бережное отношение к материалам и инструментам.

Метапредметные результаты:

1. Развитие способности анализировать, сравнивать и оценивать различные конструкции БЛА и их аэродинамические характеристики.
2. Умение планировать и организовывать выполнение практических заданий по разработке модели БЛА, отбор материалов и инструментов.
3. Использование цифровых технологий для поиска информации о конструкции и аэродинамике БЛА, а также для представления результатов работы.

Предметные результаты:

1. Освоение основных понятий и принципов аэродинамики, таких как подъемная сила, сопротивление, углы атаки и их влияние на полет.

2. Умение идентифицировать основные элементы конструкции БЛА (фюзеляж, крылья, пропеллеры, системы управления) и объяснять их функции.

3. Развитие навыков моделирования через создание простой модели БЛА из картона или других материалов, что включает в себя работу с инструментами и материалами.

Тип урока: комбинированный

Оборудование:

• Презентация по теме.

• Модели БЛА (картинки).

• Печатные материалы о конструкции БЛА.

• Инструменты для черчения модели (картон, карандаши, ножницы, клей, линейка и т.д.).

Ход урока:

1. Организационный момент (5 минут)

• Приветствие учащихся.

Прозвенел звонок,
Начинается урок.
Все друг к другу повернитесь,
И друг другу улыбнитесь.
Улыбнитесь мне, гостям!
И садитесь по местам.

2. Актуализация знаний (10 минут) Вопросы к классу:

Лети как облако над бездной
Челнок свободы и мечты
Наш шмель с винтами, змей железный
С которым с нежностью на ты
О плата наших размышлений,
О чипы храбрых откровений
Спасибо что ваш краткий век
На наших взорах отразился
Как ястреб в скалы взгромоздился
Как горд сегодня человек !
Мы детище свое лелеем
Когда взлетаем над аллей
Над лесом, речкой или полем
Порыву ветра чинно вторим !

• Что такое БЛА и для чего они используются?

БЛА (беспилотный летательный аппарат) — это летательное средство, которое способно осуществлять полеты без присутствия человека на борту (летающий робот). БЛА управляются дистанционно или могут выполнять задачи в автономном режиме с использованием встроенных систем управления. Эти аппараты имеют широкий спектр применения и могут использоваться в различных сферах. Благодаря своей гибкости, БЛА становятся все более популярными как в военных, так и в гражданских сферах. Это связано с их способностью выполнять задачи, которые могут быть сложно или небезопасно выполнены с участием человека. Современные БЛА могут быть оснащены различными датчиками, камерами, навигационными системами и другими устройствами, что значительно расширяет их функциональность.

• Какие известные примеры БЛА вы можете назвать?

Вот некоторые известные примеры беспилотных летательных аппаратов (БЛА), которые используются в различных областях:

1. MQ-1 Predator:

• Военный БЛА, разработанный компанией General Atomics. Predator используется для разведки и наблюдения, а также для нанесения ударов по наземным целям с помощью управляемых ракет.

 

2. DJI Phantom:

• Один из самых популярных коммерческих дронов для аэрофотосъемки и видеосъемки. Имеет простое управление, компактный размер и высокое качество камер.

 

3. Parrot Anafi:

• Компактный дрон с возможностью 4K-съемки и 180-градусного наклона камеры. Пользуется популярностью среди любителей и профессионалов для съемки на высоте.

 

4. Boeing Insitu ScanEagle:

• БЛА, используемый в военных и гражданских целях для наблюдения и сбора данных. Относится к малым беспилотникам и известен своей высокой маневренностью.

 

 

 

5. Wing Aviation (часть Alphabet Inc.):

• Компания, предлагающая доставку товаров с помощью беспилотных летательных аппаратов. Работает в рамках пилотных проектов по доставке медикаментов и другой продукции.

 

 

Эти примеры показывают разнообразие применения БЛА, от военных нужд до гражданского использования, включая услуги доставки и аэрофотосъемку. БЛА продолжают развиваться и находить новые области применения благодаря своим возможностям и гибкости.

1. Изучение нового материала (20 минут)

Объявление темы и целей урока.

Аэродинамика БЛА:

Основные принципы аэродинамики.

Аэродинамика (от др. -греч. ἀηρ — воздух и δύναμις — сила) — раздел механики сплошных сред, в котором целью исследований является изучение закономерностей движения воздушных потоков и их взаимодействия с препятствиями и движущимися телами.

Основные принципы аэродинамики, которые лежат в основе полета воздушных судов, включая беспилотные летательные аппараты (БЛА), включают в себя следующие ключевые аспекты:

1. Подъемная сила: — это сила, которая позволяет летательному аппарату подниматься в воздух. Она создается благодаря разнице давления над и под крыльями. Когда воздух проходит быстрее над крыльями, давление становится ниже, что приводит к поднятию аппарата.

2. Сопротивление: — это сила, которая противодействует движению летательного аппарата. Оно может быть разделено на два основных типа:

• Парное сопротивление: Возникает из-за трения воздуха о поверхность аппарата.

• Форма сопротивления: Обусловлено формой тела летательного аппарата, что влияет на то, как воздух обтекает его.

3. Турбулентность:-Это неупорядоченное движение воздуха, которое может создавать дополнительное сопротивление и влиять на устойчивость полета. Турбулентность может возникать при взаимодействии с объектами, находящимися в воздухе.

4. Закон Бернулли: описывает зависимость давления и скорости потока жидкости (или газа). Согласно этому закону, при увеличении скорости потока (например, воздуха, проходящего над крылом) давление уменьшается. Это явление является основой формирования подъемной силы.

5. Аэродинамическая форма: Форма летательного аппарата играет критическую роль в аэродинамике. Оптимизированные формы помогают минимизировать сопротивление и максимизировать подъемную силу. Аэродинамически эффективные здания имеют гладкие контуры.

6. Углы атаки:— это угол между крылом и направлением, из которого встречается поток воздуха. Правильный угол атаки может увеличить подъемную силу, но при слишком большом угле крыла может произойти сваливание и потеря подъемной силы.

7. Устойчивость и управляемость: определяют, как летательный аппарат реагирует на изменения движения и навигации. Устойчивость требует правильного расположения центра тяжести и формы крыла, тогда как управляемость зависит от управления рулем и другими элементами.

8. Соотношение подъемной силы к весу:

• Это отношение влияет на то, может ли летательный аппарат взлететь и поддерживать полет. Чем выше соотношение подъемной силы к весу, тем лучше производительность аппарата.

Изучение этих принципов помогает понять, как оптимизировать конструкцию БЛА и других летательных аппаратов для достижения наилучших аэродинамических характеристик и эффективного выполнения поставленных задач.

Конструкция БЛА:

Конструкция беспилотного летательного аппарата (БЛА) включает множество компонентов, каждый из которых играет важную роль в обеспечении его функциональности, маневренности и устойчивости в воздухе. Ниже перечислены ключевые элементы конструкции БЛА:

1. Фюзеляж

• Описание: Основная часть БЛА, которая содержит все ключевые элементы. Фюзеляж может быть выполнен из различных материалов, таких как пластик, металл или композитные материалы, которые обеспечивают легкость и прочность.

• Функция: Он служит для защиты внутренних компонентов и экипировки, а также обеспечивает стабильность и аэродинамику.

2. Крылья

• Описание: Основные элементы, создающие подъемную силу. Крылья могут иметь различные формы и размеры, что влияет на аэродинамические характеристики БЛА.

• Функция: Они обеспечивают подъемную силу во время полета и могут включать элементы, такие как закрылки, которые улучшают маневренность и управление.

3. Пропеллеры и моторы

• Описание: Пропеллеры могут быть одним из нескольких типов, включая одно- и многолопастные, и служат для создания тяги. Моторы могут быть электрическими или внутреннего сгорания.

• Функция: Они приводят в движение БЛА и обеспечивают его перемещение.

4. Система управления

• Описание: Включает как аппаратные, так и программные компоненты, которые позволяют оператору контролировать БЛА в полете. При этом могут использоваться радиоуправление и автоматизированные системы.

• Функция: Обеспечивает навигацию, управление высотой и курсом, а также выполнение заранее заданных маршрутных программ.

5. Электроника

• Описание: Включает датчики, камеры, навигационные системы (например, GPS), а также различные сенсоры, которые помогают в сборе данных.

• Функция: Обеспечивает автономность, слежение за окружающей средой и сбор информации (например, для целей мониторинга или специальных операций).

6. Шасси

• Описание: Система для взлета и посадки БЛА. Может включать колеса, лыжи или другие элементы.

• Функция: Позволяет БЛА безопасно приземляться и взлетать с поверхности, а также защищает его при приземлении.

7. Акумуляторы и системы питания

• Описание: Источники энергии для работы всех электрических компонентов. Это могут быть литий-ионные или другие типы аккумуляторов.

• Функция: Обеспечивают необходимую энергию для полета и работы всех систем БЛА.

8. Камуфляж и специальные покрытия

• Описание: Некоторые БЛА имеют специальные покрытия или краску для снижения видимости и отражения радиоволн.

• Функция: Это помогает скрыть аппарат от оппонентов или предотвращает его обнаружение радарами.

Конструкция БЛА сочетает в себе аэродинамические и механические компоненты, которые работают вместе для обеспечения эффективного полета и выполнения различных задач. Разработка и оптимизация всех этих элементов являются критически важными для достижения надежности, безопасности и эффективности БЛА в различных приложениях.

4.Физминутка:

1–2. Поднять правую руку на пояс, левую руку на пояс.

3–4. Правую руку на плечо, левую руку на плечо.

5–6. Правую руку вверх, левую руку вверх.

7–8. Сделать два хлопка руками над головой.

9–10. Опустить левую руку на плечо, правую руку на плечо.

11–12. Левую руку на пояс, правую руку на пояс.

13–14. Сделать два хлопка руками по бедрам.

Поморгали глазками

 

5. Практическая работа (20 минут)

• Моделирование БЛА:

• Деление класса на группы.

• Каждая группа получает набор материалов и инструкцию для создания простой модели БЛА

Инструкция

Создать бумажный чертеж модели БЛА (беспилотного летательного аппарата) можно с использованием простых форм. Я предоставлю упрощенные рекомендации для создания базовой модели БЛА в виде чертежа, который можно вырезать из бумаги.

Основные элементы модели БЛА:

1. Фюзеляж: Основная трубка, представляющая корпус БЛА.

2. Крылья: Две плоские детали, прикрепленные к фюзеляжу для создания подъемной силы.

3. Хвостовое оперение: Включает вертикальные и горизонтальные стабилизаторы, которые помогают управлять полетом.

Примерный чертеж

Чертеж фюзеляжа:

Фюзеляж — прямоугольная параллелепипедная деталь.

• Длина: 20 см

• Ширина: 5 см

• Высота: 5 см

На верхней стороне сделайте небольшие выемки для установки крыльев.

Чертеж крыльев:

• Две детали в форме прямоугольников.

• Длина: 15 см

• Ширина: 3 см

• Для усиления можно сделать несколько слоев, склеив их между собой.

Чертеж хвоста:

• Горизонтальный стабилизатор: прямоугольник.

• Длина: 10 см

• Ширина: 3 см

Вертикальный стабилизатор: трапециевидная форма.

• Высота: 10 см

• Основание (широкая часть): 3 см

• Верхняя сторона (узкая часть): 2 см

Как сделать модель:

1. Начертите чертежи на бумаге или используйте обычный картон.

2. Осторожно вырежьте каждую деталь по контуру.

3. Соберите:

• Приклейте крылья к верхней части фюзеляжа.

• Приклейте горизонтальный стабилизатор к хвосту фюзеляжа.

• Закрепите вертикальный стабилизатор на задней части фюзеляжа.

4. Дополнительно: Можете добавить декор, наклейки или нарисовать детали, чтобы модель выглядела более реалистично.

Помощь учителя в процессе моделирования.

6. Презентация результатов (10 минут)

Каждая группа представляет свою модель, описывая конструкцию и примененные аэродинамические принципы.

Обсуждение результатов и выдача отзывов.

7. Рефлексия (5 минут)

Подведение итогов урока:

1. Что нового вы узнали о БЛА и их конструкции?
2. С какими трудностями вы столкнулись при моделировании?

 

8. Домашнее задание (5 минут)

Написать краткую статью о применении БЛА в разных областях (например, в сельском хозяйстве, охране лесов, поиске и спасении).