Интерактивно-демонстрационный экспонат “Аэродинамическая труба”

Описание

Функциональная спецификация “Аэродинамическая труба»

Наименование

Интерактивно-демонстрационный экспонат по визуализации обтекаемости крыла и фюзеляжа “Аэродинамическая труба” (далее – Экспонат).

Задача / Проблема

Задача — наглядно изучить возникновение аэродинамической подъёмной силы, распределение давления воздушного потока по поверхности крыла в зависимости от угла наклона закрылок, элеронов и элевонов, и силы потока воздушных масс. Продемонстрировать обтекаемость корпуса самолета на примерах моделей с различными профилями крыла и фюзеляжа, предназначенных для движения на разных скоростях (прямой, стреловидный, стреловидный предназначенный для полета на сверхзвуковой скорости), а также в зависимости от их функционального назначения (пассажирский, грузовой, сверхзвуковой, легкомоторный).

Решение поставленной задачи достигается следующим образом:

1. Изменением положения функциональных элементов крыла, а также угла наклона фюзеляжа для наблюдения за изменением обтекаемости и распределением воздушных потоков для определенной модели самолета при определенной скорости.
2. Последовательным размещением моделей самолетов с различными конструктивными характеристиками и проведением сравнительного анализа возникающих сил при идентичных и изменяющихся условиях силы воздействия встречных воздушных потоков;

Актуальность

Экспонат по визуализации обтекаемости крыла и фюзеляжа входит в состав комплекса экспонатов, призванных познакомить учеников средних и старших классов школы с историей создания летательных аппаратов, их особенностями, основами конструирования, устройством и работой специфических узловых агрегатов, основами управления летательными аппаратами.

Экспонат относится к подгруппе “Основы конструирования”. Конструирование является основной частью в создании летательных аппаратов, так как от правильности выбора конструктивных решений в дальнейшем будет зависеть множество факторов: грузоподъемность, скорость, объем затрачиваемого топлива.

Представленный экспонат даёт возможность ознакомиться с различными конструктивными особенностями строения фюзеляжа и крыльев, а также позволяет произвести сравнительный анализ лётных особенностей и характеристик на примере четырех различных моделей самолётов путем проведения испытаний как с идентичными, так и с отличающимися нагрузками.

Экспонат позволяет максимально наглядно изучить вопрос возникновения подъемных сил, провести анализ появления турбулентных потоков и демонстрирует принципиальные различия в аэродинамическом обтекании форм различного профиля.

Подбор верных геометрических параметров при проектировании целевого летательного аппарата позволит выбрать оптимальную крейсерскую скорость, увеличить прочностные характеристики, что, в свою очередь, обеспечит безопасность и улучшит лётные свойства.

Описание

Экспонат представляет собой напольную конструкцию в верхней части закрытую прозрачным кожухом.

Часть экспоната, закрытая прозрачным кожухом, играет роль имитации аэродинамической трубы, в которую необходимо поместить исследуемую часть самолёта, а именно крыло и половину фюзеляжа (далее – Самолёт). Также в верхней части экспоната располагаются два монитора, на одном из которых выводится информация о текущем распределении сил, действующих на крыло. На втором мониторе отображается текущая фаза полета самолета.

Самолёт помещается в кожух экспоната. Здесь на него направляется имитация воздушного потока – белый дым, который позволит наглядно рассмотреть распределение потоков воздуха вдоль корпуса самолета во время взлёта, полёта, маневрирования и посадки.

Самолеты (пары крыльев с фюзеляжами) которые в данный момент не участвуют в демонстрации, располагаются в нижней, закрытой, части экспоната.

Экспонат имеет следующие функциональные элементы:

• Замена изучаемого самолёта. Производится путем нажатия на кнопку из блока “Замена самолёта”;
• Блок кнопок для изменения положения закрылков;
• Блок кнопок для изменения положения элеронов;
• Блок кнопок для изменения угла наклона самолета в целом (наклон самолёта);
• Блок кнопок для поворота хвостовых направляющих (руль поворота).

Принцип работы (пользовательское взаимодействие).

1. Экспонат должен быть включен до начала первого взаимодействия с ним посетителей;
2. Далее следует произвести нажатие на одну из кнопок, расположенных в блоке “Замена самолёта” (кнопки “Самолет 1”, “Самолет 2”, “Самолет 3”, “Самолет 4”). После нажатия на кнопку с выбранным самолётом  производится его автоматическое перемещение и фиксация в верхней части экспоната;
3. Следующим шагом взаимодействия с выбранным самолётом будет изменение положения в пространстве фюзеляжа целиком, а также его составных частей. Для этого необходимо в произвольном порядке производить нажатия на кнопки из блоков, обозначенных как “Закрылки”, “Элероны”, “Хвост”, “Фюзеляж”, и производить наблюдение за происходящими изменениями;
4. Для наибольшей наглядности все изменения, производимые в п. 3, дублируются на экране, расположенном на задней стенке экспоната;
5. Далее, после того, как самолёт и его составные части приобретают желаемое положение в пространстве, необходимо начать вращать регулятор скорости потока воздуха. Вращение по часовой стрелке будет увеличивать скорость потока воздуха, а против часовой стрелки –  уменьшать;
6. При увеличении скорости потока воздуха вдоль крыльев и фюзеляжа можно будет наблюдать воздушные потоки, призванные демонстрировать обтекаемость самолёта. Данная информация также дублируется на экране;
7. Производить изменения, описанные в п. 3, а также регулировать скорость потока воздуха, можно в произвольном порядке;
8. Следующим шагом взаимодействия с экспонатом является замена Самолёта с одного на другой. Для произведения этого действия необходимо нажать на кнопку с обозначением одного из предложенных Самолётов, расположенную в блоке “Замена самолёта”. Это действие запустит процедуру смены рабочего Самолёта;
9. Для того, чтобы просто вернуть рабочий самолёт на место и не запускать новую активность, необходимо нажать на кнопку, расположенную в блоке “Замена самолёта”, обозначающую самолёт, с которым на данный момент производится взаимодействие;
10. Повторить пп. 2-9.

Назначение

Экспонат позволяет наглядно продемонстрировать аэродинамическую подъемную силу  при разных углах атаки крыла и закрылок. Датчики давления и дымовые струи показывают различие давлений и обтекание.

Функциональные возможности

1. Включение/выключение. Запуск потока воздуха. Включение подсветки.
2. Просмотр информационного видео – тематический видеоролик “Аэродинамика крыла”.
3. Регулятор угла атаки крыла.
4. Регулятор угла закрылков.
5. Регулятор хвостовых направляющих.
6. Регулятор угла наклона самолета.
7. Регулятор потока воздуха.
8. Элемент управления для замены самолёта.