Интерактивно-демонстрационный экспонат “Аэродинамика скоростей»

Описание

Функциональная спецификация интерактивно-демонстрационного экспоната “Аэродинамика скоростей»

Наименование

Интерактивно-демонстрационный экспонат “Аэродинамика скоростей» (далее – Экспонат) 

Задача / Проблема

Задача — в игровой форме познакомить школьников средних и старших классов с принципами изменения сопротивления воздуха и обтекания воздухом самолёта, находящегося в стадии полёта при различных скоростях, силами противодействия, плотностью потока при разных скоростях полёта, а также об особенностях преодоления звукового барьера.

Данная задача решается следующим образом:

1. Через моделирование изменения плотности набегающего потока воздуха во время полёта самолёта путём модификации натяжения нейлоновых струн;
2. Наглядной демонстрацией возможности преодоления сопротивления воздушного потока выбранным самолётом;
3. Сравнением между собой самолётов с разными конструктивными решениями;
4. Предоставлением справочной информации на экране монитора.

Актуальность

Экспонат 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 зависит множество факторов, главным из которых является то, взлетит ли аппарат, а также его безопасность во время полёта.

Экспонат даёт возможность с помощью струн, имитирующих возникающую плотность набегающего воздушного потока, получить наглядную информацию о том, что происходит с потоком воздушных масс при преодолении их самолётом на различных скоростях, а также оценить с каким сопротивлением борется самолёт при увеличения скорости полёта. Опытным путём провести сравнительный анализ самолётов разных конструкций между собой.

Данный экспонат предоставляет информацию о физических явлениях, возникающих при ускорение самолёта, а также объясняет причины их возникновения. К физическим явлениям относятся – скачок уплотнения, ударная волна при преодолении сверхзвуковой скорости, волновой кризис. Также с помощью данного экспоната можно узнать, что такое число Маха, его разницу при разных высотах и скоростях. Данная информация демонстрируется на экране монитора.

Описание

Экспонат представляет собой напольную конструкцию в виде тумбы, в центральной части которого закреплены нейлоновые струны, натянутыми между столешницей и верхней частью экспоната. Между струнами располагаются направляющие, по которым может перемещаться самолёт. Слева и справа от струн закреплены экраны.

В состав экспоната входят три самолёта с разными профилями крыла и фюзеляжа, предназначенными для движения на разных скоростях (прямой, стреловидный, стреловидный предназначенный для полёта на сверхзвуковой скорости).

Посетитель должен установить интересующий его самолёт на направляющие, задать желаемую скорость полёта (режим обтекания) — дозвуковую, критическую переходную скорость, сверхзвуковую скорость — и попытаться провести самолёт сквозь поток, визуализированный натянутыми струнами. Если самолёт пригоден для полётов на выбранной скорости, то он сможет пройти через натянутые струны, если нет, то не сможет. В случае возможности прохождения выбранных формы крыла и фюзеляжа через поток, на экранах отображается информация о перегрузках, с которыми сталкивается самолёт и что происходит с воздушными массами, когда их на сверхзвуке преодолевает самолёт. Данная информация дублируется в виде динамической подсветки, проецируемой на натянутые струны.

     Различие скоростей (режимов обтекания) демонстрируется разным натяжением нейлоновых струн, которые можно потрогать, а также в виде справочной информации на экране монитора.

Принцип работы (пользовательское взаимодействие).

1. Экспонат должен быть включен до начала первого взаимодействия с ним посетителей;
2. Первым шагом работы с экспонатом является выбор модели самолёта и её установка на направляющую;
3. Далее необходимо выбрать скорость полёта выбранного летательного аппарата. Для этого следует нажать на соответствующую кнопку;
4. После выбора определенной скорости с помощью нажатия кнопки, вертикально натянутые струны изменят своё натяжение, имитируя лобовое сопротивление воздуха на выбранной скорости. Натяжение можно будет потрогать рукой;
5. Далее необходимо провести выбранный самолёт через “завесу” из струн.
   5.1. Самолёт можно провести только вперёд. Для повторного проведения через струны его необходимо снова поставить на направляющую лицом к струнам;
   5.2. Не каждый самолёт может пройти через любое натяжение струн , то есть не каждый самолёт пригоден к полётам на выбранной скорости. Это будет видно как на физической модели, так и в справочной информации на экране, которая будет представлена как в виде схем обтекания самолёта встречным потоком набегающего воздуха (реальная физическая схема полёта), так и в виде иллюстрации натяжения струн (визуализация представленной модели);
6. Для того, чтобы произвести работу с другим самолётом, необходимо текущий вернуть в ложемент, установив вместо него следующий интересующий;

Назначение

Экспонат позволяет тактильно и визуально оценить, какое сопротивление воздуха преодолевают разнопрофильные самолёты, пилотируемые на разных скоростях.

Функциональные возможности

1. Включение/выключение.
2. Просмотр тематических видеороликов, и справочной информации. 
3. Изменение натяжения нейлоновых нитей
4. Визуальная демонстрация разных физических явлениий при изменения скорости полёта.
5. Однозначное позиционирование трёх вариантов самолётов.
6. Тактильное восприятие плотности воздушных масс при разных скоростях полёта.

Сроки исполнения

Срок выполнения 6 месяцев.

Габариты

Комплектация:

• Тумба — 1 шт.
• Антресоль — 1 шт.
• Струны — 35 шт.
• Автоматический натяжитель струн — 7 шт.
• Линейная направляющая — 1 шт.
• Исполнительный механизм движения — 1 шт.
• Контроль положения самолёта — 1 шт.
• Контроль модели фюзеляжа — 3 шт.
• Щит управления — 1 шт.
• Электрический щит — 1 шт.
• Подсветка — 1 шт.
• Модели самолётов — 3 шт.
• Монитор — 2 шт.