紙飛機的飛行狀態(tài)研究及在現(xiàn)實中的應(yīng)用(文檔)VIP

1、紙飛機的飛行狀態(tài)研究及在現(xiàn)實中的應(yīng)用指導(dǎo)老師 屠江良一、問題的提出在學(xué)習(xí)必修一第三章牛頓運動定理與必修二第五章平拋運動之后,突然想到平時我們在玩的紙飛機,應(yīng)該蘊含著這些規(guī)律.那么萊特兄弟當初在制造飛機時,有沒有考慮過這些問題呢?我們小時候都折過紙飛機,都與小伙伴們玩過紙飛機,也會折不同類型的紙飛機.不同的紙飛機的飛行軌跡也是各不相同的,那么這些影響飛機飛行的因素對萊特兄弟制造飛機是否產(chǎn)生拉影響呢?二、研究過程（一）、網(wǎng)上查資料 紙飛機呈現(xiàn)現(xiàn)代飛機的證據(jù)，但是沒有人能夠有把握地提出準確的證據(jù)指出這項發(fā)明到底起源于哪里。隨著時間的推移，紙飛機速度，浮力和外形已經(jīng)有拉較大的改進。世界各地有著許許多多

2、紙飛機的愛好者，吉尼斯世界記錄中有許多項就是與紙飛機有關(guān)的。比如世界上紙飛機飛行的最長時間為27.12秒。最遠距離為58.78米。一架小小的紙飛機能夠做到這些，堪稱是奇跡，更何況加上了許多發(fā)動機的飛機了，想必萊特兄弟在發(fā)明飛機時也遇到過許許多多的挫折，毀壞過不計其數(shù)的試驗飛機，就是為了方便人類之間的相互溝通，為此付出過巨大的代價。（二）確立研究過程 紙飛機有許許多多種折法，而且形狀各不相同，我們將通過各種渠道，搜集到不同類型的折法，通過控制變量法，研究不同因素對飛機飛行的影響，測出數(shù)據(jù)，并最終得出結(jié)論。（三）試驗過程實驗數(shù)據(jù)記錄：1.用A4紙折出機翼大小不同的飛機，在同一高度水平拋出，測量飛機

3、的飛行時間與距離。機翼大小（cm2）拋出速度（ms）拋出高度（m）飛行時間(s)飛行距離（m02541.83121541.8416541.83122當控制飛行高度一定，且對飛機不“哈氣”，探究飛機拋射角度對飛機飛行的影響拋射角度拋射高度（m）飛行距離（m）01.86.3151.814.8301.810.5451.87.13與實驗二相同，但對飛機哈氣，記錄數(shù)據(jù)拋射角度拋射高度（m）飛行距離（m）01.86.5151.815.0301.811.8451.88.94當控制拋射角度一樣，探究飛機的重心位置對飛行效果的影響，記錄數(shù)據(jù)重心位置（相對頭部）拋射角度拋射高度（m）飛行距離（m）12處151.8

4、11.813處151.815.214處151.812.7三數(shù)據(jù)分析：1紙飛機的飛行時間與機翼大小無關(guān)，一般占紙張大小的110飛行時間最長。2紙飛機的拋射角度約為15度時飛得最遠。3對紙飛機“哈氣”之后能使飛機飛得更遠。4當紙飛機的重心位于頭部的13處飛得更遠。 實驗結(jié)論：一有表一數(shù)據(jù)分析出飛機的機翼大小約為紙張大小的110飛行時間最長。由表二和表三數(shù)據(jù)分析出飛機的飛行效果與拋射角度有關(guān)，當飛機的拋射角度約為15度時飛行效果最佳。由表四可以得出當飛機的重心位置大約在位于頭部的13處時紙飛機飛得最遠。二對紙飛機的折疊制作，在一定程度上讓我們感受到了“細節(jié)決定成敗”的內(nèi)涵，連制作小小的紙飛機都有這么

5、多的影響因素和技巧，由此可知制造大型戰(zhàn)斗機、客機是多么的復(fù)雜，科技含量有多么得高。 通過這次試實驗，讓我們了解到了關(guān)于航天、航空方面的一些知識，也培養(yǎng)了我們的實驗探究能力。在第二次工業(yè)革命中，萊特兄弟發(fā)明了飛機。隨著科技的發(fā)展，飛機越來越成為現(xiàn)實生活中不可缺少的一部分，科技是第一是第一生產(chǎn)力這一理論，越來越成為航天科技中的核心力量。在高一的學(xué)習(xí)過程中我們了解到牛頓第二定律及牛頓第三定律 ，也由此對紙飛機有了更深刻的認識，小時候的游戲現(xiàn)在卻變成了研究對象，意義也變得更加深刻。之后我們還做了一些紙飛機實驗，由此就激發(fā)了我們的學(xué)習(xí)熱情，紙飛機的飛行狀態(tài)及在現(xiàn)實中的應(yīng)用也是讓我們感興趣的理由。通過多次

6、研究我們發(fā)現(xiàn)：紙飛機要飛得遠、飛得快，有幾點要注意： 1）要盡量折得兩邊對稱，如果不對稱得話，飛機容易轉(zhuǎn)彎，就飛不遠了； 2）翅膀和機身的比例要恰當。機身小翅膀大，飛機升力是夠了，但重心上抬，投出去的飛機容易發(fā)飄；機身大翅膀小，重心過于下移，飛機就像飛鏢一樣，慣性十足，但卻失去了飛行滑翔的行程，仿佛是扔出去的紙團。正確合理的翅膀和機身比例要根據(jù)紙飛機的形狀和紙張的質(zhì)地決定，多試幾次就能找到最佳比例； 3）注意前后的平衡。機頭太重，飛機容易一頭扎在地上；機頭太輕，又容易造成機頭上翹，導(dǎo)致失速。通過調(diào)整紙飛機的外形，或用紙條或膠帶進行適當?shù)募虞d（如果允許的話）可以調(diào)節(jié)飛機的平衡； 4）最后，紙飛機

7、的投擲也很有講究：不要側(cè)風(fēng)投飛，不然容易被刮偏；順風(fēng)投擲也沒有足夠的動力；最好是迎著不太強的正面逆風(fēng)投擲，投出的角度稍大于水平角度，約15度左右，飛機要平穩(wěn)向前送出，到最后一刻才自然脫手，那樣飛得最遠。 在這一過程中我們了解到大家一起探究，才能發(fā)現(xiàn)更多有趣的結(jié)論。其中飛機機翼的設(shè)計是飛機的核心部位 l 它的注意點有以下幾點：飛機之所以能夠飛，就是因為機翼上下的壓力差形成了一股“升力”，克服了重力的作用。機翼的升力是機翼上下空氣壓力差形成的，當模型在空中飛行時，機翼上表面的空氣流速加快，壓強減??；機翼下表面的空氣流速減慢壓強加大(伯努利定律)，這是造成機翼上下壓力差的原因。在實驗過程中我們發(fā)現(xiàn)了

8、一個有趣的現(xiàn)象那就是：飛機逆向飛行l(wèi) 為什么呢？我們由此查閱了一些資料，發(fā)現(xiàn)了這些原因：l 飛機逆風(fēng)向起降的原因主要有兩個，一是可縮短飛機起飛或著陸的滑跑距離，二是較安全。飛機起飛時，如果有風(fēng)迎面吹來，在相同速度條件下，其獲得的升力就比無風(fēng)或順風(fēng)時大，因而就能較快地離地起飛。迎風(fēng)降落時，就可以借風(fēng)的阻力來減小一些飛機的速度，使飛機在著陸后的滑路距離縮小一些。 飛機在起降時速度都較慢，穩(wěn)定性較差，若此時遭到強勁的側(cè)風(fēng)襲擊，飛機就有可能偏離跑道。為避免這種危險，所以機場的跑道方向要根據(jù)當?shù)氐闹饕L(fēng)向來選擇。近年來，由于飛機穩(wěn)定性的迅速提高，風(fēng)向?qū)︼w機起降影響大大降低了。飛機在空中飛行也有交通規(guī)則l

9、 還有一個有趣而又平常的一個動作：在紙飛機飛行前哈氣，這樣會使飛機飛得遠嗎？原來這也有它的意義：在物理學(xué)中是這樣解釋的它可以是機頭變重保平衡 西南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院老師袁宏寬這樣解釋:紙飛機起飛前先哈一口氣，和空氣動力學(xué)有關(guān)。紙飛機機頭較小，雖然能減少阻力，但又使機頭質(zhì)量過輕、機身質(zhì)量不平均。先哈一口氣，濕潤后的飛機頭稍重一些，能夠使機身整體保持平衡，這樣飛機才能在空中飛行較長時間。此外，機頭稍重能起到帶動作用，如果機身后部質(zhì)量過重，紙飛機在飛行過程中則容易后翻。在這一研究學(xué)習(xí)中我們還意識到了飛機在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用：國內(nèi)軍用運輸機已經(jīng)取得成功的典型代表是運一8中型戰(zhàn)術(shù)運輸機。目前

10、，運一8是中國軍事運輸體系的主力和中國空軍、海軍航空兵中型特種飛機的改裝平臺。在前蘇聯(lián)安一12基礎(chǔ)上發(fā)展而來的運一8已經(jīng)在型號上形成了系列化，并且正在按軍用運輸機、民用客貨運輸機和通用平臺的方式進行發(fā)展和改進。雖然運一8基本型的主要技術(shù)性能指標不如蘇聯(lián)的安一12原型，但是經(jīng)過20年的不斷發(fā)展和提高，其綜合性能已得到了明顯提高，如現(xiàn)在開發(fā)中的運一8F600、運一9和運一8x等型號已經(jīng)有條件和美國較新型的C130J相比較。運一8的新型號在技術(shù)改進方面采用了很多最新的科研和生產(chǎn)成果，在很大程度上克服了以安一12為原型產(chǎn)生的一些限制，在部分性能指標上甚至超越了前蘇聯(lián)安一12的后期型號，在未來1015年

11、里基本能夠滿足中國對軍用中型戰(zhàn)術(shù)運輸機的需要。 中國空中力量和國民經(jīng)濟的進一步發(fā)展要求中國航空工業(yè)必須提供適用且好用的大飛機，這就使中國在軍用大型飛機方面處于更新?lián)Q代和填補空白的關(guān)鍵時刻。中國必須在盡可能短的時間里具備大型運輸機的穩(wěn)定供應(yīng)能力，解決航空兵現(xiàn)有大型運輸機運力不足和特種飛機在改裝中缺乏平臺的困境，在條件許可時還需開發(fā)性能更加先進完善的戰(zhàn)略運輸機。 中國軍用大飛機的發(fā)展前景 中國國防發(fā)展的需要是大飛機項目得以成為國家重大專項工程的基礎(chǔ)，而中國航空技術(shù)的快速發(fā)展和國民經(jīng)濟的改善則為大飛機項目提供了資源保障，同時民用飛機的發(fā)展對軍機的促進作用也是大飛機發(fā)展過程中可供利用的一個契機。民機雖

12、然在氣動布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計上與軍機存在較大的差異，但同樣作為大型運輸機的民機在材料、工藝和生產(chǎn)管理方面與軍機是有相同之處的。由于軍機在經(jīng)濟性、乘坐品質(zhì)和噪音控制方面的要求遠比民機要低，因此民機發(fā)展中的很多困難在軍機開發(fā)過程中并不是大問題。中國航空工業(yè)系統(tǒng)已經(jīng)通過自行研制運一10和引進技術(shù)生產(chǎn)MD一8290的過程積累了大飛機需要的生產(chǎn)工藝和大規(guī)格密封座艙的設(shè)計經(jīng)驗，ARJ21的下線和后續(xù)發(fā)展型號的開展，也在材料、動力和總體設(shè)計方面積累了必要的經(jīng)驗和生產(chǎn)條件。中國航空工業(yè)對軍用運輸機的生產(chǎn)改進和民機型號的階段性成果，從整體上具備了自行開發(fā)大型軍用運輸機所需要的技術(shù)基礎(chǔ)和生產(chǎn)能力儲備。 發(fā)展適合中國國防

13、需要的大飛機 中國的國防建設(shè)對大飛機的需求數(shù)量和規(guī)格要求都比較全面，其中以執(zhí)行戰(zhàn)略運輸任務(wù)的大運在投資要求和技術(shù)難度上為最大。戰(zhàn)術(shù)運輸機的技術(shù)難度和資源消耗相對戰(zhàn)略運輸機要小得多，而且國內(nèi)在發(fā)展戰(zhàn)術(shù)運輸機方面有一定的有利條件和基礎(chǔ)，在大型戰(zhàn)略運輸機進入項目準備的時候，戰(zhàn)術(shù)運輸機已經(jīng)有條件進行工程發(fā)展。 一、戰(zhàn)略噴氣運輸機 載重7080噸的寬體戰(zhàn)略運輸機是國際上應(yīng)用最廣泛的軍用運輸工具，美國空軍裝備的C一17A“環(huán)球空中霸王III”在載荷標準上處于c一141和C一5B之間，性能指標和適應(yīng)能力較好地銜接了戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略運輸?shù)囊?，是國際上現(xiàn)有機型中綜合性能和應(yīng)用范圍都處于一流標準的先進運輸機。 能夠滿

14、足中國航空兵大型戰(zhàn)略運輸機需要的平臺要具備足夠大的載荷和貨艙空間，根據(jù)中國現(xiàn)役主戰(zhàn)坦克和大型技術(shù)兵器的規(guī)格和重量，戰(zhàn)略運輸機必須具備不少于60噸的最大載荷和遠大于伊爾一76MD的貨艙空間。戰(zhàn)略運輸機的機艙寬度要在5米以上(可載裝備的寬度大于42米)，高度也要達到45米，如此才能滿足機械化部隊重裝備空運的要求。戰(zhàn)略運輸機如果要達到在重量250噸、載荷65噸的情況下?lián)碛?000千米的航程標準，那么其動力裝置的要求是四臺20噸級的大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機，而且必 須擁有強化的起落架和發(fā)動機反推力裝置來降低對跑道的要求，滿足大載荷條件下使用短跑道起飛和著陸的要求，以使機場盡可能接近前線。 類似美國C17

15、A標準的戰(zhàn)略運輸機在運輸物資和大型技術(shù)兵器方面雖然完全滿足中國國防的要求，但開發(fā)這一規(guī)格的飛機所需要的資源投入和技術(shù)保障條件過高。中國軍用運輸機要想由100噸以下的運一8直接跨越到250噸級的戰(zhàn)略型，中間的技術(shù)跨度太大，而且在現(xiàn)有條件下也很難找到類似型號的機型進行參考研究。 發(fā)展大型戰(zhàn)略運輸機不但需要在設(shè)計和制造中解決更多的材料和工藝問題，而且在相當時間里也難以獲得滿足需要的動力裝置，這個困難要比飛機的設(shè)計和制造更加嚴重。戰(zhàn)略運輸機的開發(fā)存在資金和技術(shù)上諸多因素的影響與限制，以中國航空工業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)實力還難以保證。因此，目前中國在戰(zhàn)略運輸機項目上應(yīng)該以技術(shù)儲備和論證規(guī)劃為主，集中力量突破200

16、噸級大型戰(zhàn)術(shù)運輸機的型號發(fā)展和裝備工作，通過大型噴氣戰(zhàn)術(shù)運輸機的開發(fā)為戰(zhàn)略運輸機項目積累必要的經(jīng)驗。 二、大型噴氣戰(zhàn)術(shù)運輸機 最大起飛重量在180200噸左右的大型戰(zhàn)術(shù)運輸機整體性能較平衡，國內(nèi)現(xiàn)有的航空基礎(chǔ)條件也基本能滿足這個規(guī)格的研制要求，尤其是推力1216噸的大涵道比發(fā)動機相對容易得到解決。對現(xiàn)在的中國軍隊來講，載重4050噸的大型噴氣戰(zhàn)術(shù)運輸機也是最急需的航空裝備，因為這個規(guī)格的運輸機不但能運輸空降兵的人員和技術(shù)兵器，而且可以為地面部隊和航空兵機動作戰(zhàn)提供支援和保障，另外其載荷航程與內(nèi)部空間還可以用來改裝特種飛機。例如中國空軍從俄羅斯引進的載重40噸的伊爾一76MD垂輸機現(xiàn)在不但是中國

17、軍事航空運輸?shù)闹髁?，而且還被用來改裝大型預(yù)警機。毋庸諱言，伊爾一76的引進和裝備對中國航空兵的空中運輸能力和作戰(zhàn)體系的完整有著關(guān)鍵作用，但該機生產(chǎn)能力的不足卻制約了中國空軍運輸航空兵的規(guī)模，導(dǎo)致引進速度和作戰(zhàn)部隊的裝備規(guī)模遠不能滿足需要。今后，中國大飛機項目的一個最主要目標就是要保證伊爾一76的供應(yīng)。 俄制伊爾一76存在的最大問題是有效載荷不足和機艙內(nèi)部截面尺寸，載荷不足的缺陷使得難以運輸近年來我軍裝備的坦克、自行火炮和防空導(dǎo)彈這樣的大型技術(shù)兵器：機艙內(nèi)部截面小又使載荷可行但尺寸過大的機動雷達車、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈等技術(shù)裝備難以運輸。而我軍地面部隊的大型技術(shù)兵器如果不空運，則快速反應(yīng)部隊的戰(zhàn)斗力就不完整

18、，機動部隊就不能擺脫對鐵路和公路的依賴，將直接影響作戰(zhàn)部隊和航空兵進行機動部署的能力。 現(xiàn)在很多關(guān)于大型運輸機選擇的報道都將大載荷和大截面貨艙作為重點，甚至有人直接把能否運輸主戰(zhàn)坦克作為軍用運輸機的標準。實際上，按照中國軍隊的作戰(zhàn)情況來分析大型運輸機的應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)，能否運輸坦克對于主要執(zhí)行本土防御任務(wù)的解放軍并沒有太大的意義，反倒是導(dǎo)彈發(fā)射車、雷達系統(tǒng)等大型技術(shù)兵器的運輸需求更重要。因此，在中國的大型運輸機發(fā)展中，應(yīng)該更加重視大型技術(shù)兵器的運輸要求，保證運輸機的貨艙截面與作戰(zhàn)裝備的體積和重量盡可能配合。按照目前我軍裝備條件的基本情況來分析，中國要自行發(fā)展類似伊爾一76規(guī)格的大飛機，必須著重增大機艙內(nèi)部的截面規(guī)格，如此才能滿足大部分裝備的空運要求。 大型噴氣戰(zhàn)術(shù)運輸機非常適合作為中國大型特種飛機的改裝平臺，載重40噸和最大航程6000千米(特制任務(wù)時)能夠滿足我軍特種飛行平臺的要求，而特種飛機與軍用運輸機在機體和動力系統(tǒng)上的通用性也有利于后勤維護和機動部署的要求。大型噴氣戰(zhàn)術(shù)運輸機改裝的特種飛機主要用于戰(zhàn)略預(yù)警和空中加油，其中戰(zhàn)略預(yù)警機在不進行空中加油的條件下應(yīng)連續(xù)進行8小時以上的巡邏，而改裝為空中加油機后的最大載油量應(yīng)達到90噸，總載油量中的50噸以上應(yīng)作為空中加油燃料使用。最大