1、直升机简介 #
直升机主要由机体和升力(含旋翼和尾桨)、动力、传动三大系统以及机载飞行设备等组成
起源
早在公元前400年,古代中国的竹蜻蜓被认为是直升机发展的起点,现代直升机尽管比竹蜻蜓复杂千万倍,但是飞行原理却与竹蜻蜓相似,旋翼转动时,产生向上的升力会带动直升机或竹蜻蜓飞起来。
十五世纪中叶,达.芬奇绘制带螺丝旋翼的直升机设计草图被认为是现代直升机的启蒙
特点
优点:低空(离地面数米)低速(从悬停开始)飞行,小面积场地垂直起降
缺点:振动和噪声较高,速度较低,航程较短。(最大时速可达300km/h+,一般航程可达600~800km左右。)
用途
在军用方面已广泛应用于对地攻击、机降登陆、武器运送、后勤支援、战场救护、侦察巡逻、指挥控制、通信联络、反潜扫雷、电子对抗等。
在民用方面应用于短途运输、医疗救护、救灾救生、紧急营救、吊装设备、地质勘探、护林灭火、空中摄影等。海上油井与基地间的人员及物资运输是民用的一个重要方面。
工作原理
直升机发动机驱动旋翼提供升力,把直升机举托在空中,单旋翼直升机的主发动机同时也输出动力至尾部的小螺旋桨,机载陀螺仪能侦测直升机回转角度并反馈至尾桨,通过调整小螺旋桨的螺距可以抵消大螺旋桨产生的不同转速下的反作用力。双
旋翼直升机通常采用旋翼相对反转的方式来抵消旋翼产生的不平衡升力。
单旋翼直升机:
双旋翼纵列直升机:
双翼同轴直升机
2、互动思考:说出直升机的一个或多个用途 #
3、直升机搭建和介绍 #
带领小朋友制作直升机,引导小朋友说出使用哪些积木颗粒,模拟了直升机的哪些部分结构,实现了哪些功能。
4、理论知识: #
知识点1:电机的工作原理
一种能量转换器,把机械能转换电能的就称之为发电机;反之,把电能转换成机械能的称之为电动机;电动机工作原理是磁场对电流受力的作用,使电动机转动。
知识点2:直升机升力
直升机主螺旋桨转动时,上下翼面之间的气流速度差造成上下翼面之间的压力差,导致螺旋桨上方的压强小于螺旋桨下方的压强,因此对直升机有一个向上的作用力,这就是直升机升力。
知识点3:流体力学
伯努利原理推论:流体(包括气流和水流)的流速越大,其压强越小;流速越小,其压强越大。无论是直升机螺旋桨还是飞机的机翼,都是利用这个原理让他们悬在高空。
知识点4:空气动力学
1726年,牛顿(Newton)应用力学原理和演绎方法得出:在空气中运动的物体所受的力,正比于物体运动速度的平方和物体的特征面积以及空气的密度。航空飞行,航天探索-人造卫星,军事领域-远程导弹,高层建筑物受力,大气环境保护等都需要考虑空气动力学因素
知识点5:电子学基础
电压(voltage),也被称作电势差或电位差,是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功,电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。电压的国际单位制为伏特(V,简称伏),常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等。
单位时间里通过导体任一横截面的电量叫做电流强度,简称电流,电流符号为 I,单位是安培(A),简称“安”。导体中的自由电荷在电场力的作用下做有规则的定向运动就形成了电流。电学上规定:正电荷定向流动的方向为电流方向。工程中以正电荷的定向流动方向为电流方向,电流的大小则以单位时间内流经导体截面的电荷Q来表示其强弱,称为电流强度。
电阻元件的电阻值大小一般与温度,材料,长度,还有横截面积有关,衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数,其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。电阻的主要物理特征是变电能为热能,也可说它是一个耗能元件,电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压、分流的作用。对信号来说,交流与直流信号都可以通过电阻。单位为欧(Ω)、千欧(kΩ)、兆欧(MΩ)、太欧(TΩ)。
5、模拟面试 #
问题1:请在下面写出该模型的名称(2分)
直升飞机
问题2:请写出模型起飞的原理(12分)
直升飞机的起飞是靠升力,也就是向上的力大于向下的力,其合力可以使物体上升,这个合力就是升力。
当直升飞机旋翼转动时,上方的空气流动速度快,产生的气压小,而下方的空气流动速度慢,气压大。上下的气压差,就是飞机的升力。当升力大于飞机本身的重力时,合力方向向上,直升机起飞
问题3:请写出电机的工作原理(10分)
电机是将电能转化为机械能的转动装置。模型中用到的电机为直流电机,使用直流电源供电。电动机利用定子绕组提供旋转的磁场,直流电源向转子提供电流,由于电流在磁场中受到力的作用产生转动,从而使电动机转动。
问题4:除了以上两个知识点,模型中还应用了哪些理论?答出一点合理即可
减速机构:电机上的小齿轮带动大齿轮减速装置,减速装置将速度减小可以获得更大的动力。
(2)齿轮垂直啮合:齿轮之间通过垂直啮合改变了传动力和运动的方向,从而使直升机螺旋桨旋转。