Модель самолета энергия солнца

Самолёт на солнечных батареях

Солнечная энергия, преобразованная в электроэнергию в сознании простого обывателя, как правило, ассоциируется с солнечными батареями, установленными на крышах зданий, благодаря которым можно получить энергонезависимость и сэкономить значительные финансовые средства. Лишь широкое внедрение большого числа научных разработок, связанных с применением солнечных батарей в различных сферах деятельности человека (космонавтика, автотранспорт, судостроение, самолетостроение и т.д.) воплощают в жизнь смелые замыслы использования энергии Солнца взамен традиционному уничтожению ископаемых видов топлива.

Началом эры использования солнечной энергии в авиации можно смело определить датой 4 ноября 1974 года. Именно в этот день первый беспилотный летательный аппарат — Sunrise I, снабженный солнечными батареями, поднялся в небо. Запуск этого аппарата был произведен в Калифорнии с площадки вооруженных сил США — Форт-Ирвин.

Объект исследования:

Самолет на солнечной батарее

Предмет исследования:

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Проблема:

Я хочу создать самолет, который мог бы держаться в воздухе, используя исключительно энергию Солнца.

Задачи:

Построить конструкцию такого самолета, которая должна иметь очень длинные тонкие крылья, верхняя поверхность которых полностью покрыта солнечными элементами.

Огромное значение для успешного выполнения работы играет выбор методов исследовательской деятельности:

Методы:

проведение экспериментов
фиксация результатов с помощью фотосъемки
объяснение и выводы экспериментов
обобщение собранного материала;
защита исследовательской работы на научно – практической конференции в школе

Исследовательская работа «Самолет на солнечных батареях».

Юсупова Татьяна Андреевна, 9 класс.

Скачать:

Вложение	Размер
1	2 МБ
2	1.86 МБ
3	160 КБ

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Самолет на солнечных элементах.

Проблема Я хочу создать самолет, который мог бы держаться в воздухе, используя исключительно энергию Солнца.

Задачи Построить конструкцию такого самолета, которая должна иметь очень длинные тонкие крылья, верхняя поверхность которых полностью покрыта солнечными элементами.

Цель. Я хочу создать самолет, который мог бы держаться в воздухе, используя исключительно энергию солнца.

Объект исследования: Самолет на солнечной батареи.

Предмет исследования: Солнечная батарея

Методы: проведение экспериментов; фиксация результатов с помощью фотосъемки; объяснение и выводы экспериментов обобщение собранного материала; защита исследовательской работы на научно – практической конференции в школе.

Актуальность темы: Актуальность данной проблематики обусловлена постоянным ростом темпа развития самолетов и их внедрения в нашу жизнь.

Гипотеза: Можно ли применять самолет на солнечных батареях для долгих полётов?

Ожидаемые результаты от экспериментов: Я хочу что бы мой самолет на солнечных батареях полетел

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Полетел самолет на солнечных батареях.

Выводы по работе: Я создала самолет, который мог бы держаться в воздухе, используя исключительно энергию солнца.

Предварительный просмотр:

«Самолет на солнечных батареях»

Журавлёва Лидия Пантелеевна

Учитель физики МОУ Березовская средняя

Березовская средняя общеобразовательная школа

пгт Березово ул. Собянина д. 50. Индекс: 628140

Электронная почта: yusupowa.t@yandex.ru

Аннотация проекта: Солнечная энергия, преобразованная в электроэнергию, в механическую энергию подъема самолета, как правило, ассоциируется с солнечными батареями, установленными на крыльях самолета.

Содержание проекта: Под крыльями самолета я установила электрические двигатели, которые работают от солнечных батарей. В вычислении учитывала только воздух, обтекающий крыло. Солнечные элементы расположены на 1 м крыла, вырабатывают такое количество энергии, что двигатели и пропеллеры развивают механическую мощность N=10 Вт. Я вычислила максимальную подъемную силу крыла, приходящуюся на 1 м его площади Mg/S и скорость υ0 полета данной мощности.

Полученный результат: Я создала самолет, который может держаться в воздухе, используя исключительно энергию солнца.

Мы согласны на опубликование нашего проекта в буклете, на интернет-сайте или других публикациях SPARE/ШПИРЕ.

Дата заполнения регистрационной формы: 15 мая 2015 года

Фамилия, имя, отчество ответственного лица: Журавлева Лидия Пантелеевна

Актуальность темы 3
Цели 4
Задачи 5
Введение 6
Основная часть 8
Самолет на солнечных батареях 8
Решение проблем 9
Заключение 11
Литература 11

Началом эры использования солнечной энергии в авиации можно смело определить датой 4 ноября 1974 года. Именно в этот день первый беспилотный летательный аппарат — Sunrise I , снабженный солнечными батареями, поднялся в небо. Запуск этого аппарата был произведен в Калифорнии с площадки вооруженных сил США — Форт-Ирвин.

Самолет на солнечной батарее

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Я хочу создать самолет, который мог бы держаться в воздухе, используя исключительно энергию Солнца.

Построить конструкцию такого самолета, которая должна иметь очень длинные тонкие крылья, верхняя поверхность которых полностью покрыта солнечными элементами.

Огромное значение для успешного выполнения работы играет выбор методов исследовательской деятельности:

проведение экспериментов
фиксация результатов с помощью фотосъемки
объяснение и выводы экспериментов
обобщение собранного материала;
защита исследовательской работы на научно – практической конференции в школе

Исследовательская работа «Самолет на солнечных батареях».

Юсупова Татьяна Андреевна, 9 класс.

Исследовательская работа проводилась в течение 2012-2013

Исследовательская работа «Самолет на солнечных батареях».

Юсупова Татьяна Андреевна, 9 класс.

Актуальность данной проблематики обусловлена постоянным ростом темпа развития самолетов и их внедрения в нашу жизнь.

Самолет на солнечной батарее

Я хочу создать самолет, который мог бы держаться в воздухе, используя исключительно энергию солнца.

Построить конструкцию такого самолета, которая должна иметь очень длинные тонкие крылья, верхняя поверхность которых полностью покрыта солнечными элементами.

Можно ли применять самолет на солнечных батареях для долго полета?

Ожидаемые результаты от экспериментов:

Я хочу, что бы мой самолет на солнечных батареях взлетел.

проведение экспериментов
фиксация результатов с помощью фотосъемки
объяснение и выводы экспериментов
обобщение собранного материала;
защита исследовательской работы на научно – практической конференции в школе.

ВВЕДЕНИЕ
Модели солнечных самолетов 1970-х годах с выходом на рынок первых доступных по цене фотоэлектрических элементов, а в 80-е начались и пилотируемые полеты. Американская команда под руководством Пола Маккриди создала самолет Solar Challenger мощностью 2,5 кВт, который совершал впечатляющие многочасовые полеты. В 1981 году ему удалось преодолеть Ла-Манш. А в Европе Гюнтер Рохельт из Германии поднялся в небо на собственной модели Solair 1, оснащенной двумя с половиной тысячами ячеек общей мощностью около 2,2 кВт.
В 1990 году американец Эрик Реймонд пересек Соединенные Штаты на своем Sunseeker. Впрочем, на путешествие с двадцатью остановками ушло более двух месяцев (121 час полета), а самый длинный отрезок насчитывал около 400 километров. Весила модель летательного аппарата всего 89 килограммов и была оснащена кремниевыми солнечными панелями.
В середине 90-х сразу несколько подобных самолетов приняли участие в конкурсе «Berblinger»: перед ними стояла задача, выйти на высоту в 450 метров и продержаться на энергии солнца порядка 500 Вт на квадратный метр крыла. Приз в 1996 году получила модель профессора Войта-Ницшманна из университета Штутгарта, чей Icare II имел 25-метровое энергетическое крыло площадью 26 кв. метров.
В 2001 году «солнечный» беспилотник компании AeroVironment под названием Helios, разработанный специально для НАСА и имевший размах крыла более 70 метров, сумел подняться на высоту более 30 километров. Двумя годами позже он попал в зону турбулентности и пропал где-то в Тихом океане.
В 2005 году небольшой беспилотник с размахом крыла около 5 метров Алана Коккони и его компании AC Propulsion впервые успешно осуществил полет длительностью более 48 часов. За счет энергии, накопленной в дневное время, летательный аппарат был способен и на ночной полет. Наконец, в 2007-2008 годах англо-американская компания QuinetiQ осуществила успешные полеты своего летательного аппарата Zephyr продолжительностью 54 и 83 часа. Машина весила около 27 кг, размах крыла составлял 12 м, а высота полета превышала 18 км.

Самолет на солнечных батареях

1)Рассмотрим длинное тонкое крыло прямоугольной формы размахом l шириной c , движущееся со скоростью υ относительно окружающего воздуха.

Можно получить приближенное представление об эффективности действия крыла, если рассмотреть поток воздуха шириной x налетающий на него и отклоняющийся на небольшой угол ε. Используя управляющие поверхности крыльев, можно подобрать оптимальное значение ε. Эта простая модель достаточно близко соответствует действительности, если

пусть общая масса самолета М, площадь поверхности крыльев S=cℓ, постоянная крыла А=ℓ/с. (В вычислении учитывала только воздух, обтекающий крыло; изменение воздушного потока из-за действия пропеллера не учитывала.)

2) Рассматривая изменение импульса потока воздуха, обтекающего крыло (пренебрегая изменением абсолютной величины скорости), получаю выражение для расчета подъемной силы L и горизонтальной силы сопротивления D 1 , действующих на крыло, в зависимости от размеров крыла, скорости потока υ и плотности воздуха ρ. Считаю, что направление воздушного потока везде параллельно плоскости чертежа.

3) Существует еще дополнительная горизонтальная сила D 2 , обусловленная трением воздуха, обтекающего поверхность крыла. Воздушный поток вследствие этого немного замедляется, так что изменение его горизонтальной скорости составляет ∆υ (∆υ

= , где f – коэффициент сопротивления f

не зависит от угла ε). Получила формулу расчета D 2 . Выразила скорость полета υ0 как функцию М, f, А, S, ρ и g (g – ускорение свободного падения), когда она соответствует минимальной мощности, необходимой для того, чтобы удерживать самолет на неизменной высоте с неизменной скоростью. (Членами порядка ε f или выше следует пренебречь)

При вычислениях я использовала выражение, справедливое для малых углов: 1 – cos ε ≈ .

4) Я построила схематически график зависимости мощности Р от скорости υ. Изобразила также мощность, рассеиваемую на каждом из двух источников сопротивления. И от этого получила выражение (как функцию M, f, A,S, ρ и g) для минимальной мощности Pmin.

5) Солнечные элементы расположены на 1 м крыла, вырабатывают такое количество энергии, что двигатели и пропеллеры развивают механическую мощность N= 10 Вт. Я вычислила максимальную подъемную силу крыла, приходящуюся на 1 м его площади Mg/S и скорость υ 0 полета данной мощности. Я считаю, что ρ=1,25 кг/м , f=0,004, А= 10, g =9,81 м/с

1) Чтобы изменить на ∆υ скорость воздушного потока m/t, необходима сила

F=∆υ . В данном случае (с учетом x = πℓ/4)

Вертикальная компонента ∆υ равна ∆υ в= υ sinε, горизонтальная компонента ∆υ r =υ(1 – cos ε). Теперь можно записать выражение для подъемной силы L и горизонтальной силы сопротивления D 1 :

L= ρυ l sin ε; D 1 = ρυ l (1 – cos ε).

(Для приближенного расчета можно заменить sinε на ε)

2) Мощность, необходимая для того, чтобы удерживать самолет в горизонтальном полете, равна P=D υ =(D1+D2) υ. Горизонтальная сила сопротивления D 2 (обусловленная трением) определяется скоростью изменения из-за трения импульса воздуха, обтекающего крыло:

где — поток, направленный к крылу, — поток, стекающий с него.

Так как крыло не является ни источником воздушного потока, ни с его стоком, справедливо равенство:

Учитывая, что имеем:

(эта сила сопротивления всегда направлена вдоль поверхности крыла)Когда крыло наклонено под углом ε, горизонтальная компонента силы равна

так что с заданной точностью мой простой ответ верен)

Полная сила сопротивления D=D 1 +D 2 зависит от угла наклона крыла ε и коэффициента сопротивления f :

Теперь я выражу D через массу, скорость и размах крыльев самолета. Замечу, что в случае горизонтального полета подъемная сила должна равняться силе тяжести самолета:

Теперь я могу минимизировать мощность по υ или по ε:

При υ= υ0 производная d ip/ dυ должна быть равна 0, так что скорость полета с постоянной скоростью при минимальной мощности определяется выражением:

3) График мощности как функции скорости имеет вид, показанный на рисунке, при этом

Подставляя выражение для из (1) вместо его значения, стоящего в скобках, а затем выражение для из (1) получаем:

4)Приравниваем полеченное выражение для Значению развиваемой механической мощности

Численные ответы таковы:

Выводы по работе:

Я создала самолет, который может держаться в воздухе, используя исключительно энергию солнца. Самолет можно применить в охотничьем хозяйстве, на метеостанции, в сельском и народном хозяйстве в рыболовном надзоре.

Источник