אווירודינמיקה כנף מטוס

מבוא:

כאשר נפגשנו לראשונה על מנת לבצע את העבודה חשבנו ביחד רבות על איזה נושא אנו רוצים לחקור בעבודתנו, אחרי שבדקנו נושאים שונים הגענו למסקנה שאנו רוצים לחקור תנועת מטוס בשמיים. תנועת המטוס עניינה אותנו מאוד ולאחר בדיקה של איזה נושאים במטוס אנו יכולים לחקור החלטנו להתמקד בשאלה כיצד ניתן לבנות מטוס שיטוס בצורה היעילה ביותר. ולכן החלטנו לחקור את הכנפיים של המטוס , ובסוף המחקר נוכל לדעת מהי הכנף האידיאלית שאיתה הטיסה תהיה יעילה ביותר וכך תהיה חסכונית כלומר שתבזבז כמה שפחות דלק ואנרגיה. נושא זה עלה לראשנו בעקבות היותנו ספורטאים עופר בטניס ויואב בשייט, ובשייט יש הרבה קשר לכנף מטוס כי בעצם המפרש מייצר כוח להזיז את הסירה כמו כנף מטוס. 

עקרונות פיזיקליים מרכזיים:

כוח עילוי , כוח גרר, זווית התקפה אופטימאלית של כנף שטוחה בזמן טיסה, עקרון ברנולי, חקירת יחס עילוי גרר כתלות ברדיוס העקמומיות.

מטרת המחקר:

– הבנה מעמיקה של כוחות העילוי והגרר ושל התופעות הפיזיקאליות הגורמות להיווצרותם.

– חקירת תנועת כנפי המטוס , והבנת הכוחות שהן מייצרות.

– למידת התופעות הפיזיקאליות המייצרות את הכוחות הפועלים על כנף מטוס בעת מעופו, כמו : זווית התקפה , עקרון ברנולי…

– הכרה נרחבת עם שיטות מחקר מתקדמות בתחום , כמו עבודה עם מנהרת רוח ובניית דגמים לצורך ניסויים ומחקר.

שאלות המחקר:

 1)  מציאת זווית התקפה אופטימאלית של כנף שטוחה בזמן טיסה.(1

2)  חקירת יחס עילוי גרר כתלות ברדיוס העקמומיות.

מהלך המחקר :

העבודה כללה שני ניסויים ראשיים כדי לענות על שאלות המחקר לעיל.

הניסוי הראשי הראשון :  

מיקדנו את המאוורר על מהירות קבועה של 3.5 מטר לשנייה, לאחר מכן מדדנו את זווית ההתקפה של הכנף בעסזרת מד זווית ושינינו את הזווית לפי הצורך בקפיצות של 5 מעלות. כל פעם מדדנו את הכוחות העילוי והגרר בעזרת חיישני כוח המחוברים לתוכנת multilub .

באיור 1 מתאורת מערכת הניסוי)

איור 1

הניסוי הראשי השני :  

בינינו כנפיים עבור רדיוסים שונים והכנסנו אותם למנהרת הרוח (ראו איור 1 -מערכת ניסוי ) ומדדנו את כוח העילוי והגרר על ידי חיישני כוח המחוברים לתוכנת הmultilub .ושרטטנו שלושה גרפים של כוח הגרר כתלות ברדיוס העקמומיות.

    

(איור 1 )

 ממצאים:

הניסוי הראשי הראשון :  

שרטטנו גרף יחס עילוי גרר כתלות בזווית ההתקפה ואת ההשוואה לתאוריה עשינו באמצעות שיטת solver בExel:

ניתן לראות מהגרף הנ"ל יצא כי הזווית המקבלת את יחס העילוי\גרר הגבוה ולכן היא גם החסכונית  ביותר מן כל הזוויות שבדקנו היא בערך 8 מעלות.

הניסוי הראשי השני :  

בסוף הניסוי שרטטנו גרף יחס עילוי גרר כתלות ברדיוס העקמומיות אבל ,לא יכולנו להסיק מגרף זה מסקנות מכיוון שיצאו תוצאות לא ברורות ולדעתנו הסיבה לכך שככל שרדיוסי העקמומיות גדלים כך כל שגיאה קטנה תשפיע על התוצאות (על היחס עילוי גרר).

דיון ומסקנות:

הניסוי הראשי הראשון :  

מהגרף הנ"ל יצא כי הזווית המקבלת את יחס העילוי\גרר הגבוה ולכן היא גם החסכונית  ביותר מן כל הזוויות שבדקנו היא בערך 8 מעלות, את ההשוואה לתאוריה עשינו באמצעות שיטת solver באקסל.

ניתן לראות מהגרף שבזוויות נמוכות ( מעלות 0-20) הגרף מאוד מפוזר , ואחר כך הנקודות מתאימות יותר . זה בגלל שהמקדמים קטנים משמעותית בזוויות הקטנות להבדל מזוויות גדולות ולכן כל שינוי קטן במקדמים משנה דרמטית את היחס ביניהם

הניסוי הראשי השני :  

מטרת הניסוי הייתה למצוא קשר בין עקמומיות הכנף לבין כוח העילוי וכוח הגרר על מנת למצוא רדיוס עקמומיות אופטימאלי לכנף שאיתה הטיסה תהיה יעילה ביותר וכך תהיה חסכונית כלומר תבזבז כמה שפחות דלק ואנרגיה. אבל עקב משבר הקורונה הצלחנו לעבוד יותר על הפיתוחים המתמטיים של הניסוי ופחות על התוצאות באופן מעשי.  ולכן אני ממליצה להמשך המחקר לעבוד על הרכבת מערכת וכנפיים יותר מדויקות על מנת לקבל תוצאות יותר מותאמות ומדויקות לרקע התיאורטי שיאפשרו להגיע למסקנה לגבי הקשר בין עקמומיות הכנף ויחס עילוי/ גרר. בנוסף לכך, הייתי ממליצה בניסוי מדידת כוח העילוי כתלות ברדיוס שהכנף תהיה הפוכה במנהרת הרוח (שהצד הקמור כלפי מטה). ככה הכנף הייתה לוחצת על מד הכוח במקום לנסות להתרומם ממנו

אוקטובר 2021
יום ראשון יום שני יום שלישי יום רביעי יום חמישי יום שישי שבת
26 בספטמבר 2021

חופשת סוכות

חופשת סוכות
27 בספטמבר 2021

חופשת סוכות

חופשת סוכות
28 בספטמבר 2021

חופשת סוכות

חופשת סוכות
29 בספטמבר 2021

חופשת סוכות

חופשת סוכות
30 בספטמבר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
1 באוקטובר 2021 2 באוקטובר 2021
3 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב
4 באוקטובר 2021

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה
5 באוקטובר 2021

ט' מצטיינים

ט' מצטיינים
6 באוקטובר 2021

קבוצת פיזיקה מעשית

קבוצת פיזיקה מעשית
7 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
8 באוקטובר 2021 9 באוקטובר 2021
10 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב
11 באוקטובר 2021

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

סדנאת מנחים צבירי גליל

סדנאת מנחים צבירי גליל
12 באוקטובר 2021

ט' מצטיינים

ט' מצטיינים

קבוצת ביולוגיה חט"ע

קבוצת ביולוגיה חט"ע
13 באוקטובר 2021 14 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
15 באוקטובר 2021 16 באוקטובר 2021
17 באוקטובר 2021

חופשת יום הולדת של הנביא

חופשת יום הולדת של הנביא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב
18 באוקטובר 2021

חופשת יום הולדת של הנביא

חופשת יום הולדת של הנביא

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה
19 באוקטובר 2021 20 באוקטובר 2021

קבוצת פיזיקה מעשית

קבוצת פיזיקה מעשית
21 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
22 באוקטובר 2021 23 באוקטובר 2021
24 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב
25 באוקטובר 2021

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה
26 באוקטובר 2021

ט' מצטיינים

ט' מצטיינים

קבוצת ביולוגיה חט"ע

קבוצת ביולוגיה חט"ע
27 באוקטובר 2021

פיזיקה מדעים חט''ב אזורי

פיזיקה מדעים חט''ב אזורי
28 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
29 באוקטובר 2021 30 באוקטובר 2021
31 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב
1 בנובמבר 2021

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

סדנאת מנחים צבירי גליל

סדנאת מנחים צבירי גליל
2 בנובמבר 2021

ט' מצטיינים

ט' מצטיינים
3 בנובמבר 2021

קבוצת פיזיקה מעשית

קבוצת פיזיקה מעשית
4 בנובמבר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
5 בנובמבר 2021 6 בנובמבר 2021