Проектные работы школьников

Новые типы движителей для плавсредств

В новом типе движителей для плавсредств используется принцип создания вихревого движения в подвижных средах, обратный принципу возникновения подъемной силы во встречном потоке среды. Внешняя знакопеременная сила, прикладываемая к плоскому гибкому движителю в точке, определяемой по правилу U=0,29, придает поперечное, по отношению к направлению движения, периодическое знакопеременное перемещение. При таком взаимодействии движителя со средой, образуется вихревое движение потока, похожего на вихревую дорожку Кармана, при этом движитель приобретает силу тяги, направленную в сторону, противоположную движению вихрей.

Проектная работа

Авторы: Краснопевцев Дмитрий, Шапкин Алексей.
Школа № 1273 ЮЗАО, 10 класс, Москва.
Тема работы: «Новые типы движителей для плавсредств»
Научный руководитель: Устюгина Галина Павловна, учитель физики.
Консультант: Устюгин Юрий Евгеньевич, физик, кандидат физ.-мат. наук.

АННОТАЦИЯ

Цель проекта: «Поиск новых типов движителей для плавсредств».

Обоснование: Широко использующиеся движители гребного принципа действия – винты, пропеллеры, веерообразные и т.п. движители — имеют низкий коэффициент полезного действия. Это требует разработки новых экономичных средств создания силы тяги в жидких средах.

Гипотеза: Создание условий возвратно-поступательного воздействия знакопеременной силы на движитель определенной формы приведет к появлению силы тяги, поперечной к направлению воздействия, и высокоэкономичным показателям работы движителя.

Метод проведения исследования: Физическое моделирование.

План выполнения работы:

1. Поисковый — Сбор и анализ фактической информации по известным движителям.
2. Конструкторский — Выбор оптимальных, простых, дешевых и доступных средств для создания радиоуправляемой модели плавающего средства с новыми типами движителей.
3. Лабораторные испытания – Проведение комплекса испытаний с целью получения оценок различных показателей, характеризующих качество и экономичность движителей.
4. Проектный — Проектное предложение для производства и промышленного применения новых способа и устройства создания силы тяги движителями различной модификации.
5. Заключительный — Подготовка материалов исследований для публичной демонстрации, обсуждения и выпуска печатного издания по результатам работ.

Результат: Разработаны новые способ создания силы тяги в текучих средах и устройство-движитель для плавательных аппаратов, в основу разработки которых положены результаты, полученные в проекте «ПОЧЕМУ ЛЕТАЮТ ПТИЦЫ» (Ярмарка идей на Юго-Западе. Москва-2004).

В проекте экспериментально показано, как наличие знакопеременной силы, действующей на движитель в поперечном к его поверхности направлении, порождает силу тяги у плавсредства с таким движителем.

В работе выполнена опытно-конструкторская разработка радиоуправляемой модели плавсредства с движителями различной модификации, но имеющими общий принцип действия и удовлетворяющими правилу U=0,29 для показателя, найденного для маховых перьев птиц.

Опытно-конструкторская разработка — радиоуправляемая модель с новым типом движителя — испытана в лабораторных условиях.

Получено, что КПД нового движителя равно 76% при относительной поступи движителя λ=1,1 где λ=U/V, U – скорость поступательного движения плавсредства, а V — средняя скорость перемещения движителя под воздействием знакопеременной силы. (При таком значении λ винт вообще уже не работает как движитель, становясь ветряком-пропеллером, как у ветряной мельницы).

Источники информации:

1. http://nauka.relis.ru/cgi/nauka.pl?05+0112+05112088+HTML. ЗАГАДКА ПЛАВАНИЯ РЫБ. В. И. Меркулов.
2. http://www.krugosvet.ru/articles/14/1001453/1001453a6.htm. Энциклопедия КРУГОСВЕТ.
3. http://www.kater.ru/catalog/links_u_ustroistvo_sudna.htm. Что нужно знать о гребном винте.
4. Патент РФ № 2090441 Движитель для судов и аппаратов надводного и подводного плавания). Г.А. Семенов.
5. Сайт "Новые технологии". http://www.eprussia.ru/epr/info/sklad/036/new_tech_1.3.htm. «Затраты энергии на транспорте могут быть снижены в 10 раз». Г.А. Семенов.
6. http://www.tula.net/tgpu/resources/construct/index.htm. Е.М. Мазейкин, В.Е Шмелев. Конструирование и моделирование технических устройств.
7. "ПОЧЕМУ ЛЕТАЮТ ПТИЦЫ". Исследовательская работа РУЧКИНА ИВАНА, АЛЕКСЕЕВА КОНСТАНТИНА, БЕЛЫХ АНДРЕЯ. Школа № 1273. "Ярмарка идей. ЮЗАО, Москва, 2004.
"ПОДВОДНЫЙ КАЙТ". Проектная работа КРАСНОПЕВЦЕВА ДМИТРИЯ, ШАПКИНА АЛЕКСЕЯ. Школа № 1273. "Ярмарка идей. ЮЗАО, Москва, 2004.
8. Сахновский Б.М. Модели судов новых типов. Судостроение, 1987 г. http://www.shipmodeling.ru/books/NewTypeShips/newtypeships.pdf.
9. Гидроаэродинамика. Л. Прандтль. R@C Dynamics.Москва-Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2002, 572 стр.

Ноябрь 2004 года.