План-конспект заняття «Дослідження будови та виготовлення кузова трасової моделі класу G33, G15

ОБОЛОНСЬКА РАЙОННА У МІСТІ КИЄВІ ДЕРЖАВНА АДМІНІСТРАЦІЯ

УПРАВЛІННЯ ОСВІТИ

ЦЕНТР НАУКОВО - ТЕХНІЧНОЇ ТВОРЧОСТІ МОЛОДІ 

"СФЕРА"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА

на допомогу керівникам автомодельних гуртків

 

ПЛАН-КОНСПЕКТ ЗАНЯТТЯ

Дослідження будови та виготовлення кузова  трасової моделі класу G33, G15

 

 

 

 

 

Автор:

Петренко Олександр Іванович завідувач 

спортивно – технічного відділу 

керівник автомодельного гуртка

 

 

 

 

 

 

 

 

м. Київ

2024

ПЛАН - КОНСПЕКТ  ЗАНЯТТЯ.

 

ТЕМА ЗАНЯТТЯ:

ДОСЛІДЖЕННЯ БУДОВИ ТА ВИГОТОВЛЕННЯ КУЗОВА  ТРАСОВОЇ МОДЕЛІ КЛАСУ G33, G15.

 

Тип заняття: комбінований урок 

Методи: лекційні, наочні, практичні, стимулювання та контролю.

Використання інтерактивних прийомів: навчальний мозковий штурм (НМШ), «Спіймай помилку», постановка проблемного питання, «Вірю – не вірю».

 

МЕТА ЗАНЯТТЯ:

Навчальна:

-      провести пошукову роботу у вивченні аеродинаміки автомобіля,

-      виготовити кузова трасових автомоделей з різною формою поверхні, 

-      дослідити вплив аеродинаміки кузова на швидкість трасової автомоделі,  визначити конфігурацію кузова трасової автомоделі для досягнення найвищої швидкості при однаковій напрузі на двигун,

-      оволодіти навиками виготовлення рами трасової моделі.

 

Виховна:

-      виховувати акуратність, працелюбність, творчу активність;

-      шанобливе ставлення до товаришів.

 

Розвивальна:

-      розвивати вміння користуватися кресленнями, схемами, працювати за описами;

-      розвивати вміння та навички працювати з інструментами та армованим і двостороннім скотчем;  розвивати творчу уяву.

 

МАТЕРІАЛИ ТА ІНСТРУМЕНТИ: схеми, фото та описи трасових моделей класу G33, G15, креслярка, лінійка, штангенциркуль, ножиці, булавки, армований і двосторонній скотч.   

 

ХІД ЗАНЯТТЯ:

I.            Організаційна частина (перевірка присутніх, призначення чергових).

 

II.         Оголошення теми і мети уроку.

Дослідження будови та виготовлення кузова трасової моделі класу G33, G15.

 

III.     Актуалізація опорних знань. 

-   Які загальні вимоги до трасових  моделей класу G33, G15? 

-   Які особливості виготовлення кузова трасової моделі класу G33, G15?  

-   Як вірно балансувати раму? 

Створення моделі автомобіля - складний процес. Для виготовлення кузова трасової моделі класу G33, G15 високого класу потрібно прикласти максимум знань і навиків конструювання, підбирати варіанти кузовів під свій двигун, складати вірно кузов, уміння користуватися різними скотчами, необхідно знати склад та властивості матеріалів (притому найсучасніших), методів їх обробки.

 

IV. Мотивація. 

Виготовлення кузова трасової моделі класу G33, G15 високого класу з покращеними характеристиками запуску.

 

- Як ви вважаєте, чому вдосконалена модель класу G33, G15 їде по трасі швидше за стандартну модель. Порівняйте кузова для цих моделей?

 

 

Проведення «мозкового штурму». 

(Вихованці працюють в групах: висловлюють і обговорюють найнеймовірніші ідеї, аналізують їх і озвучують результати  роботи  перед загальною аудиторією).

        Підведення підсумку обговорення:  

Таким чином – модель класу G33, G15 їде по трасі швидше за стандартну модель тому що кузов має певну форму, аеродинамічні крила (інтерцептори) гальма мають певний загин, які дозволяють розподілити потоки зустрічного повітря на кузов при проходженні поворотів траси.   

 

V. Теоретична частина.

            Робота з кресленнями. 

Почнемо з самого головного – нагадую, що кузова трасової моделі класу G33, G15 має форму гоночного автомобіля: переднє антикрило – спойлер,  заднє антикрило, бокові крила - інтерцептори. Всі ці елементи обвісу потрібні для притискання моделі до траси, щоб покращувати керованість автомобіля в русі. Застосування цих елементів - це вже аеродинаміка. 

 

 

Аеродинаміка — розділ аеромеханіки про рух газоподібних середовищ (головним чином повітря) та взаємодію між ними і твердими тілами при їхньому відносному русі.

Аеродинаміка автомобіля є однією з найважливіших характеристик. Основним призначенням елементів аеродинамічного обвісу (передне антикрило - спойлер, інтерцептори – бокові крила, заднє антикрило – аеродинамічні гальма)  є те, що вони повинні правильно розподіляти зустрічні повітряні потоки, які діють на автомобіль під час його руху. Ми маємо досягати мінімального супротиву повітря, враховувати розподіл по осях підйомної сили, тому що автомобіль досягає тої швидкості, на якій літак вже відривається від землі. Для стабільного руху і кращого щеплення з трасою на автомобілі стоїть передне та заднє антикрила. Заднє антикрило виконує подвійну роль, воно ще є аеродинамічними гальмами. Аеродинаміка гальм це правильна величина кута загину антикрила, який визначає гальмівний шлях для зниження швидкості перед  крутими поворотами. А стійкість моделі в повороті при досить високій швидкості регулюється за допомогою аеродинамічного крила – інтерцептора, його розкривання.

Аеродинамічний (лобовий) опір — складова аеродинамічної сили, з якою газ (повітря) діє на тіло, що рухається в ньому:

 

 

, де

S – площа поперечного перерізу (м2), V – швидкість повітряного потоку (м/c),  p – щільність повітря (стала величина = 1,23 кг/м3), 

Cx - коефіцієнт аеродинамічного опору.

 

Як знизити лобовий опір?

Рішення можна шукати у двох напрямках:

Перший – зменшення S - площі поперечного перерізу автомобіля, іншими словами, створення більш вузького і низького кузова. Шлях вельми ефективний, бо супротив повітря безпосередньо залежить від розмірів поперечного перерізу моделі автомобіля, але, на жаль, габарити обмежені за вимогами Правил змагань.

Другий – єдиний, оптимізація форми кузова, критерієм досконалості якого якраз і є коефіцієнт аеродинамічного опору Cx.

Величина Cx тіл різної форми

 

 

Фактори, що впливають на Cx автомобіля по-перше, це внутрішній опір, що виникає при проходженні повітря через підкапотний простір - в нашому випадку ця величина дуже низька і нею можна знехтувати тому, що переднє антикрило - спойлер лежить майже на трасі і повітря там проходить мінімальна кількість,

по-друге, опір тертя між повітряним потоком і поверхнею кузова. Опір поверхневого тертя вносить свій 10 - відсотковий внесок у величину Cx. Взагалі, наявність такого відчутного тертя між повітрям і кузовом може здатися дивним, але воно дійсно має місце: прилеглий до поверхні шар повітря стикається з покриттям і гальмується - утворюється так званий прикордонний шар. В нашому випадку прикордонний шар рухаються в одному напрямку, товщина прикордонного шару невелика (близько декількох міліметрів) і опір тертя невелике ми ним можем знехтувати.. 

 

по-третє, опір форми, що виявляється, головним чином, у надмірному тиску перед автомобілем і розрядженням по-заду нього.

 

VI. Практична частина.

1.   Матеріали, інструменти необхідні для роботи.

2.   Техніка безпеки при роботі кресляркою, лінійкою, ножицями, з армованим і двосторонніми скотчем. 

3.   Вибір об’єкту роботи.

4.   Підбір та підготовка заготовок для виготовлення кузовів.

5.   Креслення трасової моделі.

6.   Виготовлення кузовів трасової моделі.

VII. Експериментальна частина.

Кузов 1- з низьким переднім спойлером та низькою задньою частиною,

 

 

Кузов 2- з низьким переднім спойле-ром та максимально високою задньою частиною

 

 

Кузов 3- з високим переднім спойле-ром та низькою задньою частиною

 

 

Кузов 4- з високим переднім спойлером та максимально високою задньою частиною

 

Переходимо до випробувань наших кузові, визначення швидкості проходження кола від напруги живлення двигуна. Всі кузова по черзі встановлюємо на одну модель не змінюючи двигун. Швидкість проходження кола визначаємо за допомогою секундоміра, або пристрою проведення змагань.

Складаємо таблицю результаті і будуємо графік проходження моделлю кола.

   

 

 

Проводимо аналіз виконаної роботи «Залежність кінематики від форми кузова»

Кузов №1 – при напрузі 12 вольт на двигуні, колеса заднього мосту починають ковзати по трасі, не вистачає щеплення. Модель автомобіля не встигає розігнати до наступного повороту, втрачається задарма потужність двигуна. 

Кузов №3 – модель не розганяється на трасі, повітря, яке набігає на модель після переднього антикрила,  закручується у турбулентному вихорі дуже сильно, ще більше знижується щеплення коліс заднього мосту з трасою. 

Кузов №4 – модель  їде краще, але сильно підняте передне та заднє антикрило  працює як гальмо, коефіцієнт Cx вище, чим в попередніх випадках.

Кузов №2 з плавним некрутим переднім спойлером показує найкращий результат. Виберемо цей кузов за основу і на ньому проведемо випробовування заднього антикрила - аеродинамічного гальма. Регулювання загину крила дасть нам змогу ще збільшити, або зменшити швидкість розгону та гальмівний шлях. При правильній геометрії крила наша середня  швидкість моделі автомобіля зросте і ми досягнемо успішного результату в нашій роботі.

 

Ми з вами визначили оптимальну форму кузова моделі, критерієм досконалості якого якраз і є мінімальний коефіцієнт аеродинамічного опору Cx. Потрібно тепер визначитись з загином аеродинамічних гальм, які теж впливають на Cx. Виставимо на кузові різний кут загину галь і проведемо дослідження. 

Проведення експерименту з аеродинамічними гальмами  відбувається з використанням прийому «Спіймай помилку»

 

 

Кузов 1- загин антикрила кузова  80⁰

 

Кузов 2- загин антикрила кузова  90⁰

 

Кузов 3- загин антикрила кузова  100⁰

 

 

Кузов 4- загин антикрила кузова  110⁰

 

 

 

Кузов №1 – при загині аеродинамічного гальма на 80⁰, моделі автомобіля не вистачає швидкості для їх розкриття. В цьому варіанті коефіцієнт Cx становиться високим. Набігаючи, повітря сильно пригальмовує модель автомобіля.

Кузов №3, №4 – при загині аеродинамічного гальма на 100⁰ - 110⁰   і напрузі живлення двигуна 12 вольт, модель не може розігнатися на трасі. Колеса заднього мосту ковзають по трасі, їм не вистачає щеплення. Притискна сила заднього мосту мала. Модель автомобіля не встигає розігнати до наступного повороту, втрачається задарма потужність двигуна. 

Кузов №2 - при загині аеродинамічного гальма на 90⁰, потужності двигуна вистачає для розкриття його набігаючим повітрям. Аеродинамічний (лобовий) опір мінімальний, притискається задній міст до траси, щеплення коліс добре і модель їде максимально швидко.

 

«Спіймай помилку»: Чи можна загинати  аеродинамічні гальма під кутом меньшим  90⁰?

Аеродинамічні гальма – пристрій який працює в двох напрямках:

по перше - регулювання загину дає нам змогу збільшити, або зменшити швидкість моделі після розгону;

по друге – при виключенні живлення двигуна, зменшує шлях проходження моделі до зупинки.

Це потрібно учаснику змагань для кращого проходження крутих поворотів з максимальною швидкістю.

 

VIII. Підсумок уроку.

1. Обговорення з вихованцями виконаної роботи.

  Виконуючи цю роботу, ми вивчили питання, пов’язані з аеродинамікою моделі автомобіля: виготовили кузова моделей з різною формою поверхні; дослідили вплив аеродинаміки кузова на швидкість трасового автомобіля; визначили конфігурацію кузова трасового автомобіля для досягнення найкращого результату, мінімальної середньої швидкості моделі класу G33 та G15.   Саму високу швидкість показав кузов з низьким переднім та високим заднім антикрилом, загином аеродинамічного тормозу 900. Час проходження кола трасовою авто-моделлю на трасі Центру «Сфера» - 3,6 сек.

                  Виступаючи на змаганнях Чемпіонату та Кубку України 2015 року з автомодельного спорту ми використали дані цієї роботи і отримали високий кінцевий результат:

Прохоренко Артем в класі моделей G15 - посів Перше місце в Чемпіонаті України 2015 року з автомодельного спорту, трасові автомоделі національного класу,  виконавши норматив Майстра спорту України. 

Кухтин В’ячеслав в класі моделей G15 - посів Друге місце в Чемпіонаті України 2015 року з автомодель-ного спорту, трасові автомоделі національного класу,  підтвердивши звання Майстра спорту України. 

2.     Повторення вивченого на занятті, шляхом використання прийому «Вірю – не вірю». Викладач складає опитувальник і зачитує його вихованцям. Кожне запитання починається словами: « чи вірите ви, що…».

Приклад.

-         Чи вірите  ви, що найкращий кузов має високий передній спойлер?

-         Чи вірите ви, що ширина смужок на які кріпляться крила до кузова мають бути однаковими?

-         Чи вірите ви, що правильне балансування моделі збільшує її швидкість?

-         Чи вірите ви, що розбалансована модель не може швидко проходити поворот на трасі?)

3.     Домашнє індивідуальне завдання.