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2014年8月15日 (金)

サイエンスボランティア活動 ~ CC授業 飛行機はなぜ飛ぶか?

お盆も中盤 北関東と札幌の子供達が久々に全員集合

おまけに息子の会社の同僚も北海道バイク旅行の途中、我が家に一泊。
嵐のような大賑わいの日々でしたが、今朝、息子夫婦も戻っていきました。
今は静けさが戻り、ちょっと一息の午後です。

8月9日(土)sunの事

少し前から準備していた小中学生向けの大事な講座 ボランティア活動です。
サイエンスボランテア旭川とJAXAとの共同主催のコズミックカレッジの当日に成りました。
飛行機の理論を勉強しながら、ゴム動力の紙飛行機を作って飛ばすものです。

自分なりに”飛行機はなぜ飛ぶのか?”とテーマを決めて子供たちに分かりやすく説明しようと思います。

日本の名機 ゼロ戦の動画を見ます
模型と実機の違いを全員で話し合いします
いよいよ本題 飛行機はなぜ飛ぶのか?

飛行機に関係ある食べものな~んだ?

そうです から揚げやフライです
から揚げ 揚げ物 FLY 凧を揚げる 揚げる力 揚力 ようりょく 
揚力のヨウは揚げ物のヨウですよ

今日は揚力を覚えて帰りましょう

飛行機はなぜ飛ぶかと言えば ”翼に揚力が発生する”からです 
では実験してみましょう!

一枚のA4のコピー用紙を配り、片辺を折ります。折り曲げた片辺をテーブルに固定して、そこに勢いよく息を吹きかけます。
すると不思議! 紙が浮き上がります。
空気が速く流れると紙の表面の空気の圧力が下がります。だから下面の圧力の高い方から押されます。
これが揚力です。

01p1030214

そして、今日はなぜ模型飛行機なのか?
この模型飛行機の中には凄い理論が隠れています。
翼端失速を防ぐための捩じり下げ、誘導抵抗を減らすための楕円翼 操縦できないので翼の傾きを抑える自動復元機能 極小翼面荷重etc
模型と実機とは共通性もあるが決定的な違いもあります

最初にみんなで話し合った模型と実機を比較しながら、揚力の勉強をしましょう。

揚力の大きさだけを見ると 計算式は 1/2ρV~2SCL  
 ρ:空気密度1.2kg/m3   V:速度m/s  S:翼面積m2  CL:揚力係数(0.9と仮定)
①実機ゼロ戦 21型 
   翼長:12m 翼面積:22.4m2 自重:1874kg  前備重量:2412kg
   飛行速度:300km/h (仮定) 
②10分1のRC模型
   翼長:1.2m 翼面積:0.224m2 自重:2.5kg 
   飛行速度:30km/h (仮定) 実際には60km/h以上飛行

ただし、レイノズル数や抗力は便宜上考えないこととすると
速度の二乗と面積の積に比例するので1/10のモデルは揚力は1万分の1に小さくなります。

実際に計算してみると
①ゼロ戦
 0.5x1.2x0.9x83.3x83.3x22.4 =83933N   約8393kgf
②1/10模型
  0.5x1.2x0.9x8.33x8.33x0.224=8.4N      約0.84kgf
 これでは揚力が少なすぎて浮かびません。速度が2倍の60km/h なら何とか浮きます。

参考までにいつも練習で乗っているASK-13も試算してみると
 ただし、CL:揚力係数は仮に上記同じ0.9とします また飛行速度は90km/h 翼面積:15.5m2
  0.5x1.2x0.9x25x25x15.5=5231N    約523kgf
少し難しすぎたかな? でも大きさと速度が違うと揚力はこんなにも違うということが分かるだけで充分です。

もう一つ実機との大きな違いは機体の強度です。
これだけ大きな揚力が胴体と主翼の付け根に掛かりますので、この強度は一番重要なところです。
空中分解したら大変です!

ここでもう一度動画を見ましょう
先日滝川のスカイパークで見た風の谷のナウシカ メーヴェです
映画アニメの世界の乗り物を本当につくった人がいます。
7月24日の記事より↓

ここで10分間休憩です

今度は実際にゴム動力の紙飛行機を作る時のコツをお話しましょう

バランス 左右 前後(重心位置) 軽く:接着剤も吟味して極力少なく 迎え角の調整
紙を貼る前に十分な骨組の狂い取りをすること
上反角は翼が傾いた時の自動復元させるための物なので正確に左右均等に
霧吹きはあまりかけない 紙が縮過ぎて翼型が変形したり翼が捩じれたりしないように
出来上がったら、まずは十分な手投げテストで調整
投げ上げるときは若干右方向に、これはプロペラの反動トルクで左に曲がろうとするのを防ぐためです
いよいよ風に向かって投げますが 若干真正面より左に風を見た方がうまく上がります。
では、製作に取り掛かりましょう

02p1030209

人前でお話するのはあまり慣れてませんので、少し疲れました。
ここからはメイン講師にバトンタッチ 私は補助に回ります。

やっと出来ました。
いよいよ、飛ばしに行きましょう

中庭は他のイベントで使えませんので、建物横の空き地でテスト飛行です。
皆さん、飲み込み早い!
上手く飛んでます。

今日の話しは少しやっぱり難しすぎたかな?
でも、「揚力とから揚げ!と言ってたな」と今日の事を思い出してくれればうれしいです
趣味の話を人前で話のは人生初です。いい経験に成りました。
まだまだ話すことはいっぱい用意していたのですが、時間内に上手く収めるのは本当に難しいですね。
このチャンスを与えてくださいました事務局の皆さん ありがとうございます。
無事、イベントの活動は終了です。

↓時には子供たちと童心に帰ってゴム動力紙飛行機をつくるのも良いものです!

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コメント

diamondtuba姐さんへ
お褒めの言葉いただきありがとうございます
tubaさんの熱い言葉聞きたかったな~!
1年後にはまたチャンスがありますので、必ず御声がけしますからねhappy01

投稿: けいあん | 2014年8月20日 (水) 21時12分

難しいことを分かり易く伝えられるってただ者ではありませんね(* ̄ー ̄*)
アタシも体験したかったなぁ~♪

未来のパイロット君にご教授したかもしれませんよぅ~!

計算式がちょっとぉー、いや、全く分かりませんでした(/ー\*)

投稿: tuba姐 | 2014年8月20日 (水) 20時34分

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