橡筋动力飞机的探究实验

宇浩WU

橡筋

飞机

橡皮筋

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动力

实验

机翼

缠绕

圈数

可以

【研究背景】

今年暑假期间,我参加了“温州市青少年航空模型锦标赛”中的“初级橡筋动力飞机”项目。在比赛中我的飞机飞出了43.31秒的好成绩，获得了二等奖（视频1）。为了让飞机在比赛时飞得更久，在备赛过程中，我做了无数次的探究实验。

初级橡筋动力飞机比赛先是60分钟的时间制作模型飞机，然后进行正式飞行比赛。我们这次比赛用的是“中天”的橡筋动力飞机模型。

【制作过程】

（一）检查器材

拿到器材不要马上开始制作，我们要先检查一下部件是否齐全（图1），还需要检查下机翼和尾翼是否平整。因为快递在运输的过程中，有时机翼可能会被扭曲。在比赛的时候，最好准备2-3副模型器材，可以及时调换扭曲的部件。

　　上面的图是套材中的11个部件，我简单写了下各个部件的主要作用（见下表）。

（二）组装器材

我们可以按照“安装指南”（见下图）来组装飞机模型。

　　我总结了下一些主要部件的组装技巧：

　　组装好了后，我们应该先目测一下这架飞机是否达到飞机的标准状态。

　　上面是我画的一张简图，我们可以以机身为对称轴，看一看左右机翼是否对称，水平尾翼是否和垂直尾翼成直角，主机翼两边的那两个翘起的凸角，翘起的角度是否相等。

【试飞过程】

（一）无动力试飞

组装好后不要急着给橡皮筋上动力进行动力试飞，我们最好先进行“无动力试飞”。方法就是在无风或一点点风的条件下，将飞机模型轻轻掷出，观察模型飞行的姿态。

　　我发现飞机在无动力试飞的时候，它的飞行姿态主要有三种（见上面画的简图）：
① 如果飞机是按照直线的航线，并以缓慢的速度向下滑行的话，那就是正常的（红色那条线）。
②如果飞行的滑翔姿态是“机头上翘”或“机头下沉”的话，说明飞机“头轻”或“头重”了，（蓝色和黑色）可以按照下面表格里的方法调整一下翼台的位置。

（二）动力试飞

现在，我们可以进行“动力试飞”了。我们把螺旋桨按顺时针方向绕紧橡皮筋，（先装上橡皮筋绕50圈再拆下来拉伸一下，再装上去转100圈再拆下来拉伸一下，以此递增，从小转速到大转速，循序渐进。但不可以绕到它的极限，这样容易断裂）。右手拿住飞机，左手捏住螺旋桨，再轻轻推出。然后我们要观察飞机的飞行轨迹，缓慢盘旋上升姿态是最好的，否则要继续调整下重心的位置。

在实践过程中，我发现用上面的步骤做得飞机可以正常飞起来，但是飞机留空的时间不是很久，于是我开始思考要如何改进才可以让飞机飞更久一点呢？我开始做了以下一系列的对比实验。

【探究过程】

研究问题一：如果我增加橡皮筋缠绕的圈数，能不能让飞机飞得更久？

大家都知道橡筋动力飞机的动力来源是橡皮筋因旋转拉伸而储存能量，最后带动螺旋桨旋转释放产生动力，而使飞机上升。那为了增加飞机动力，我能靠增加橡皮筋的缠绕圈数来实现让飞机留空时间变得更久吗？

（一）实验步骤

不改变的条件：飞机，橡皮筋，秒表，绕线器
改变的条件：橡皮筋缠绕的圈数

（二）实验结果

（三）结果分析

　　橡皮筋缠绕的圈数不同，它给飞机提供的动力也是不同的。从上面的实验结果我们可以看到橡皮筋缠绕的圈数越多，橡皮筋给飞机提供的动力越大，飞机的留空时间也会越长。
　　但是我们要特别注意橡皮筋都有拉伸极限，所以我们缠绕橡筋的时候千万不要超过它的极限，否则很容易断裂。比赛的时候最好拉到95%左右，还有就是要多准备几根橡皮筋轮流使用，这样可以延长橡皮筋的使用寿命。

研究问题二：国产的橡筋和进口的橡筋，它们提供的动力是一样的吗？哪种材质的橡筋会更适合比赛用呢？　　

　　从上一个实验结果我知道了可以增加橡皮筋缠绕圈数来增加动力。那我把国产橡皮筋换成进口橡皮筋，缠绕圈数会有变化吗？它们提供的动力是一样的吗？

　　在这次的“温州市青少年航空模型锦标赛”的“初级橡筋动力飞机”项目中，我们是可以选用国产橡筋或进口橡筋参赛，但是橡筋的重量不能超过2克。在下面的实验中我把国产橡皮筋和进口橡皮筋都盘成三股来做对比实验。

（一）实验步骤
不改变的条件：飞机，绕线器
改变的条件：橡皮筋的材质（国产橡筋和进口橡筋）

（二）实验结果

（三）结果分析

通过上面表格的实验对比结果，我们可以看到进口橡筋缠绕的圈数大概是国产橡筋的2倍左右。进口橡筋动力更大，这是因为进口橡筋含胶量更多。我上网查了下资料了解到如果正确缠绕的话，国产橡筋一般可以绕300-400圈，进口橡筋一般可以绕700-800圈左右。所以我们最好选择用2克进口橡筋去参赛（拿着橡筋到裁判处称一下就可以了）。

研究问题三:给橡皮筋上润滑油，能让橡筋产生更大的动力吗？

　　当我在网上购买飞机模型的时候，我发现这家店里有出售一种“专用橡筋润滑油”（见下图）。我想如果给橡筋涂上这种油，是不是可以让橡皮筋产生更大的动力？

（一）实验步骤
不改变的条件：飞机，橡皮筋（盘4股），绕线器
改变的条件：是否给橡筋涂上“专用橡筋润滑油”

（二）实验结果

（三）结果分析
　　从上图的实验结果我们可以看到橡筋上了“专用油”缠绕的平均圈数比不上专用油的多转了71圈。网上卖家说这种“专用橡筋润滑油”主要成分是医用蓖麻油，它可以让橡皮筋更富有弹性，缠绕的圈数更多。它会将橡筋的弹性充分释放出来，充分发挥橡筋的能量。

研究问题四: 专用橡筋润滑油、洗洁精和洗发水，哪种效果更好？

　　在做上面的实验时，我想到我们生活中更容易得到的洗洁精和洗发水也具有润滑作用，那它们和专用橡筋润滑油比较，效果是一样的吗？于是我又做了一个实验。

（一）实验步骤
不改变的条件：飞机，橡皮筋（盘4股），绕线器
改变的条件：给橡皮筋涂上不同材质的润滑剂

（二）实验结果

（三）结果分析

根据上面的实验结果，我发现这3种当润滑剂效果都还可以，但是不能涂太多，涂太多橡筋打不上结。这次实验中橡筋缠绕圈数：橡筋上“专用油”>上“洗洁精”>“上洗发水”。比赛的时候，我觉得可以考虑给橡筋涂上“专用油”。

但是给橡筋上“专用油”手感比较差，感觉手上很粘稠很油腻恨不得早点洗掉。给橡筋上“洗发水”的手感适中，给橡筋上“洗洁精”的手感是最舒服，感觉很顺滑很细腻。

研究问题五:改良机翼，改变机翼上的反角的角度，能否使留空时间更长？

　　我想：比赛的时候基本是统一使用现成的成套器材，而机翼在器材中占了主要部分，那我能不能针对机翼这部分进行改良调试，来增加飞机留空时间呢？

（一）实验步骤
不改变的条件：飞机，橡皮筋，秒表，绕线器，橡筋缠绕圈数（200圈）

改变的条件：是否改良机翼和反角角度

　　首先我们将主机翼沿着压痕剪下来，把剪下来的这两部分适当打磨一下。 我们再把机翼尖翘起30-40度左右，使得上反角凸起成一定角度， 然后用万能胶把这两部分粘贴好。为了增加机翼强度和牢固度，我们再用透明胶把这两部分正反面都贴住，保证角度不变。另一侧的机翼制作方法一样，要保证两侧反角角度一样。

（二）实验结果

（三）结果分析

　　通过上图的实验结果，我们可以看到如果改良机翼，可以减少飞机飞行中的摩擦阻力，飞机飞得更久。对机翼两侧的反角进行了角度改变，可以增加飞机飞行的稳定性。

　　以上是我在备赛过程中所做的探究实验，在参加比赛的当天，我遇到了很多突发的事件，我也做一个经验总结：

1. 准备一个像我这样的工具箱（见下图），把常用的一些工具都放进去。这样在比赛的时候方便找和使用，不会手忙脚乱。（常用工具有：绕线器、砂纸板、刻刀、尖嘴钳、老虎钳、剪刀、镊子、螺丝刀、铅笔、尺子、透明胶带、双面胶带、万能胶等）。

2.这次的初级橡筋动力飞机比赛分两轮进行，最终成绩取第一轮和第二轮飞行成绩的总和。在第一轮飞行比赛时，我的飞机飞得太远了，最后找不到飞机，导致第二轮没有飞机参加比赛。所以我觉得在比赛的时候最好有一个人专门帮你来观察飞机落地点。可以让他站着稍微高一点的地方（比如主席台），这样可以清楚看到飞机飞行和落地的方向。你就可以按他所指的直线距离寻找飞机，这样子找回飞机的时间是最短的（因为两轮比赛之间裁判只给5分钟间隔，如果没有在这规定的时间内找到飞机，那第二轮比赛的成绩就和我一样是“0“了”）。

3. 尽量在比赛的”模型制作“过程中（60分钟）做好两架飞机。在正式飞行比赛时，如果你的第一架飞机飞得太远找不到了，或者第一架飞机飞得不好，可以直接换上另一架继续参加第二轮比赛。

4.这次比赛在一个中学的大操场上，但是我发现很多学校周围都有大树。我在进行飞机动力试飞的时候，飞机不小心飞到了一棵大树上，最后是老师帮忙用长钢筋打下来的。所以以防万一，有条件的话，最好带一个可以伸缩的晾衣架杆过去。

　　这是我第一次参加航空模型类的比赛，在备赛和比赛过程中，橡筋动力飞机给我带来了很多欢乐和知识。希望随着我知识的增长，能探究发现更多让橡筋动力飞机飞得更久的方法。