RU126181U1

RU126181U1 - EDUCATIONAL INSTRUMENT FOR DEMONSTRATION OF GYROSCOPIC EFFECT

Info

Publication number: RU126181U1
Application number: RU2012144060/12U
Authority: RU
Inventors: Светлана Сергеевна Самохина; Максим Васильевич Митрофанов; Константин Андреевич Передеренко
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2013-03-20

Abstract

Учебный прибор для демонстрации гироскопического эффекта, содержащий основание, на котором закреплена поворотная несущая рама, имеющая две степени свободы, и рукоятка, отличающийся тем, что он содержит модель самолета, установленную на оси, проходящей через торцы крыльев, связанной с поворотной несущей рамой подвижным соединением, на оси электродвигателя, вмонтированного в корпус модели самолета, расположен трехлопастный винт с увеличенным моментом инерции, выполненный с возможностью его вращения в вертикальной плоскости, штангу, закрепленную на крыле модели самолета, и крюк на оперении модели самолета для подвески грузов, имитирующих внешние силы, токосъемное устройство для подключения электродвигателя к внешнему источнику питания с помощью тонких многожильных проводов малого сечения, проложенных по внутренней стороне поворотной несущей рамы, состоящее из двух частей, одна из которых жестко закреплена на основании прибора, а вторая закреплена на стойке, расположенной в опорно-торцевом подшипнике.A training device for demonstrating the gyroscopic effect, containing a base on which a rotary bearing frame is fixed, having two degrees of freedom, and a handle, characterized in that it contains a model of the aircraft mounted on an axis passing through the ends of the wings connected to the rotary bearing frame by a movable joint , on the axis of the electric motor mounted in the aircraft model body, there is a three-blade screw with an increased moment of inertia, made with the possibility of its rotation in the vertical plane, the rod, closed insulated on the wing of an airplane model, and a hook on the tail of an airplane model for suspension of loads simulating external forces, a current collector for connecting an electric motor to an external power source using thin multicore wires of small cross section, laid on the inner side of a rotary bearing frame, consisting of two parts, one of which is rigidly fixed on the base of the device, and the second is fixed on a rack located in the end-face bearing.

Description

Полезная модель относится к учебным пособиям по аэродинамике, физике, теоретической механике, в частности, учебным моделям для демонстрации гироскопических свойств винта одномоторного самолета и демонстрации вынужденной прецессии, и может быть использована в высших и средних учебных заведениях технического профиля при проведении лекционных, практических и лабораторных занятий, при обучении управлению воздушными транспортными средствами.The utility model relates to teaching aids in aerodynamics, physics, theoretical mechanics, in particular, training models for demonstrating the gyroscopic properties of a single-engine aircraft propeller and demonstrating forced precession, and can be used in higher and secondary educational institutions of a technical profile during lectures, practical and laboratory classes when learning to drive air vehicles.

Известен учебный прибор для демонстрации вынужденной прецессии и гироскопического эффекта, который содержит диск, установленный на оси, опорные подшипники, поворотную раму, основание, стойку, рукоятку [патент РФ №2151426, МПК G09B 23/06, 1999].A known training device for demonstrating forced precession and a gyroscopic effect, which contains a disk mounted on an axis, thrust bearings, a swing frame, a base, a rack, a handle [RF patent No. 2151426, IPC G09B 23/06, 1999].

Недостатком данного учебного прибора является необходимость раскрутки диска вручную с помощью заводного механизма в виде шкива и бечевки, что не позволяет обеспечить большую угловую скорость вращения диска и снижает удобство его эксплуатации. Расположение диска на оси, связанной с поворотной рамой, ограничивает возможность демонстрации вынужденной прецессии в вертикальной плоскости и снижает наглядность при использовании учебного прибора.The disadvantage of this training device is the need to manually spin the disk using a winding mechanism in the form of a pulley and twine, which does not allow for a large angular speed of rotation of the disk and reduces the convenience of its operation. The location of the disk on the axis associated with the rotary frame, limits the possibility of demonstrating forced precession in the vertical plane and reduces the visibility when using the training device.

Известен учебный прибор для демонстрации гироскопического эффекта [патент РФ №2051422, МПК G09B 23/08, 1995], содержащий диск, установленный на оси, закрепленной в поворотной раме из двух вращающихся в одной плоскости частей, заводным механизмом диска служит винтовая пружина.A known training device for demonstrating the gyroscopic effect [RF patent No. 2051422, IPC G09B 23/08, 1995], comprising a disk mounted on an axis fixed in a rotary frame of two parts rotating in one plane, a coil spring serves as a winding mechanism of the disk.

Основными недостатками указанного устройства выступают сложность регулирования и измерения частоты вращения диска с помощью пружинного заводного механизма и изменение упругих свойств пружины в процессе эксплуатации.The main disadvantages of this device are the difficulty of regulating and measuring the frequency of rotation of the disk using a spring-loaded mechanism and changing the elastic properties of the spring during operation.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является учебный прибор для демонстрации гироскопического эффекта [патент РФ №2028011, МПК G09B 23/08, 1992], который содержит диск, установленный на оси и имеющий держатель из двух коаксиальных колец, расположенных в вертикальной плоскости. Ось связана с поворотной рамой с рукояткой, рама крепится на основании. На оси крепится сменный груз.The closest in technical essence to the proposed utility model is a training device for demonstrating the gyroscopic effect [RF patent No. 2028011, IPC G09B 23/08, 1992], which contains a disk mounted on an axis and having a holder of two coaxial rings located in a vertical plane . The axis is connected with a rotary frame with a handle, the frame is mounted on the base. A removable load is fixed on the axis.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании устройства, принятого за прототип, относится необходимость раскрутки диска от внешнего двигателя, недостаточная наглядность и сложность восприятия в ходе учебного процесса из-за наличия большого количества механических деталей установки. Имитация действия внешней силы с помощью пружины неудобна при практическом использовании и не позволяет количественно определять величину силы.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the device adopted as a prototype include the need to spin the disk from an external engine, insufficient visibility and difficulty of perception during the educational process due to the presence of a large number of mechanical parts of the installation. Simulating the action of an external force using a spring is inconvenient in practical use and does not allow quantifying the magnitude of the force.

Задачей полезной модели является создание учебного прибора в виде модели одномоторного винтового самолета для демонстрации гироскопического эффекта, имитации реальных условий полета и изучения способов управления воздушным судном, что приведет обучаемых к пониманию физических явлений, формированию правильных профессиональных двигательных навыков на самолетах первичного обучения.The objective of the utility model is to create a training device in the form of a model of a single-engine propeller aircraft to demonstrate the gyroscopic effect, simulate real flight conditions and learn how to control an aircraft, which will lead students to understand physical phenomena, to form the right professional motor skills on primary training aircraft.

Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции прибора, что повышает удобство его в эксплуатации, обеспечивает достижение дидактических целей (наглядность рассматриваемых физических явлений, понимание).The technical result of the utility model is to simplify the design of the device, which increases its ease of use, ensures the achievement of didactic goals (visibility of the physical phenomena under consideration, understanding).

Указанный технический результат достигается тем, что учебный прибор для демонстрации гироскопического эффекта содержит основание, на котором закреплена поворотная несущая рама с рукояткой, имеющая две степени свободы.The specified technical result is achieved by the fact that the training device for demonstrating the gyroscopic effect contains a base on which a rotary bearing frame with a handle is fixed, having two degrees of freedom.

Особенностью является то, что он содержит модель самолета, установленную на оси, проходящей через торцы крыльев, связанной с поворотной несущей рамой подвижным соединением, на оси электродвигателя, вмонтированного в корпус модели самолета, расположен трехлопастный винт с увеличенным моментом инерции, выполненный с возможностью его вращения в вертикальной плоскости, штангу и крюк для подвески грузов, имитирующих внешние силы, токосъемное устройство, состоящее из двух частей, одна из которых (щеткодержатель) жестко закреплена на основании прибора, а вторая (кольцевой коллектор) - закреплена на стойке, расположенной в опорно-торцевом подшипнике.The peculiarity is that it contains an airplane model mounted on an axis passing through the ends of the wings, connected by a movable connection to the rotary bearing frame, on the axis of an electric motor mounted in the airplane model body, there is a three-blade propeller with an increased moment of inertia, made with the possibility of rotation in a vertical plane, a rod and a hook for suspension of goods imitating external forces, a current collection device consisting of two parts, one of which (brush holder) is rigidly fixed to the base and the device, and the second (annular collector) is mounted on a rack located in the end-face bearing.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 представлена схема учебного прибора в двух проекциях.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where Figures 1 and 2 show a diagram of a training device in two projections.

Учебный прибор для демонстрации гироскопического эффекта содержит закрепленную на основании 1 опорную стойку 2, установленную на опорно-торцевом подшипнике (на чертеже не показан), поворотную несущую раму 3, имеющую две степени свободы, с рукояткой 4. Модель самолета 5 жестко установлена на оси 6, проходящей через торцы крыльев. Подвижное соединение оси 6 с поворотной несущей рамой 3, позволяющее модели самолета 5 поворачиваться в вертикальной плоскости относительно основания 1, обеспечивается через опорные подшипники 7 и 8. Электродвигатель 9 установлен в корпус модели самолета 5, ось вращения 10 электродвигателя 9 перпендикулярна опорной стойке 2 поворотной несущей рамы 3 и совпадает со строительной осью модели самолета 5. Трехлопастный винт 11 с увеличенным моментом инерции, установленный на оси электродвигателя 9, выполнен с возможностью его вращения в вертикальной плоскости. Токосъемное устройство (не показано на чертеже) для подключения электродвигателя 9 к внешнему источнику питания с помощью тонких многожильных проводов малого сечения, проложенных по внутренней стороне поворотной несущей рамы 3, находится на основании 1 учебного прибора. Токосъемное устройство состоит из двух частей, одна из которых (щеткодержатель) жестко закреплена на основании прибора, а вторая (кольцевой коллектор) - закреплена на стойке 2, расположенной в опорно-торцевом подшипнике. Имитация внешней силы осуществляется с помощью тарированных грузов, которые подвешиваются на штанге 12, закрепленной на крыле модели самолета 5, и крюке 13 на оперении модели самолета 5.The training device for demonstrating the gyroscopic effect comprises a support post 2 mounted on the base 1, mounted on an end-face bearing (not shown in the drawing), a rotary support frame 3, which has two degrees of freedom, with a handle 4. Aircraft model 5 is rigidly mounted on axis 6 passing through the ends of the wings. The movable connection of the axis 6 with the rotary bearing frame 3, allowing the model of the aircraft 5 to rotate in a vertical plane relative to the base 1, is provided through the thrust bearings 7 and 8. The electric motor 9 is installed in the housing of the aircraft model 5, the axis of rotation 10 of the electric motor 9 is perpendicular to the support post 2 of the rotary bearing frame 3 and coincides with the construction axis of the aircraft model 5. Three-bladed screw 11 with an increased moment of inertia mounted on the axis of the electric motor 9, is made with the possibility of its rotation in vertical th plane. A current collector (not shown in the drawing) for connecting the electric motor 9 to an external power source using thin stranded wires of small cross section, laid on the inside of the rotary bearing frame 3, is located on the base 1 of the training device. The current collector device consists of two parts, one of which (brush holder) is rigidly fixed to the base of the device, and the second (ring collector) is fixed to the stand 2 located in the end-face bearing. The imitation of external force is carried out using calibrated loads, which are suspended on a rod 12, mounted on the wing of an airplane model 5, and a hook 13 on the plumage of an airplane model 5.

Учебный прибор работает следующим образом.The training device operates as follows.

Для обеспечения двух степеней свободы модель самолета 5 с помощью подшипников 7 и 8 закреплена на поворотной несущей раме 3 с помощью оси 6, проходящей через торцы крыльев, которая связана с поворотной несущей рамой 3 подвижным соединением. Модель самолета 5 может вращаться относительно поперечной оси 6 в вертикальной плоскости (возможность имитировать тангаж); поворотная несущая рама 3 с помощью опорно-торцевого подшипника имеет независимое движение и имеет возможность вращаться в горизонтальной плоскости относительно массивного основания 1 (имитируется рысканье самолета).To ensure two degrees of freedom, the aircraft model 5 is mounted on bearings in the rotary bearing frame 3 using bearings 6 and 6 using the axis 6 passing through the ends of the wings, which is connected to the rotary bearing frame 3 by a movable joint. Aircraft model 5 can rotate relative to the transverse axis 6 in a vertical plane (the ability to simulate pitch); the rotary bearing frame 3 with the help of the end-face bearing has independent movement and has the ability to rotate in a horizontal plane relative to the massive base 1 (the yaw of the aircraft is simulated).

Регулируемое электрическое напряжение от внешнего источника питания подводится к электродвигателю 9 с помощью проводников малого сечения, проложенных по внутренней стороне поворотной несущей рамы 3 и подключенных через токосъемное устройство. Токосъемное устройство, представляет собой две части: одна со щеткодержателями жестко закреплена на массивном основании 1; щетки соприкасаются с его второй частью (кольцевым коллектором), закрепленной на стойке 2, расположенной в опорно-торцевом подшипнике. Токосъемное устройство предоставляет свободное вращение стойке 2 поворотной несущей рамы 3 прибора.Adjustable electrical voltage from an external power source is supplied to the electric motor 9 using small conductors laid on the inside of the rotary carrier frame 3 and connected through a current collector. The current collector device consists of two parts: one with brush holders is rigidly fixed to a massive base 1; the brushes are in contact with its second part (ring collector), mounted on a rack 2, located in the pillow block bearing. The current collector provides free rotation of the rack 2 of the rotary carrier frame 3 of the device.

Для демонстрации гироскопических явлений трехлопастный винт 11 с увеличенным моментом инерции приводится во вращательное движение при подаче на электродвигатель 9 напряжения от внешнего источника питания. Угловая скорость вращения трехлопастного винта 11 регулируется за счет изменения напряжения на электродвигателе 9. Изменение режима работы электродвигателя 9 позволяет имитировать функции рычага управления двигателем самолета.To demonstrate gyroscopic phenomena, a three-blade screw 11 with an increased moment of inertia is rotationally driven when voltage is supplied to the electric motor 9 from an external power source. The angular speed of rotation of the three-blade propeller 11 is controlled by changing the voltage on the electric motor 9. Changing the operating mode of the electric motor 9 allows you to simulate the functions of the aircraft engine control lever.

Устанавливается определенная угловая скорость вращения трехлопастного винта 11 модели самолета 5, при этом модель будет занимать горизонтальное положение. После раскрутки трехлопастного винта 11 с увеличенным моментом инерции модели самолета 5 для демонстрации гироскопического эффекта и имитации пикирования или кабрирования воздушного судна при выполнении поворота в горизонтальном полете с помощью рукоятки 4 поворотной несущей раме 3 сообщают вынужденное прецессионное движение в горизонтальной плоскости. Имитация действия внешних сил осуществляется путем подвешивания тарированных грузов за крюк 13 на хвостовом оперении модели самолета 5 или на штангу 12, находящуюся на конце крыла модели самолета 5.A certain angular speed of rotation of the three-blade propeller 11 of the aircraft model 5 is established, while the model will occupy a horizontal position. After untwisting a three-bladed rotor 11 with an increased moment of inertia of the aircraft model 5 to demonstrate the gyroscopic effect and simulate a dive or cabling of an aircraft when turning in horizontal flight using the handle 4, the rotary bearing frame 3 reports forced precessional movement in a horizontal plane. The simulation of the action of external forces is carried out by hanging tared loads by the hook 13 on the tail unit of the aircraft model 5 or on the rod 12 located at the end of the wing of the aircraft model 5.

При подвешивании груза к штанге 12, закрепленной на крыле модели самолета 5 или на крюке 13 на хвостовом оперении имитируется отклонение руля высоты воздушного судна в реальном полете, при этом поворотная несущая рама 3 с моделью самолета 5 приходит во вращательное движение в горизонтальной плоскости.When the load is suspended from the rod 12, mounted on the wing of the aircraft model 5 or on the hook 13 on the tail unit, the rudder deflection of the aircraft in real flight is simulated, while the rotary bearing frame 3 with the aircraft model 5 comes into rotational motion in a horizontal plane.

Учебный прибор позволяет демонстрировать гироскопические свойства винта одномоторного самолета, влияние момента внешних сил и угловой скорости вращения винта на угловое положение модели воздушного судна.The training device allows you to demonstrate the gyroscopic properties of a single-engine aircraft propeller, the influence of external forces and the rotational speed of the propeller on the angular position of the aircraft model.

Предлагаемое устройство - учебный прибор для демонстрации гироскопического эффекта - компактен, безопасен, транспортабелен, технически и технологически реализуем, надежен в работе, не требует больших экономических затрат при изготовлении его на производстве, удобен в эксплуатации, допускает модернизацию, обладает высокой степенью наглядности. В отличии от механических моделей гироскопов и компютерных моделей механическая модель реального самолета для демонстрации гироскопических явлений лучше воспринимается психологически, позволяет на модели многократно воспроизводить соответствующие условия полета воздушного судна и совершенствовать обучаемым координацию движений глаз-рука-нога при подготовке к полетам на самолетах первичного обучения.The proposed device - a training device for demonstrating the gyroscopic effect - is compact, safe, transportable, technically and technologically feasible, reliable in operation, does not require large economic costs when manufacturing it at the factory, is convenient in operation, allows modernization, and has a high degree of visibility. In contrast to the mechanical models of gyroscopes and computer models, the mechanical model of a real aircraft for demonstrating gyroscopic phenomena is better perceived psychologically, allows the model to repeatedly reproduce the corresponding flight conditions of the aircraft and improve the learner's eye-arm-leg coordination in preparation for flights on primary training aircraft.

Учебный прибор для демонстрации гироскопического эффекта - модель одномоторного винтового самолета - может заинтересовать учебные заведения технического профиля, особенно авиационные, так как представляет собой реальный технический объект, позволяет манипулировать элементами модели, имитировать условия реального полета одномоторного винтового самолета. Учебный прибор можно эффективно использовать во время занятий по аэродинамике, физике, теоретической механике, технике выполнения полета в высших и средних учебных заведениях технического профиля.A training device for demonstrating the gyroscopic effect - a model of a single-engine propeller aircraft - may be of interest to educational institutions of a technical profile, especially aviation, as it is a real technical object, it allows you to manipulate model elements and simulate the real flight conditions of a single-engine propeller aircraft. The training device can be effectively used during classes in aerodynamics, physics, theoretical mechanics, and flight engineering in higher and secondary educational institutions of a technical profile.

Claims

A training device for demonstrating the gyroscopic effect, containing a base on which a rotary bearing frame is fixed, having two degrees of freedom, and a handle, characterized in that it contains a model of the aircraft mounted on an axis passing through the ends of the wings connected to the rotary bearing frame by a movable joint , on the axis of the electric motor mounted in the aircraft model body, there is a three-blade screw with an increased moment of inertia, made with the possibility of its rotation in the vertical plane, the rod, closed insulated on the wing of an airplane model, and a hook on the tail of an airplane model for suspension of loads simulating external forces, a current collector for connecting an electric motor to an external power source using thin multicore wires of small cross section, laid on the inner side of a rotary bearing frame, consisting of two parts, one of which is rigidly fixed on the base of the device, and the second is fixed on a rack located in the end-face bearing.