Bau eines Balsaflugzeugs

Ziele

• Umgang mit dem Werkstoff Balsaholz

• exaktes Arbeiten nach Vorgaben

• Lesen und Verstehen von Bauplänen

• grundlegende Kenntnisse der Flugphysik

• Optimierung des Modells bezüglich seiner Flugeigenschaften

Unterrichtskonzept Konstruktionsaufgabe mit starken Vorgaben

Richtlinienbezug Richtlinien und Lehrpläne Realschule Technik für NRW

Weiter mit

• Unterrichtsablauf

• Arbeitsblätter

• Lösungsblätter

• Fachtipps für Lehrer

• Medien und Material

Briefkasten Anregungen, Tipps und Hinweise bitte an: nuykenb@nwz.uni-muenster.de

Autor

Manfred Schramm Städtische Realschule Waltrop, Ziegeleistr. 31, 45731 Waltrop, manfred_schramm@freenet.de

Unterrichtsablauf im Überblick

Zum Konzept

• Es werden keinerlei Vorkenntnisse vorausgesetzt.

• Das Thema kann bei entsprechender Vorbereitung (Zuschnitt der Einzelteile / fertiges Montagebrett) auch in einer einzelnen Unterrichtsstunde durchgeführt werden.

Organisation des Unterrichts

• Jeder Schüler und jede Schülerin stellt ein eigenes Modell her.

• Die Montage des Flugzeugs muss nicht in einem besonderen Fachraum, sondern kann auch im Klassenraum erfolgen.

Merkmale der Lernwerkstatt, des Projekts, der Werkaufgabe, usw....

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• Schüler und Schülerinnen bearbeiten dieses Thema gerne, weil sie nach kurzer Zeit einen direkten Erfolg ihrer Arbeit sehen.

• Der Wechselbezug zwischen Theorie und Praxis kann in der Optimierungsphase und bei falsch montierten Modellen gut gezeigt werden.

• Das Anspruchsniveau ist in weiten Bereichen variierbar: Bei Beschränkung auf die Montage der Einzelteile ist das Thema schon in Jahrgangsstufe 4 behandelbar, bei Ausweitung auf profilierte Tragflächen noch in Jahrgangsstufe 9.

Anforderungen an die Arbeitsweise der Schüler

• Die SuS müssen Baupläne lesen und verstehen.

• Die SuS müssen die Einzelteile maßhaltig zuschneiden.

• Die SuS müssen die Reihenfolge der Montage genau einhalten.

• Die SuS müssen bei fehlerhaften Flugleistungen des Modells Ursachen erkennen und geeignete Abhilfe schaffen.

Kontrollmöglichkeiten

• Die Einhaltung der Maße kann von den SuS durch Schablonen überprüft werden.

• Durch Vorgabe von Qualitätsnormen überprüfen die SuS während der Fertigung die Qualität ihres Produkts.

• Beim Probeflug und nach der Optimierungsphase werden die Flugeigenschaften vom Lehrer beurteilt.

Stationen, Teilaufgaben,

usw. Tätigkeiten Ausstattung

Übersicht der Arbeitsblätter

Übersicht

Vorbereitung der Arbeiten

Bau des Montagebrettes Cutter

Zuschnitt der Balsateile Klebstoff

Schablonen

Anschlagwinkel

Unterlage

Säge (materialabhängig)

Theoretischer Vorspann

Entstehung des Auftriebs

Bau des Modells

Montage der Einzelteile auf dem Montagebrett

Klebstoff

Balsateile

Montagebrett

Optimierung Einfliegen des Modells Gewichtsstück (Büroklammer)

Papier Klebstoff

Übersicht über die Arbeitsblätter

Das folgende Arbeitsblatt enthält Angaben über:

Materialzuschnitt Abmessungen der Einzelteile und materialsparenden Zuschnitt des Holzes

Baubrett die Anfertigung des Montagebrettes für das Flugzeug. Es ermöglicht einen genauen Zusammenbau der Einzelteile auch ohne Kenntnisse der Flugtechnik.

Teile über die Bezeichnung einzelner Teile eines Flugzeugs.

Montage die einzelnen Arbeitsschritte beim Zusammenbau des Flugzeugs.

Optimierung Möglichkeiten, die Flugeigenschaften nach erfolgtem Zusammenbau zu verbessern.

Theorie die Entstehung des Auftriebs und die Wirkung des Höhenruders.

Fertigung des Montagebrettes

Damit alle Einzelteile des Flugzeugs bis zur Aushärtung des Klebstoffes in der richtigen Position bleiben, wird das Flugzeug auf einem Montagebrett zusammengesetzt. Dazu kann man dünne Spanplatte, Sperrholz oder auch festes Styropor verwenden. Die Form für das Höhenruder wird eingezeichnet, die Stützen in der Mitte halten den Rumpf und die Stützen an der Seite die Tragflächen. Da der Rumpf abgeschrägt ist, müssen auch die seitlichen Stützen mit dem gleichen Neigungswinkel abgeschrägt werden.

28.03.2006http://www.uni-muenster.de/Physik.TD/Uvortec/Transport/FLUGZEUG/ARBBLATT/BAUBRETT.htm

Materialzuschnitt für das Balsaflugzeug

Arbeitsschritt Ergebnis

1.

Von einem Balsabrett der Stärke 1,5mm wird ein 80mm breites Stück mit einem Cutter abgeschnitten.

2.

Die beiden Tragflächen werden unten von dem Holzstück abgeschnitten. Damit das Holz in der Maserung nicht einreißt, muss von der schmalen zur breiten Seite geschnitten werden.

3.

Aus dem Reststück von

80mm x 40mm wird das Höhenleit- werk herausgeschnitten. Dabei muss von außen nach innen geschnitten werden.

4.

Das Reststück wird in der Mitte geteilt. Die eine Hälfte ist das Seitenleitwerk, die andere Hälfte Abfall.

5.

Der Rumpf besteht aus 3mm starkem Balsaholz. Von der Balsaholzplatte muss ein 150mm langes Stück abgeschnitten werden, damit die Maserung in Längs- richtung verläuft. Aus dem

abgeschnittenen Holzstück können 6 Rümpfe geschnitten werden. Für ein besseres Aussehen wird der Bug rund geschliffen. Die Oberseite wird abgeschrägt (siehe Zeich-nung).

Hinweis:

Wenn viele Bausätze zugeschnit-ten werden sollen, lohnt es sich, mit Schablonen zu arbeiten.

Ein bisschen Theorie...

Warum fällt ein Flugzeug nicht vom Himmel?

Es fällt nur so lange nicht vom Himmel, wie es sich schnell genug durch die Luft bewegt. Dadurch strömt die Luft an den Tragflächen vorbei und es entsteht ein Auftrieb, der dem Gewicht des Flugzeugs entgegenwirkt.

Der Auftrieb kann zwei Ursachen haben:

a) Die Tragfläche ist gewölbt. Dadurch entsteht durch die Luftströmung an der Oberseite der Tragfläche ein Unterdruck (Sog). Ein normales Flugzeug wird also „nach oben gesaugt“. Weil die Tragfläche des Balsaflugzeuges nicht gewölbt ist, wird von diesem Prinzip kein Gebrauch gemacht.

b) Die Tragfläche ist schräg gestellt. Wie bei einem Drachen wird die anströmende Luft nach unten abgelenkt. Durch den Aufprall der Luft auf die Tragfläche entsteht eine Kraft, die die Tragfläche und damit das Flugzeug nach oben drückt.

Aus dieser Schrägstellung nimmt das Balsaflugzeug seinen Auftrieb. Sie wird dadurch erreicht, dass die

Tragflächen auf den schrägen Teil des Rumpfes aufgeklebt werden.

Fliegt das Flugzeug auch mit den hinteren Flügeln, dem Höhenruder?

Die Aufgabe von Höhenruder und Seitenruder ist es, die Richtung des Flugzeuges festzulegen und die Lage der Tragflächen in der Luft zu stabilisieren. Das Höhenruder kann gar keinen Auftrieb erzeugen, denn es ist nicht gewölbt und steht auch nicht schräg im Luftstrom.

Im Gegenteil: Das Höhenruder sorgt selbständig dafür, dass es immer genau waagerecht im Luftstrom steht.

In diesem Bild steht das Höhenruder schräg im Luftstrom und erzeugt einen Auftrieb. Dadurch geht das Heck des Flugzeuges nach oben und es liegt wieder waagerecht in der Luft.

Nun drückt die Luft von oben auf das Höhenruder und drückt das Heck nach unten, bis das Flugzeug wieder waagerecht in der Luft liegt.

Aus diesem Grund ist es wichtig, dass das Höhenruder des Balsaflugzeuges unter den Rumpf geklebt wird, damit es im Normalflug eine

waagerechte Lage einnimmt.

28.03.2006file://D:\alte%20Seite\Uvortec\Transport\FLUGZEUG\ARBBLATT\theorie_neu.htm

Die Montage des Flugzeugs

Arbeitsschritt Ergebnis

1.

Das Höhenruder wird in das vorgezeichnete Feld gelegt.

2. Der Rumpf wird auf dem Höhenruder festgeklebt. Die abgeschrägte Seite des Rumpfes muss nach oben zeigen.

3.

Auf dem abgeschrägten Teil des Rumpfes werden die Tragflächen aufgeklebt. Die Tragflächen stoßen genau in der Mitte des Rumpfes zusammen. Sowohl zwischen den Tragflächen als auch zwischen Rumpf und Tragflächen muss sich Klebstoff befinden.

4.

Das Seitenleitwerk wird oben auf den Rumpf geklebt. Unter Umständen muss es seitlich mit einer Nadel gestützt werden.

5. Damit der Schwerpunkt des Flugzeuges unter den Tragflächen liegt, muss am Bug noch ein kleines Ausgleichsgewicht angebracht werden. (Heftzwecken, Büroklammern etc.) Das Flugzeug ist richtig austariert, wenn die Flugbahn bei geradem Abwurf mit leichtem Gefälle gradlinig verläuft.

Optimierung der Flugeigenschaften

Mangel Möglichkeiten zur Verbesserung

Die Flugbahn verläuft auf und ab.

Der Schwerpunkt des Flugzeugs liegt zu weit hinten. Vergrößere das Gewicht oder schiebe es weiter nach vorne.

Das Flugzeug stürzt ab.

Der Schwerpunkt liegt zu weit vorne. Verringere das Gewicht oder schiebe es weiter nach hinten.

Das Flugzeug fliegt immer eine Links- oder Rechtskurve.

Das Seitenruder ist schief aufgeklebt. Klebe am hinteren Ende des Ruders einen kleinen Papierstreifen an, den du etwas in die entgegen gesetzte Richtung verbiegst. Dadurch kannst du das Seitenruder einstellen.

Das Flugzeug fliegt zwar geradeaus, hat aber Schräglage nach links oder rechts.

• <![endif]> Eine Tragfläche ist etwas verbogen und wirkt dadurch als Querruder. Feuchte das Balsaholz etwas an und lasse es in geradem Zustand wieder trocknen. Oder klebe einen kleinen Papierstreifen an die Hinterkante der Tragfläche, den du einstellen kannst wie bei Seitenruder.

• Die beiden Tragflächen sind unterschiedlich schwer. Klebe kleine Papierstreifen an die Außenkante der leichteren Tragfläche,

Arbeits- und Lösungsblätter sind identisch.

Übersicht über die Arbeitsblätter

Das folgende Arbeitsblatt

enthält Angaben über:

Materialzuschnitt

Abmessungen der Einzelteile und materialsparenden Zuschnitt des Holzes

Baubrett die Anfertigung des Montagebrettes für das Flugzeug. Es ermöglicht einen genauen Zusammenbau der Einzelteile auch ohne Kenntnisse der Flugtechnik.

Teile über die Bezeichnung einzelner Teile eines Flugzeugs.

Montage die einzelnen Arbeitsschritte beim Zusammenbau des Flugzeugs.

Optimierung Möglichkeiten, die Flugeigenschaften nach erfolgtem Zusammenbau zu verbessern.

Theorie die Entstehung des Auftriebs und die Wirkung des Höhenruders.

Hintergrundinformationen

Das Flugmodell enthält einige geschickte Details, die auf den ersten Blick nicht unbedingt erkennbar sind, für das korrekte Flugverhalten aber sehr wichtig sind.

1. Durch die Rumpfform wird automatisch ein bestimmter Anstellwinkel der Tragflächen erreicht. Dazu ist es unbedingt wichtig, dass die Tragflächen auf dem Rumpf und das Höhenleitwerk unter dem Rumpf befestigt werden.

2. <![endif]> Für eine stabile Fluglage ist neben dem Höhen- und dem Seitenruder auch ein Querruder erforderlich. Eine entsprechend stabilisierende Wirkung wird durch die V-Stellung der beiden Tragflächen erreicht. Durch die Höhe der seitlichen Stützen auf dem Montagebrett wird auch dieser Winkel automatisch erreicht. Die stabilisierende Wirkung kann man sich folgendermaßen erklären:

Im Geradeausflug ist die wirksame Spannweite auf beiden Seiten gleich groß.

Bei Schräglage ist die wirksame Spannweite auf der abgesenkten Seite größer. Der dadurch größere Auftrieb bringt das Flugzeug wieder ins Gleichgewicht.

3. Der Abstand zwischen Tragflächen und Rudern wirkt als Hebel und beeinflusst die Wirksamkeit der Ruder. Gleichzeitig muss das Gewicht der Ruder durch ein Gegengewicht am Bug ausgeglichen werden. Eine Veränderung des Hebel beeinflusst damit gleichzeitig das Gesamtgewicht des Flugzeugs. Bei einem zu großen Gewicht hat das Flugzeug einen großen Neigungswinkel. Bei einem zu kleinen Gewicht bekommt das Flugzeug beim Abwurf nicht genügend Schwung. Durch die Montage auf dem Baubrett wird ein günstiger Kompromiss zwischen den drei Größen Hebel, Schwerpunkt und Gesamtgewicht erreicht.

Materialbedarf / Informationsquellen

Material

Informationen

Balsaholz aus dem Modellbau 1,5mm und 3mm Lehrmittelversand U. Fau Gebrüder-Grimm-Str. 11 32791 Lage Alubleche für Schablonen Offset-Druckereien Klebstoff: Ponal Express Cutter / Stahllineal / Winkel

technik für dich Flug und Fliegen Cornelsen-Verlag ISBN 3-464-07428-5

24.03.2006http://www.uni-muenster.de/Physik.TD/Uvortec/Transport/FLUGZEUG/MATERIAL/MATERIAL.htm