조종면이 있는 슈팅글라이더
즐거운 과학 : OUT LAB 010
▏조종면이 있는 슈팅글라이더 ▏
⇨ 조종면을 만들어 주면 원하는 곳으로 날릴 수 있습니다.
Background 링크 : 글라이더
좀 더 자세한 과학적 배경은 Background 링크를 확인해 주세요!!
보이는 과학(IN LAB) 링크 : 조종면이 있는 슈팅글라이
자세한 제작 및 실험 방법은 보이는 과학(IN LAB) 링크를 확인해 주세요!!
실험 내용 :
조종면이 있는 글라이더의 비행 제어
실험 세분화 :
글라이더 만들기
글라이더 날리기
무게추를 이용한 상승하강 보정하기
플랩을 이용한 직선비행 보정하기
꼬리날개 조종면(엘리베이터)을 변화를 이용한 상승하강 비행하기
주날개 조종면(에일러론)과 꼬리날개 조종면(엘리베이터)을 이용한 선회 비행하기
측정과 관찰 :
조종면의 변화에 의한 글라이더 비행 관찰
Drop&Drop (기술의 숙달, 재현성) :
글라이더 날리는 기술
글라이더 조종면 조절 기술
기록 :
산출물로 대체
기록이 필요하다면 조종면의 변화에 따른 글라이더 비행관찰을 통한 무게중심 및 공력중심 위치 추정을 스케치와 함께 기록
실험실안전 :
사람이나 파손되기 쉬운 물건을 향하여 글라이더를 발사하지 않도록 지도합니다.
EXP. 조종면의 변화에 따른 글라이더 비행 관찰하기
활동 : 글라이더 만들기
활동지도 : 도안에서 글라이더 동체 조각을 떼어 내어 붙이는 순서로 정렬하도록 지도합니다.
활동지도 : 정렬된 순서대로 풀칠 후 붙여 동체를 완성하도록 지도합니다.
활동지도 : 도안에서 글라이더 날개 조각을 떼어 내어 풀칠 후 붙여 날개를 완성하도록 지도합니다.
활동지도 : 동체와 날개를 붙여 슈팅글라이더를 완성하도록 지도합니다.
tip : 종이로 만드는 슈팅글라이더 제작에 물풀을 사용하는 경우 마르면서 종이가 뒤틀리는 현상이 심하게 발사합니다. 종이로 만드는 슈팅글라이더는 딱풀을 이용하여 붙이고 유리테이프 등을 이용해 보강하는 것이 좋습니다.
tip : 한 조각을 붙이고 풀이 충분하게 마르면 다음 조각을 붙이도록 지도하고, 풀이 마르는 동안 강사가 조각들이 정확하게 일치하였는지 계속 확인하면서 풀이 완전하게 마르기 전 참가자가 붙인 조각들을 강사가 직접 보정해 주는 것이 좋습니다.
활동 : 글라이더 날려보기
활동지도 : 넓은 야외로 이동하여 글라이더를 날려 보도록 지도합니다.
정보제공 : 조종면을 가지고 있는 슈팅글라이저는 고무줄의 탄성을 이용하여 빠른 초기속도를 만들 수 있기 때문에 받음각을 이용한 양력을 이용하여 상승, 하강, 선회 비행을 조절할 수 있습니다.
정보제공 : 글라이더는 설계한 특성에 따라 다양한 비행 특성을 가지고 있습니다. 조종면을 사용하기 위해서는 사용할 글라이더의 설계에 따른 비행특성을 먼저 확인해보아야 합니다. 이제 밖으로 나가 조종면을 사용하기 전에 글라이더를 날려보고 지금 만든 글라이더가 어떤 비행특성을 가지고 있는지 확인해 보아야 합니다.
tip : 종이로 제작되는 슈팅글라이더를 날릴 때에는 발사할 때마다 동체나 날개의 뒤틀림 등을 보정해 주고, 테이프 등을 미리 준비하여 부분적인 파손을 수리하면서 날려야 합니다.
tip : 사람이나 파손되기 쉬운 물건을 향하여 글라이더를 발사하지 않도록 강조해서 지도합니다.
tip : 페이퍼파일럿 T-50은 무게중심과 공력중심 사이의 거리가 비교적 멀게 설계되어 있기 때문에 발사 직후 빠른 초기속도에서 양력이 크게 작용하며 글라이더가 위쪽으로 솟구치며 한 바퀴 회전한 후 활강합니다.
tip : 글라이더 제작과정에서 생긴 작은 뒤틀림으로 인하여 발사 직후 글라이더가 급격하게 하강하며 지면으로 추락하는 경우가 생길 수 있습니다. 상승하기 못하고 지면으로 추락하는 글라이더는 상반각을 만들어 보정해 주어야 합니다.
tip : 앞쪽 무게추(클립)는 글라이더가 지상과 충돌하는 과정에서 글라이더의 앞쪽이 손상되는 것을 막아주는 보강재 이기도 합니다. 무게추(클립)가 없는 글라이더를 이용한 비행이므로 3번에서 4번만 발사하게 지도한 한 후 무게추(클립)를 이용한 상승하강 보정과정을 진행하는 것이 좋습니다.
활동 : 무게추를 이용한 상승하강 보정하기
활동지도 : 글라이더의 앞쪽에 무게추(클립)를 끼우고 테이프로 고정하도록 지도합니다.
활동지도 : 무게추(클립)를 하나 더 동체에 끼우도록 지도합니다.
활동지도 : 테이프로 고정되지 않은 무게추(클립)의 위치를 이동시키면서 글라이더를 발사해 보고, 급격하게 상승하거나 하강하지 않고 멀리 날릴 수 있는 무게추(클립)의 위치를 찾도록 지도합니다.
정보제공 : 글라이더가 급격하게 상승하면 공력중심이 무게중심보다 너무 앞쪽에 있기 때문입니다. 무게추를 앞쪽으로 이동시켜 무게중심의 위치를 앞쪽으로 이동시키면 비행을 보정해 줄 수 있습니다.
정보제공 : 글라이더가 급격하게 하강하면 공력중심이 무게중심보다 뒤쪽에 있기 때문입니다. 무게추를 뒤쪽으로 이동시켜 무게중심의 위치를 뒤쪽으로 이동시키면 비행을 보정해 줄 수 있습니다.
tip : 사람이나 파손되기 쉬운 물건을 향하여 글라이더를 발사하지 않도록 강조해서 지도합니다.
tip : 참가자가 글라이더를 발사하며 관찰을 진행하는 동안 글라이더의 비행이 이상하다고 생각되면 글라이더를 강사에게 가져와 보여주도록 유도하고, 강사는 파손여부나 뒤틀림 등을 확인하고 지속적으로 수리를 진행해 주어야 합니다.
tip : 페이퍼파일럿 T-50은 조종면을 사용하지 않는 경우 급격하게 상승하며 한 바퀴 회전한 후 활강하는 비행특성을 가지고 있습니다. 참가자들의 글라이더가 무게중심의 보정을 통해 급격한 상승이 보정되었다고 판단되면 다음 과정을 진행합니다.
활동 : 플랩을 이용한 직선비행 보정하기
활동지도 : 주날개의 안쪽 플랩을 위아래로 조금 접어 좌우로 기울지 않고 직선 날릴 수 있도록 지도합니다.
정보제공 : 글라이더의 조종면 중 하나를 위쪽으로 접어주면 조종면이 있는 부분에는 아래쪽으로 밀어주는 힘이 생깁니다. 반대로 조종면 중 하나를 아래쪽으로 접어주면 조종면이 있는 부분에는 위쪽으로 밀어주는 힘이 생깁니다.
정보제공 : 글라이더가 비행하면서 한쪽으로 기울어지면 기울어지는 쪽의 플랩을 아래쪽으로 조금 접어 위쪽으로 밀어주는 힘을 이용하여 글라이더가 똑바로 비행할 수 있게 보정해 줄 수 있습니다.
tip : 조종면을 너무 많이 접어주면 항력이 급격하게 증가하여 글라이더의 비행을 어렵게 만들 수 있습니다. 글라이더가 기울어지는 정도에 조금씩 접어 주며 비행을 보정해 주도록 지도해야 합니다.
tip : 주 날개에는 안쪽 플랩과 바깥쪽 에일러론 두 개의 조종면이 있습니다. 조종면의 조작에 발생하는 위쪽이나 아래쪽으로 밀어주는 힘은 지렛대의 법칙에 의해 무게중심에 가까이 있는 플랩은 상대적으로 약하게 작용하고, 무게중심에서 멀리 있는 힘은 상대적으로 크게 작용합니다. 상대적으로 약하게 작용하는 플랩은 비행의 보정에 사용하고, 상대적으로 크게 작용하는 에일러론은 비행의 조정에 사용합니다.
활동 : 상승비행 만들기
활동지도 : 꼬리날개의 엘리베이터를 조금 위쪽으로 접어 준 후 글라이더를 날리도록 지도합니다.
정보제공 : 조종면에서 위쪽과 아래쪽으로 밀어주는 힘은 조종면과 무게중심 간의 거리에 영향을 받으며, 글라이더의 속도에도 영향을 받습니다. 꼬리날개의 엘리베이터를 조금 위쪽으로 접어주고 글라이더를 날려주면 빠른 초기속도에서 꼬리날개를 아래쪽으로 밀어주는 힘이 충분하게 작용하며 글라이더의 머리 부분이 위쪽으로 향하게 되면서 상승하게 되고, 상승 후 속도가 줄어들면서 활강을 하게 됩니다.
tip : 꼬리날개의 엘리베이터를 조금 더 접어주면 글라이더는 급격하게 상승하여 한 바퀴 회전 후 활강을 합니다.
활동 : 선회비행 만들기
활동지도 : 글라이더가 상승 후 활강을 하도록 꼬리날개의 엘리베이터를 접어 준 후 주날개의 한쪽 에일러론을 조금 위쪽으로 접어주고 글라이더를 날리도록 지도합니다.
정보제공 : 주날개 한쪽 에일러론을 위쪽으로 조금 접어주고 글라이더를 발사하면 롤링을 통하여 글라이더가 에일러론을 접어준 쪽으로 기울어지면서 양력과 중력의 합력이 기울어진 방향으로 작용합니다. 그리고 꼬리날개의 엘리베이터에서 작용하는 힘이 글라이더가 기울어진 위쪽으로 작용하면서 선회비행을 합니다.
tip : 선회비행은 글라이더의 조종면에서 작용하는 힘과 양력이 복합적으로 작용하면서 만들어집니다. 완성된 글라이더를 활용하여 기울어지는 과정(롤링), 머리 부분이 올라가는 과정(피칭)의 시연을 통하여 설명하면 참가자들의 이해를 도울 수 있습니다.
tip : 에일러론과 엘리베이터를 이용한 선회비행은 글라이더가 90도 이하로 롤링을 한 경우에만 가능합니다.
글라이더가 발사 직후 90도 이상으로 롤링을 하면 글라이더는 선회하면서 추락하게 됩니다.
활동 : 루프비행 만들기
활동지도 : 주날개의 에일러론을 서로 반대 방향으로 접게 한 후 글라이더를 날려보도록 지도합니다.
tip : 플랩과 무게중심을 이용한 글라이더 직선비행 보정이 잘 되어 있으면 루프비행은 쉽게 구현됩니다. 루프비행이 잘 안 되는 경우 글라이더의 파손 및 뒤틀림을 수정해 준 후 플랩과 무게중심을 이용한 직선비행 보정과정을 다시 진행해야 합니다.
