设计火星着陆降落伞

2020年3月27日 作者 奇先生 0

概要

把更大的飞行器送上火星似乎离教室很远,但这节课可以让你直接把它带到学生的课桌上!在降落伞设计中,学生将设计和测试降落伞着陆系统,以成功地将探测器降落在目标上。经过测试,学生们可以通过试验不同材料和形状的降落伞来优化降落伞的设计。然后,学生们将重新测试他们的设计,看看他们所做的改变是否会提高成绩。我们的目标是尽可能缓慢和轻柔地着陆。

材料

各式不同重量和大小的垃圾袋

绳子

抽纸

胶带

剪刀

大餐巾

载重 (一些同样重量的塑料玩具或者铅笔等)

记录本

铅笔

秒表(可选)

管理方面的注意事项

建议团队规模:2-3名学生

降落伞完成后,应该从高处落下,如学生站立的楼梯,或二层阳台。在紧急情况下,可以使用学校的讲台,但最好有更大的落差。在任何时候都要密切监视高空作业的学生。

确保所有组都使用相同权重的有效载荷,以避免引入变量。

这种活动在无风天效果最好。大风将把降落伞带离目标着陆区,数据将难以收集。

安全方面的注意事项

在从第二层楼释放降落伞之前获得许可。监督可能从第二层掉降落伞的学生。

确保有效载荷上没有尖锐的点。

清理人员降落区域。不要让任何人试图抓住降落伞。

背景

当飞船在太阳系的另一个行星或物体上着陆时,软着陆是很重要的,这样飞船就不会在撞击中受损。当人类在船上时,软着陆更为重要。航天器越大、质量越大,实现软着陆就越困难。

为了在火星上着陆更大更大的物体,美国宇航局已经测试了各种降落伞,作为低密度超音速减速器项目(LDSD)的一部分。LDSD使用了一个巨大的降落伞——有史以来最大的降落伞——来帮助减缓着陆车辆的速度。测试如此大的降落伞的一个困难,它不适合任何风洞——即便是美国宇航局已经有了一个和足球场一样大的风洞!

过程

  1. 通过展示美国航天局降落伞的图片和上面的LDSD视频来介绍这项活动。

2. 讨论降落伞的工作原理,展示一个老师创建的模型。降落伞捕获空气并产生阻力,减缓有效载荷的下降。

3. 讨论美国航天局希望航天器软着陆(而不是硬着陆)的原因。解释降落伞是一种帮助美国宇航局轻轻着陆航天器的技术。

4. 解释一下,学生们将以团队的形式一起工作,以建立和测试不同的降落伞设计,看看哪种降落伞将为有效载荷创造最柔软的着陆。

5. 向学生展示所选的有效载荷(塑料玩具、未削尖的铅笔等)。

6. 向学生展示测试区。解释降落伞将从何处落下,预计降落在何处。

7. 向学生展示制作降落伞的材料。

8. 给每组一张大的方形餐巾,四根绳子,胶带和一个有效载荷。

9. 告诉学生有时降落伞是正方形、圆形、长方形或其他形状。我们做的第一个是正方形的。

10. 指导学生(和模特)一路打开餐巾,使其成为一个大正方形,并将其平放在桌子上。

11. 指导学生用胶带将每根绳子的一端系在餐巾纸的一角上。

12. 指导学生将绳子的四个松脱端绑在一起,并用胶带将其固定在有效载荷上,使有效载荷在降落伞下居中。降落伞现在可以测试了。

13. 进入测试区域。带上学生降落伞和记事本来记录降落时间。

14. 清理人员降落地点。

15. 模型为学生设计,使用老师设计的降落伞,如何安全地放下测试自己的降落伞。

16. 练习用秒表计时老师设计的降落伞的下落,或者用非标准的时间测量法(如“一个密西西比河,两个密西西比河,…”)让全班倒数

17. 提醒学生,目标是尽可能缓慢和柔和地着陆,因此我们将记录他们的第一个降落伞着陆有效载荷需要多长时间,以便我们可以将其与他们下一个降落伞设计的性能进行比较。

18. 让每个学生小组进行降落伞下降测试,同时让全班学生计时下降。记录下降时间。

19. 回到教室,讨论发生的下降时间的任何变化。为什么看起来非常相似的降落伞会有不同的表现?(提示:可能是风干扰,时间不精确,或者降落伞不完全一样。)

20. 挑战学生小组,集体讨论想法,并画出更好的降落伞设计图。指导他们在小组中讨论他们想将哪些可用材料用于新降落伞。提醒他们目标是缓慢下降并为有效载荷提供软着陆。

21. 批准学生的安全设计,然后允许学生建造他们的新降落伞。

22. 重复跌落测试和计时。

23. 回到教室讨论降落伞表演。让团队与同学们分享他们的发现——无论降落伞

24. 重复跌落测试和计时。

25. 回到教室讨论降落伞表演。

26. 使用降落伞降落测试中的数据创建表示计时数据的类图。

27. 让学生思考他们可能使用的课堂上没有的材料。什么能使降落伞更好?

讨论

在学生第一个降落伞的建造和测试之后,询问哪些降落伞效果更好,并讨论原因。可能的原因包括尺寸和形状,但通常与表面积有关。

鼓励学生在描述降落伞时使用几何词汇(正方形、长方形、三角形、圆形等)。

研究:除了太空船,降落伞还有哪些用途?

评估

成功完成此活动包括:

与队友一起完成指导任务

与队友一起创造新的设计

在测试环境中安全地进行

参与工程设计过程,通过对比试验期间降落伞性能的优缺点,试图制造出更好的降落伞。

值得注意的是,在工程设计过程中,从失败中学到的东西和从成功中学到的东西一样多。要鼓励的重要事情是实验,检查结果和改进设计的真正尝试。

鼓励学生的创造力-让他们尝试一些“疯狂”的想法(只要他们是安全的)。有时候,看起来不太管用的设计理念表现得出奇的好。

扩展

提高赌注!挑战学生安全降落鸡蛋而不打破它,只用降落伞(没有填充物!)。