מדינת ישראל סוג הבחינה: בגרות לבתי ספר על יסודיים משרד החינוך מועד הבחינה: קיץ תשע"א, 2011 סמל השאלון: 853101 נספחים: א. נוסחאון למערכות תעופה ב. טבלת אטמוספרה סטנדרטית א. משך הבחינה: שעתיים וחצי. מערכות תעופה א' יחידת לימוד אחת הוראות לנבחן ב. מבנה השאלון ומפתח ההערכה: בשאלון זה חמישה פרקים: פרק ראשון: אווירודינמיקה פרק שני: תרמודינמיקה פרק שלישי: מנועים פרק רביעי: תכן הנדסי פרק חמישי: מבנאות יש לענות על חמש שאלות. לכל שאלה 20 נקודות. ג. חומר עזר מותר לשימוש: נוסחאון בית ספרי, כלי סרטוט ומחשבון. ד. הוראות מיוחדות: 1. עיין בשאלון, הכר את חלקיו, ורק אז ענה על השאלות בסדר הנראה לך. 2. בכל שאלה ניתנו הנתונים לפתרונה. אם לדעתך חסר נתון, הוסף אותו על פי שיקול דעתך ופתור בעזרתו את השאלה. רשום בתשובתך את הנתון שבחרת להוסיף. 3. אם מספר השאלות שהספקת לפתור עולה על הנדרש, אינך צריך לבחור את התשובות שייבדקו. המעריך יבדוק את כל המבחן ויבחר את התשובות הטובות ביותר, לפי מספר שאלות החובה. 4. בתשובה לשאלה חישובית, עליך להציג את שלבי הפתרון באופן מפורט ולהסבירם בקצרה. קבלת מ רב הנקודות מותנית במילוי דרישה זו. בשאלון זה 13 עמודים ו 6 עמודי נספחים. ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר, אך מכוונות הן לנבחנות והן לנבחנים. בהצלחה!
מערכות תעופה א', קיץ תשע"א - 2 - השאלות יש לענות על חמש שאלות בסך הכול. לכל שאלה 20 נקודות. פרק ראשון: אווירודינמיקה שאלה 1 היעזר בטבלה שבנספח ב' וענה על השאלות שלהלן. א. מאיזה גובה מעל פני הים טמפרטורת האוויר נותרת קבועה? ב. בין אילו שני גבהים סמוכים המופיעים בטבלה, צפיפות האוויר שווה למחצית צפיפות האוויר בגובה פני הים? ג. מהו לחץ האוויר בגובה 18 km מעל פני הים? ד. מאיזה גובה מעל פני הים מהירות הקול נותרת קבועה? ה. מהו ההפרש בין הטמפרטורה בגובה של 6 km מעל פני הים ובין הטמפרטורה בגובה של 8 km מעל פני הים? שאלה 2 א. הסבר מהו מדף בכנף וכיצד הוא משפיע על העילוי של הכנף. ב. הסבר מהו כנפון קדמי וכיצד הוא משפיע על העילוי של הכנף. ג. הסבר מהו תפקיד המאזנות בכנף. ד. היכן לאורך שפת הזרימה של הכנף, יש למקם את המאזנות והיכן יש למקם את המדפים בכנף? ה. לאיזה כיוון תזוז המאזנת בכנף ימין ולאיזה כיוון תזוז המאזנת בכנף שמאל בעת גלגול המטוס ימינה? המשך בעמוד 3
מערכות תעופה א', קיץ תשע"א - 3 - שאלה 3 א. הסבר מהי הזדקרות של פרופיל כנף. ב. באיורים א' ד' מתוארים ארבעה גופים. כיוון הזרימה כיוון הזרימה איור א' כדור איור ב' גליל (הזרימה בניצב לציר הגליל) כיוון הזרימה כיוון הזרימה איור ג' מצנח (כיפה כדורית) איור ד' פרופיל כנף כתוב במחברתך את שמות הגופים המתוארים באיורים לפי הסדר הזה: מן הגוף שעליו פועל כוח הגרר הגבוה ביותר עד הגוף שעליו פועל כוח הגרר הנמוך ביותר. ג. באיורים ה' ו ו' נתונים שני פרופילים. איור ה' איור ו' ציין איזה פרופיל מתאים לזרימה על קולית ואיזה פרופיל מתאים לזרימה תת קולית. המשך בעמוד 4
מערכות תעופה א', קיץ תשע"א - 4 - פרק שני: תרמודינמיקה שאלה 4 נתון מ כ ל קשיח, מבודד וסגור המכיל גז הליום. להלן כמה נתונים על ההליום שבמכל: מסת ההליום במכל היא 1 kg הטמפרטורה של ההליום במכל היא 27 C הלחץ של ההליום במכל הוא 10 5 Pa 3 גז ההליום שבמכל עובר תהליך שבו מושקעת עבודה בשיעור 900 kj נתונים של הגז הליום J C v =, kg K מקדם החום הסגולי של הליום בנפח קבוע הוא היחס בין קיבול החום הסגולי בלחץ קבוע ובין קיבול החום הסגולי בנפח קבוע הוא γ = 1.667 J R =, kg K קבוע הגז של הליום הוא חשב את טמפרטורת ההליום במכל בסוף התהליך. א. ב. חשב את לחץ ההליום במכל בסוף התהליך. ג. האם המסה הסגולית של ההליום השתנתה תוך כדי התהליך? נמק את תשובתך. שאלה 5 נתון מ כ ל קשיח, מבודד וסגור המכיל אוויר. להלן כמה נתונים על המכל ועל האוויר שבמכל: מסת האוויר במכל היא 5 kg טמפרטורת האוויר במכל היא 230 K לחץ האוויר במכל הוא 3.3 bar המשך בעמוד 5
מערכות תעופה א', קיץ תשע"א - 5 - J מקדם החום הסגולי של האוויר בנפח קבוע הוא =.717 5 Cv kg K J R = 287 kg K קבוע הגז של האוויר הוא טמפרטורת הסביבה היא 20 C מסירים את חומר הבידוד המצפה את המכל ומאפשרים לחום לעבור דרך דופנות המכל עד התייצבות הטמפרטורה של האוויר שבמכל. א. חשב את נפח המכל. ב. חשב את לחץ האוויר במכל לאחר התייצבות הטמפרטורה של האוויר במכל. ג. חשב את כמות החום שעברה דרך דופנות המכל. האם האוויר במכל קלט חום או פלט חום? שאלה 6 נתונה מסה של 1 kg אוויר העוברת תהליך כלשהו. נתוני האוויר בתחילת התהליך נפח האוויר: V 0 = 1 m 3 לחץ האוויר: P 0 = 2 bar נתוני האוויר בסוף התהליך נפח האוויר: V f = 0.5 m 3 לחץ האוויר: P f = 4 bar J מקדם החום הסגולי של האוויר בנפח קבוע הוא =.717 5 Cv kg K J R = 287 kg k - קבוע הגז של האוויר הוא א. קבע באמצעות חישוב מתאים מהו סוג התהליך שעבר האוויר. ב. מצא את המסה הסגולית של האוויר בתחילת התהליך ובסופו. ג. חשב את האנרגיה הפנימית של האוויר בתחילת התהליך. ד. האם האנרגיה הפנימית של האוויר השתנתה תוך כדי התהליך? נמק את תשובתך באמצעות נוסחה מתאימה. המשך בעמוד 6
מערכות תעופה א', קיץ תשע"א - 6 - פרק שלישי: מנועים שאלה 7 באיורים א' ו' לשאלה זו נתונים חתכים של מנועים מסוגים שונים. להלן רשימת שמות של מנועים מסוגים שונים: מנוע טורבו סילון בעל מדחס צירי 1. מנוע טורבו סילון בעל מדחס צנטריפוגלי 2. מנוע טורבו מניפה בעל יחס עקיפה נמוך 3. מנוע טורבו מניפה בעל יחס עקיפה גבוה 4. מנוע טורבו ציר )Turbo-Shaft( 5. מנוע טורבו מדחף )Turbo-Prop( 6. העתק למחברתך את הרשימה וציין איזה איור מתאר כל אחד מהמנועים המופיעים ברשימה. איור א' המשך בעמוד 7
מערכות תעופה א', קיץ תשע"א - 7 - איור ב' איור ג' המשך בעמוד 8
מערכות תעופה א', קיץ תשע"א - 8 - איור ד' איור ה' איור ו' המשך בעמוד 9
מערכות תעופה א', קיץ תשע"א - 9 - שאלה 8 באיורים א' ד' מתואר מנוע בוכנה במצבי פעולה שונים. איור א' איור ב' איור ג' איור ד' א. מהו סוג המנוע המתואר באיורים א' ד': מנוע שתי פעימות, מנוע ארבע פעימות או מנוע דיזל? ב. ציין מהי הפעולה המתוארת בכל אחד מהאיורים א' ד'. תאר בקצרה את הפעולה וציין בתשובתך מהו מצב השסתומים ומהו כיוון תנועת הבוכנה בעת הביצוע של כל פעולה. המשך בעמוד 10
מערכות תעופה א', קיץ תשע"א - 10 - פרק רביעי: תכן הנדסי שאלה 9 באיור לשאלה זו מתואר מכלול הכולל גל חלול 2 המחובר לגל מלא 1 בעזרת פין חיבור. Ø d M t Ø d 1 2 1 איור לשאלה 9 מומנט חיצוני,, M t פועל על המכלול כמתואר באיור. נתונים נוספים פין החיבור מיוצר מפלדה בעלת מאמץ לגזירה של. 1,200 MPa קוטר הגל המלא 1 הוא. d 1 = 30 mm קוטר פין החיבור הוא. d = 6 mm א. חשב את המומנט המרבי שאפשר להפעיל על המכלול מבחינת מאמצי גזירה בלבד. ב. ציין במילים כיצד הייתה משתנה התוצאה שקיבלת בתשובתך לסעיף א', אילו הוגדר מקדם בטיחות עבור המומנט המרבי שאפשר להפעיל על המכלול. המשך בעמוד 11
מערכות תעופה א', קיץ תשע"א - 11 - F שאלה 10 באיור לשאלה זו מתואר מכלול של שני חלקים 1 ו 2 המחוברים זה לזה באמצעות חמישה בורגי הידוק. Ø D 400 2 F 1 איור לשאלה 10 התנועה היחסית בין החלקים נמנעת באמצעות כוח החיכוך שפועל בין החלקים. ארבעה מבין בורגי ההידוק ממוקמים על היקף מעגל בקוטר, D ובורג אחד ממוקם במרכז המעגל. צמד כוחות,, F פועל על המכלול כמתואר באיור. נתונים נוספים F = 1,000 N המרחק בין צמד הכוחות הוא 400 mm קוטר המעגל שעל היקפו ממוקמים הברגים הוא D = 150 mm מקדם החיכוך בין חלק 1 לחלק 2 הוא = 0.2 o µ המאמץ המותר לתכנון של חומר הברגים הוא 100 MPa א. חשב את הקוטר הדרוש לבורגי ההידוק. ב. האם ישתנה קוטר הברגים שקיבלת בתשובתך לסעיף א', אם יוסר הבורג הממוקם במרכז המעגל? נמק את תשובתך. המשך בעמוד 12
מערכות תעופה א', קיץ תשע"א - 12 - פרק חמישי: מבנאות שאלה 11 באיור לשאלה זו מתוארת צלע חיזוק למבנה מטוס העשויה מנתך אלומיניום 2024T4 בעובי. 0.063" (רדיוס כיפוף) R קו סימטריה אזור 1 איור לשאלה 11 א. חשב את רדיוס הכיפוף של צלע החיזוק. ב. מהו סוג המאמץ הפועל באזור 1 של צלע החיזוק? ג. מהו גודל המאמץ הפועל לאורך קו הסימטריה של צלע החיזוק? ד. אם צלע החיזוק הייתה עשויה מנתך, 2024-0 האם רדיוס הכיפוף שלה היה משתנה? אם כן, מה יהיה רדיוס הכיפוף החדש? אם לא, הסבר מדוע. המשך בעמוד 13
מערכות תעופה א', קיץ תשע"א - 13 - שאלה 12 א. נתונה מסמרה מאלומיניום שהמספר הקטלוגי שלה הוא: 6 5 AD.AN 430 1. מהי הצורה של ראש המסמרה? 2. מהו אורך המסמרה? 3. צלע חיזוק מסומררת למבנה מטוס באמצעות המסמרה המתוארת לעיל. העובי של פח המבנה של המטוס הוא "0.063 העובי של צלע החיזוק הוא "0.040 חשב את אורך המסמרה לפני ביצוע הסמרור. ב. נתונה מסמרת אלומיניום שהמספר הקטלוגי שלה הוא: 2 08L. NAS1669 מה מציינת האות L שבמספר הקטלוגי? ג. מה מציינות האותיות DD המופיעות על ראש מסמרה שמשמשת לחיבור מבנה מטוס העשוי מאלומיניום? שאלה 13 ציין שלוש תכונות של נתך אלומניום שבזכותן נוהגים להשתמש בו במבנה מטוסים. א. להלן סימולים של נתכי אלומיניום: ב. AL 2024.1 AL 5052.2 AL 1100.3 AL 7075.4 ציין את סימולי הנתכים שאפשר להעלות את החוזק שלהם באמצעות טיפול תרמי. הסבר מהו תהליך הזיקון המבוצע בנתכי אלומיניום. ג. בהצלחה! זכות היוצרים שמורה למדינת ישראל. אין להעתיק או לפרסם אלא ברשות משרד החינוך.
נספח א': נוסחאות למערכות תעופה )5 עמודים( לשאלונים 853201, 853101, קיץ תשע"א תרמודינמיקה הגדרת משתנים קבועים ויחסי המרה בין יחידות 1 bar = 10 5 N m 2 = 105 Pa 1 BTU = 252 cal 1 cal = 4.185 J (Joule) T [K] = T [ C] + 273.15 R = 8314. 9 P לחץ הגז V נפח הגז m מסת הגז M המסה המולקולרית של הגז r יחס דחיסה במחזור תרמודינמי r c יחס הפסקה במחזור דיזל T הטמפרטורה הטמפרטורה הגבוהה במחזור T H קרנו קבוע הגזים האוניברסלי J kmole K cp = cv = M = R = 1004. 5 717. 46 28. 97 287. 05 J kg K J kg K kg kmole J kg K הטמפרטורה הנמוכה במחזור T L קרנו c v קיבול חום סגולי בנפח קבוע c p קיבול חום סגולי בלחץ קבוע החום המסופק למערכת או Q נפלט ממנה R קבוע הגז העבודה המופקת מן המערכת W או מושקעת בה > 0 W כאשר המערכת מפיקה עבודה q in החום המסופק ליחידת מסה q out החום הנפלט ליחידת מסה קבועי האוויר המשך בעמוד 2
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשע"א סמל 853201,853101-2 - ρ = m V צפיפות או מסה סגולית R קבוע הגז = R M משוואת המצב של גזים אידאליים PV = mrt או P = rrt c p c v = R R cp = γ γ 1 R cv = γ 1 מקדם קיבול החום הסגולי בלחץ קבוע מקדם קיבול החום הסגולי בנפח קבוע γ = c p cv יחס קיבולי החום בתהליך כללי const. PV n = בתהליך איזוברי = 0 n בתהליך איזותרמי = 1 n בתהליך אדיאבטי n = γ בתהליך איזוכורי = n T2 T1 n 1 n 1 V1 P n = 2 V2 = P1 בתהליך פוליטרופי שהמעריך שלו הוא n עבודה המופקת ממערכת העוברת ממצב 1 למצב 2 n V P V 1 1 1 1 P V P V 1 V 2 1 1 2 2 = n 1 n 1 n 1 W = V P1 V1 ln 2 n = 1 V1 המשך בעמוד 3
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשע"א סמל 853201,853101-3 - ) 1 Q = m c p (T 2 T מעבר חום בלחץ קבוע ) 1 Q = m c v (T 2 T מעבר חום בנפח קבוע ) 1 DU = m c v (T 2 T שינוי האנרגיה הפנימית בגז אידאלי DU = Q W החוק הראשון של התרמודינמיקה w = q in q out עבודה המופקת במחזור ליחידת מסה η th W Qin הנצילות של מחזור תרמודינמי = 1 ηth = 1 γ 1 P2 γ P1 הנצילות של מחזור ברייטון 1 ηth = 1 הנצילות של מחזור אוטו γ 1 r 1 ηth = 1 γ 1 r T η H TL th = TH γ γ 1 r c ( rc 1) הנצילות של מחזור דיזל הנצילות של מחזור קרנו מדחפים PW T V o p = ηp ההספק הדרוש להנעת מדחף T כוח הדחף V o מהירות הטיסה η p נצילות המדחף PW P הספק המדחף המשך בעמוד 4
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשע"א סמל 853201,853101-4 - F = m a 1+ f ( ) V e V 0 מנועים דחף נטו של מנוע טורבו סילון ( P e P amb ) A e + ספיקת האוויר m kg a sec f יחס דלק אוויר = m f m = a ספיקת הדלק ספיקת האוויר m V מהירות הפליטה של הגזים מהנחיר e sec V מהירות הטיסה m o sec [Pa] P e לחץ סטטי במישור היציאה מנחיר הפליטה [Pa] P amb לחץ הסביבה ] 2 A e [m שטח היציאה של נחיר הפליטה דחף המנוע כאשר ההתפשטות בנחיר הפליטה מלאה )נחיר מתואם P(: e = P amb F N = m a 1+ f F N = m a ( ) V e V o ( V e V o ) דחף המנוע כאשר 1>>f ונחיר הפליטה מתואם: אווירודינמיקה A שטח חתך צפיפות או מסה סגולית ρ מהירות v לחץ P לחץ עצירה P 0 מוטת הכנף b מיתר כנף ממוצע c זווית התקפה α זווית התקפה ללא עילוי α 0L המשך בעמוד 5
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשע"א סמל 853201,853101-5 - שטח S מקדם הגרר C D צמיגות דינמית µ זווית קונוס מאך γ חוק הרציפות const. r v A = 1 2 P + ρ v = P0 חוק ברנולי לזרימה אופקית const. = 2 a = γ R T 20 T מהירות הקול באוויר מספר מאך M = v a v c Rc = ρ µ מספר ריינולדס S = bc שטח הכנף AR b 2 = S מנת הממדים מקדם העילוי ) 0L C L = C La (a a L = 1 2 2 ρ v SC L כוח העילוי D = 1 2 2 ρ v SC D כוח הגרר sin γ = 1 M סינוס זווית קונוס מאך בהצלחה!
נספח ב': טבלת אטמוספרה סטנדרטית לשאלונים 853201, 853101, קיץ תשע"א h 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 T 15.0 8.5 2.0 4.5 11.0 17.5 24.0 30.5 37.0 43.5 50.0 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 a 340 336 332 329 325 320 316 312 308 304 299 P (Pa) (N / m 2 ) 1.0132 10 5 0.8987 10 5 0.7948 10 5 0.7010 10 5 0.6163 10 5 0.5400 10 5 0.4717 10 5 0.4104 10 5 0.3558 10 5 0.3073 10 5 0.2642 10 5 0.2261 10 5 0.1932 10 5 0.1650 10 5 0.1409 10 5 0.1203 10 5 0.1027 10 5 0.0875 10 5 0.0749 10 5 0.0640 10 5 0.0546 10 5 0.0117 10 5 (km) ( C) (m / sec) (kg / m3) (kg / m sec) ρ 1.226 1.112 1.007 0.909 0.820 0.737 0.660 0.589 0.526 0.467 0.413 0.364 0.311 0.265 0.227 0.194 0.163 0.141 0.121 0.103 0.088 0.019 צמיגות האוויר צפיפות האוויר לחץ האוויר מהירות הקול טמפרטורת האוויר גובה מעל פני הים μ 1.780 10 5 1.749 10 5 1.717 10 5 1.684 10 5 1.652 10 5 1.619 10 5 1.586 10 5 1.552 10 5 1.517 10 5 1.482 10 5 1.447 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5
סוג הבחינה: בגרות לבתי ספר על יסודיים מדינת ישראל מועד הבחינה: קיץ תש"ע, 2010 משרד החינוך סמל השאלון: 853101 א. משך הבחינה: שעתיים וחצי. מערכות תעופה א' יחידת לימוד אחת הוראות לנבחן ב. מבנה השאלון ומפתח ההערכה: בשאלון זה חמישה פרקים: 4. בתשובה לשאלה חישובית, עליך להציג את שלבי הפתרון באופן מפורט ולהסבירם בקצרה. קבלת מ רב הנקודות מותנית במילוי דרישה זו. בשאלון זה 12 עמודים ו 7 עמודי נספחים. ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר, אך מכוונות לנבחנות ולנבחנים כאחד. בהצלחה! נספחים: א. נוסחאון למערכות תעופה פרק ראשון: אווירודינמיקה פרק שני: תרמודינמיקה פרק שלישי: מנועים פרק רביעי: תכן הנדסי פרק חמישי: מבנאות יש לענות על חמש שאלות. לכל שאלה 20 נקודות. ב. טבלת אטמוספרה סטנדרטית ג. לשאלה 1 ג. חומר עזר מותר לשימוש: נוסחאון בית ספרי, כלי סרטוט ומחשבון. ד. הוראות מיוחדות: 1. עיין בשאלון, הכר את חלקיו, ורק אז ענה על השאלות בסדר הנראה לך. 2. בכל שאלה ניתנו הנתונים לפתרונה. אם לדעתך חסר נתון, הוסף אותו על פי שיקול דעתך ופתור בעזרתו את השאלה. רשום בתשובתך את הנתון שבחרת להוסיף. 3. אם מספר השאלות שהספקת לפתור עולה על הנדרש, אינך צריך לבחור את התשובות שייבדקו. המעריך יבדוק את כל המבחן ויבחר את התשובות הטובות ביותר, לפי מספר שאלות החובה.
מערכות תעופה א', קיץ תש"ע - 2 - השאלות יש לענות על חמש שאלות בסך הכול. לכל שאלה 20 נקודות. פרק ראשון: אווירודינמיקה שאלה 1 באיור לשאלה זו מתואר פרופיל סימטרי של כנף. האיור מופיע גם בנספח ג'. איור לשאלה 1 סמן על גבי האיור שבנספח ג' לשאלה זו את הגדלים שלהלן: א. זווית ההתקפה המיקום של נקודת מרכז הלחץ,, C P על המיתר המיקום של נקודת הפעולה של כוח העילוי וכיוונו המיקום של נקודת הפעולה של כוח הגרר וכיוונו הדבק מדבקת נבחן במקום המיועד לכך בנספח והדק אותו למחברתך. ב. הסבר מהו מאך קריטי. ג. 1. איזה סוג של גלי הלם נוצר במהירות טיסה של? 1M 2. איזה סוג של גלי הלם נוצר במהירות טיסה של? 1.5M המשך בעמוד 3
מערכות תעופה א', קיץ תש"ע - 3 - שאלה 2 באיור לשאלה זו נתון גרף המתאר את מקדם ההתנגדות של הכנף,, C D כפונקציה של זווית ההתקפה,. α מקדם ההתנגדות, C D 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 20 זווית ההתקפה, α איור לשאלה 2 א. הסבר מהי תופעת ההזדקרות של כנף. ב. קבע, על פי הגרף, את זווית ההזדקרות של הכנף. ג. ציין אמצעי אחד המותקן במטוס ומשמש להגדלת זווית ההזדקרות של הכנף. המשך בעמוד 4
מערכות תעופה א', קיץ תש"ע - 4 - שאלה 3 א. איזה הגה מפעיל הטייס באמצעות מוט ההיגוי כדי לבצע נסיקה? לאיזה כיוון מפנה הטייס את מוט ההיגוי כדי לבצע נסיקה? ב. אילו אמצע י היגוי בתא הטייס של מטוס קל מפעיל הטייס בעת פנייה ימינה? ג. לאן מפנה הטייס את מוט ההיגוי בעת גלגול ימינה? אילו משטחי היגוי מופעלים? לאיזה כיוון מופנה כל אחד ממשטחי ההיגוי? פרק שני: תרמודינמיקה שאלה 4 להלן נתונים של גז שעבר תהליך איזוברי: טמפרטורת הגז בתחילת התהליך: 300 K לחץ הגז בתחילת התהליך: 1 bar נפח הגז בתחילת התהליך: 1 m 3 טמפרטורת הגז עלתה בזמן התהליך ב C 450 מסת הגז בזמן התהליך הייתה קבועה. קבוע הגז: R = 287 J kg K א. הסבר מהו תהליך איזוברי. ב. חשב את טמפרטורת הגז בסוף התהליך. ג. חשב את מסת הגז. ד. חשב את נפח הגז בסוף התהליך. המשך בעמוד 5
מערכות תעופה א', קיץ תש"ע - 5 - שאלה 5 באיור לשאלה זו מתוארת דיאגרמת לחץ נפח )דיאגרמת )P-V סכמתית של מנוע הפועל על פי מחזור קרנו. לחץ, P 1 2 4 3 איור לשאלה 5 נפח, V נתונים המנוע פועל בין הטמפרטורה 300 K לטמפרטורה. 1500 K החום המסופק במחזור: Q in = 100 kj א. ציין את שמות התהליכים המתרחשים במחזור אחד בין הנקודות 1 2 2, 3 3, 4 ו 4 1. ציין עבור כל תהליך אם במהלכו נקלט חום או נפלט חום. ב. חשב את נצילות המחזור. ג. חשב את העבודה המתבצעת במחזור. המשך בעמוד 6
מערכות תעופה א', קיץ תש"ע - 6 - שאלה 6 גז עובר תהליך תרמודינמי. במהלך התהליך האנרגיה הפנימית של הגז לא משתנה. בזמן התהליך, מסת הגז נשארת קבועה. נתונים לחץ הגז בתחילת התהליך הוא 2 bar טמפרטורת הגז בתחילת התהליך היא 400 K נפח הגז בתחילת התהליך הוא 1 m 3 הקבוע האוניברסלי של הגזים הוא 8314 J kmol K 28. 01 kg kmol המסה המולקולרית של הגז היא א. מהו סוג התהליך שעבר הגז? נמק את תשובתך באמצעות נוסחה מתאימה. ב. חשב את קבוע הגז. ג. חשב את מסת הגז. המשך בעמוד 7
מערכות תעופה א', קיץ תש"ע - 7 - פרק שלישי: מנועים שאלה 7 א. באיור לשאלה זו נתון חתך של מנוע סילון דו צירי. ציין את שמותיהם של הרכיבים המצוינים באיור בספרות 1 ו 2. 1 2 איור לשאלה 7 ב. ציין את שמותיהם של שני סוגים של תאי שריפה במנוע טורבו סילון. ג. ציין שתי מערכות שמונעות את הזדקרות המדחס כאשר קצב הסיבוב של המנוע נמוך. ד. ציין שני "תפקידים" של האוויר הזורם דרך תא השריפה במנוע טורבינת גז. המשך בעמוד 8
מערכות תעופה א', קיץ תש"ע - 8 - שאלה 8 א. באיורים א' ו ב' לשאלה זו מתוארים חיבורים של להבי מדחס ושל להבי טורבינה לד סקה. ציין את שם החיבור המופיע בכל איור. איור א' לשאלה 8 איור ב' לשאלה 8 ב. תאר את אופן פעולתו של מזרק דלק כפול )דופלקס(. ג. הוסיפו למדחס צירי דרגת דחיסה נוספת. העתק למחברתך את ההיגד הנכון מבין ארבעת ההיגדים שלהלן: 1. קצב הסיבוב של המדחס )בסל"ד( יגדל 2. יחס הלחצים של המדחס יגדל 3. ההספק הדרוש להנעת המדחס יקטן 4. הטמפרטורה ביציאה מהמדחס תרד המשך בעמוד 9
מערכות תעופה א', קיץ תש"ע - 9 - פרק רביעי: תכן הנדסי שאלה 9 באיור א' לשאלה זו מתוארים מנוע חשמלי, ציר הנעה וגלגל שיניים המורכב בקצה הציר. מנוע ציר הנעה איור א' לשאלה 9 גלגל שיניים 5 mm 5 mm b 20 mm איור ב' לשאלה 9 גלגל השיניים מחובר אל ציר ההנעה באמצעות שגם בעל חתך מלבני, כמתואר באיור ב' לשאלה זו. אורך השגם הוא 20 mm והוא מיוצר מפלדה רכה מסוג, SAE1020 בעלת חוזק גזירה של. 500 MPa. החוזק למעיכה )לחץ המגע( של הפלדה הוא 300 MPa המנוע מפיק הספק של 20 kw וההספק הזה מועבר באמצעות ציר ההנעה שקוטרו. 25 mm הציר מסתובב בקצב של r.p.m.. 2000 א. חשב את המומנט המועבר על ידי המנוע לציר ההנעה. ב. חשב את רוחב השגם,, b אם נדרש מקדם בטיחות = 5 S.F.. ג. גובה השגם הוא 10 mm כמתואר באיור, ומחציתו שקועה בתוך גלגל השיניים. קבע בעזרת חישוב אם הדגם יעמוד בתנאי החוזק למעיכה )ללחץ מגע( כאשר מקדם הבטיחות הנדרש הוא = 5 S.F.. המשך בעמוד 10
מערכות תעופה א', קיץ תש"ע - 10 - שאלה 10 באיור לשאלה זו מתואר מבנה של שלושה פחים זהים המחוברים זה לזה באמצעות שש מסמרות זהות. F F 2 F 2 F d F העובי של כל פח הוא. 5 mm הקוטר של כל מסמרה הוא. 5 mm איור לשאלה 10 על המבנה פועל כוח של. F = 100 kn המסמרות עשויות מפלדה בעלת חוזק מותר לגזירה של. 600 MPa א. חשב את האורך הדרוש של כל מסמרה. ב. הקוטר של כל אחד מהקדחים בפחים זהה לקוטר של מסמרה. בדוק באמצעות חישוב אם המסמרות עומדות במאמץ הגזירה המותר. ג. מזיזים את קו פעולת הכוח F מציר הסימטריה של החיבור לקו החיבור של המסמרות התחתונות. האם במצב זה נדרש לחשב מחדש אם המסמרות עומדות במאמץ הגזירה המותר? נמק את תשובתך. המשך בעמוד 11
מערכות תעופה א', קיץ תש"ע - 11 - פרק חמישי: מבנאות שאלה 11. ALCLAD 7075 0 0.080 א. לאורך הסיבים של פח אלומיניום מוטבעת הכתובת )הסימון( הסבר מה מציין כל אחד מארבעת החלקים המסומנים של הכתובת הזאת. ב. מבצעים חיבור של שני פחים שהכתובת המוטבעת על כל אחד מהם היא הכתובת המצוינת בסעיף א'. חשב את הקוטר ואת האורך של המסמרה הדרושה לחיבור שני הפחים. ג. משתמשים בסוג הפח המתואר בסעיף א' כטלאי תיקון במבנה של מטוס. יש לכופף את טלאי התיקון בזווית של. 90 מהו רדיוס הכיפוף הדרוש? שאלה 12 ציין שלוש תכונות של נתך אלומיניום שבזכותן משתמשים בו במבנה של מטוס. א. מה מציין הסימון T6 המופיע על גבי נתך אלומיניום? ב. ציין אילו מאמצים פועלים על פח אלומיניום באזור הכיפוף שלו. ג. איזה סוג של מאמץ עלול לגרום להיווצרות סדקים בפח באזור הכיפוף שלו? ד. המשך בעמוד 12
מערכות תעופה א', קיץ תש"ע - 12 - שאלה 13 א. באיור לשאלה זו מתואר פח מכופף המשמש לחיזוק צלע במטוס. כל המידות באיור נתונות במילימטרים. A = 100 R R C = 100 B = 200 נתונים איור לשאלה 13 עובי הפח: 2 mm רדיוס הכיפוף: 6 mm חשב את אורך הפריסה של הפח. ציין שני גורמים אפשריים להיווצרות סדקים בפח בעת כיפופו. ב. צלע במטוס עשויה מן החומר. 2024T4 מאיזה חומר יש להכין את החיזוק לצלע? ג. בהצלחה! זכות היוצרים שמורה למדינת ישראל. אין להעתיק או לפרסם אלא ברשות משרד החינוך.
נספח א': נוסחאות למערכות תעופה )5 עמודים( לשאלונים 853201, 853101, קיץ תש"ע תרמודינמיקה הגדרת משתנים קבועים ויחסי המרה בין יחידות 1 bar = 10 5 N m 2 = 105 Pa 1 BTU = 252 cal 1 cal = 4.185 J (Joule) T [K] = T [ C] + 273.15 R = 8314. 9 P לחץ הגז V נפח הגז m מסת הגז M המסה המולקולרית של הגז r יחס דחיסה במחזור תרמודינמי r c יחס הפסקה במחזור דיזל T הטמפרטורה הטמפרטורה הגבוהה במחזור T H קרנו קבוע הגזים האוניברסלי J kmole K cp = cv = M = R = 1004. 5 717. 46 28. 97 287. 05 J kg K J kg K kg kmole J kg K הטמפרטורה הנמוכה במחזור T L קרנו c v קיבול חום סגולי בנפח קבוע c p קיבול חום סגולי בלחץ קבוע החום המסופק למערכת או Q נפלט ממנה R קבוע הגז העבודה המופקת מן המערכת W או מושקעת בה > 0 W כאשר המערכת מפיקה עבודה q in החום המסופק ליחידת מסה q out החום הנפלט ליחידת מסה קבועי האוויר המשך בעמוד 2
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תש"ע סמל 853201,853101-2 - ρ = m V צפיפות או מסה סגולית R קבוע הגז = R M משוואת המצב של גזים אידאליים PV = mrt או P = rrt c p c v = R R cp = γ γ 1 R cv = γ 1 מקדם קיבול חום סגולי בלחץ קבוע מקדם קיבול חום סגולי בנפח קבוע γ = c p cv יחס קיבולי החום בתהליך כללי const. PV n = בתהליך איזוברי = 0 n בתהליך איזותרמי = 1 n בתהליך אדיאבטי n = γ בתהליך איזוכורי = n T2 T1 n 1 n 1 V1 P n = 2 V2 = P1 בתהליך פוליטרופי שהמעריך שלו הוא n עבודה המופקת ממערכת העוברת ממצב 1 למצב 2 n V P V 1 1 1 1 P V P V 1 V 2 1 1 2 2 = n 1 n 1 n 1 W = V P1 V1 ln 2 n = 1 V1 המשך בעמוד 3
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תש"ע סמל 853201,853101-3 - ) 1 Q = m c p (T 2 T מעבר חום בלחץ קבוע ) 1 Q = m c v (T 2 T מעבר חום בנפח קבוע ) 1 DU = m c v (T 2 T שינוי האנרגיה הפנימית בגז אידאלי DU = Q W החוק הראשון של התרמודינמיקה w = q in q out עבודה המופקת במחזור ליחידת מסה η th W Qin נצילות מחזור תרמודינמי = 1 ηth = 1 γ 1 P2 γ P1 נצילות מחזור ברייטון 1 ηth = 1 נצילות מחזור אוטו γ 1 r 1 ηth = 1 γ 1 r T η H TL th = TH γ γ 1 r c ( rc 1) נצילות מחזור דיזל נצילות מחזור קרנו מדחפים PW T V o p = ηp ההספק הדרוש להנעת מדחף T כוח הדחף V o מהירות הטיסה η p נצילות המדחף PW P הספק המדחף המשך בעמוד 4
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תש"ע סמל 853201,853101-4 - מנועים דחף נטו של מנוע טורבו סילון F = m a ( 1+ f)v e V 0 + ( P e P amb )A e F N = m a ( 1+ f)v e V o ספיקת האוויר m kg a sec f יחס דלק אוויר = m f m = a ספיקת הדלק ספיקת האוויר m V מהירות הפליטה של הגזים מהנחיר e sec V מהירות הטיסה m o sec [Pa] P e לחץ סטטי במישור היציאה מנחיר הפליטה [Pa] P amb לחץ הסביבה ] 2 A e [m שטח היציאה של נחיר הפליטה דחף המנוע כאשר ההתפשטות בנחיר פליטה מלאה )נחיר מתואם P(: e = P amb F N = m a ( V e V o ) דחף המנוע כאשר 1>>f ונחיר הפליטה מתואם: אווירודינמיקה A שטח חתך צפיפות, מסה סגולית ρ מהירות v לחץ P לחץ עצירה P 0 מוטת הכנף b מיתר כנף ממוצע c זווית התקפה α זווית התקפה שאין בה עילוי α 0L המשך בעמוד 5
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תש"ע סמל 853201,853101-5 - שטח S מקדם הגרר C D צמיגות דינמית µ זווית קונוס מאך γ חוק הרציפות const. r v A = 1 2 P + ρ v = P0 חוק ברנולי לזרימה אופקית const. = 2 a = γ R T 20 T מהירות הקול באוויר מספר מאך M = v a v c Rc = ρ µ מספר ריינולדס S = bc שטח הכנף AR b 2 = S מנת הממדים מקדם העילוי ) 0L C L = C La (a a L = 1 2 2 ρ v SC L כוח העילוי D = 1 2 2 ρ v SC D כוח הגרר sin γ = 1 M סינוס זווית קונוס מאך בהצלחה!
נספח ב': טבלת אטמוספרה סטנדרטית לשאלונים 853201, 853101, קיץ תש"ע h 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 T 15.0 8.5 2.0 4.5 11.0 17.5 24.0 30.5 37.0 43.5 50.0 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 a 340 336 332 329 325 320 316 312 308 304 299 P (Pa) (N / m 2 ) 1.0132 10 5 0.8987 10 5 0.7948 10 5 0.7010 10 5 0.6163 10 5 0.5400 10 5 0.4717 10 5 0.4104 10 5 0.3558 10 5 0.3073 10 5 0.2642 10 5 0.2261 10 5 0.1932 10 5 0.1650 10 5 0.1409 10 5 0.1203 10 5 0.1027 10 5 0.0875 10 5 0.0749 10 5 0.0640 10 5 0.0546 10 5 0.0117 10 5 (km) ( C) (m / sec) (kg / m3) (kg / m sec) ρ 1.226 1.112 1.007 0.909 0.820 0.737 0.660 0.589 0.526 0.467 0.413 0.364 0.311 0.265 0.227 0.194 0.163 0.141 0.121 0.103 0.088 0.019 צמיגות האוויר צפיפות האוויר לחץ האוויר מהירות הקול טמפרטורת האוויר גובה פני הים μ 1.780 10 5 1.749 10 5 1.717 10 5 1.684 10 5 1.652 10 5 1.619 10 5 1.586 10 5 1.552 10 5 1.517 10 5 1.482 10 5 1.447 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5
נספח ג': לשאלה 1 לשאלון 853101, קיץ תש"ע מקום למדבקת נבחן הדבק מדבקת נבחן במקום המיועד לכך והדק את הנספח למחברתך.
מדינת ישראל סוג הבחינה: בגרות לבתי ספר על יסודיים משרד החינוך מועד הבחינה: קיץ תשס"ט, 2009 סמל השאלון: 853101 א. משך הבחינה: שעתיים וחצי. מערכות תעופה א' יחידת לימוד אחת הוראות לנבחן ב. מבנה השאלון ומפתח ההערכה: בשאלון זה חמישה פרקים: פרק ראשון: אווירודינמיקה פרק שני: תרמודינמיקה פרק שלישי: מנועים פרק רביעי: תכן הנדסי פרק חמישי: מבנאות יש לענות על חמש שאלות. לכל שאלה 20 נקודות. 4. בתשובה לשאלה חישובית, עליך להציג את שלבי הפתרון באופן מפורט ולהסבירם בקצרה. קבלת מ רב הנקודות מותנית במילוי דרישה זו. בשאלון זה 13 עמודים ו 7 עמודי נספחים. ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר, אך מכוונות לנבחנות ולנבחנים כאחד. בהצלחה! נספחים: א. נוסחאון למערכות תעופה ב. טבלת אטמוספרה סטנדרטית ג. לשאלה 9 ג. חומר עזר מותר לשימוש: נוסחאון בית ספרי, כלי סרטוט ומחשבון. ד. הוראות מיוחדות: 1. עיין בשאלון, הכר את חלקיו, ורק אז ענה על השאלות בסדר הנראה לך. 2. בכל שאלה ניתנו הנתונים לפתרונה. אם לדעתך חסר נתון, הוסף אותו על פי שיקול דעתך ופתור בעזרתו את השאלה. רשום בתשובתך את הנתון שבחרת להוסיף. 3. אם מספר השאלות שהספקת לפתור עולה על הנדרש, אינך צריך לבחור את התשובות שייבדקו. המעריך יבדוק את כל המבחן ויבחר את התשובות הטובות ביותר, לפי מספר שאלות החובה.
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ט - 2 - השאלות יש לענות על חמש שאלות בסך הכול. לכל שאלה 20 נקודות. פרק ראשון: אווירודינמיקה שאלה 1 באיור לשאלה זו נתון גרף המתאר את מקדם העילוי של פרופיל כנף כפונקציה של זווית ההתקפה. מקדם העילוי, C L 16 זווית ההתקפה, α איור לשאלה 1 א. מהו הסוג של פרופיל הכנף המתואר באיור? נמק את תשובתך. ב. איזו תופעה מתרחשת כאשר זווית ההתקפה גדולה מ 16? ג. מדוע מתרחשת התופעה שציינת בתשובתך לסעיף ב', ול מ ה היא גורמת? המשך בעמוד 3
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ט - 3 - שאלה 2 באיור לשאלה זו מתואר פרופיל של כנף לא סימטרית בזווית התקפה. במצב זה מצב של שיווי משקל כוח העילוי פועל לאורך קו הפעולה של כוח הכובד. כוח העילוי כוח הכובד איור לשאלה 2 א. סרטט במחברתך את פרופיל הכנף המתואר באיור לשאלה בשני מצבים: 1. במצב שבו זווית ההתקפה גדולה מזווית ההתקפה המתוארת באיור לשאלה. 2. במצב שבו זווית ההתקפה קטנה מזווית ההתקפה המתוארת באיור לשאלה. סמן בכל אחד מהמצבים את החץ המתאר את כוח העילוי ואת החץ המתאר את כוח הכובד. ב. העתק למחברתך את ההיגד הנכון מבין ארבעת ההיגדים שלהלן. ההתנגדות הכוללת של האוויר לתנועת המטוס היא: 1. הסכום של התנגדות הכנפיים וההתנגדות הטפילה. 2. הסכום של התנגדות הכנפיים וההתנגדות של גוף המטוס. 3. הסכום של התנגדות הכנפיים וההתנגדות של כן הנחיתה. 4. ההפרש בין התנגדות הכנפיים להתנגדות הטפילה. המשך בעמוד 4
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ט - 4 - שאלה 3 באיור לשאלה זו מתואר צינור ונטורי שמותקנים עליו שני מנומטרים באזור א' ובאזור ב'. אזור א' אזור ב' כיוון הזרימה המציפה C B A C B A מנומטר א' מנומטר ב' איור לשאלה 3 א. אוויר זורם דרך הצינור בזרימה מציפה, ועקב כך פני הנוזל עולים בשני המנומטרים: באחד עד הנקודה, B ובאחר עד הנקודה. C באיזה מנומטר פני הנוזל עולים עד הנקודה B ובאיזה מנומטר הם עולים עד הנקודה? C נמק את תשובתך. ב. בצינור הוונטורי מתרחשת תופעה הדומה לתופעה המתרחשת בעת זרימת האוויר מעל כנף המטוס. איזה מנומטר מייצג בצורה הטובה ביותר את המתרחש בעת זרימת האוויר מעל כנף המטוס? נמק את תשובתך. המשך בעמוד 5
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ט - 5 - פרק שני: תרמודינמיקה שאלה 4 באיור לשאלה זו מתואר מחזור תרמודינמי של תהליכים שגז עובר. התהליכים מתוארים בדיאגרמת לחץ נפח )דיאגרמת.)P-V הגז הוא אוויר שמסתו 25. kg J. R = 287 kg K קבוע הגז הוא לחץ, [bar] P 10 2 3 5 1 4 0 0 5 10 נפח, ] 3 V [m איור לשאלה 4 א. ציין את שמות התהליכים המתרחשים בין הנקודות 1 2 2 3, 3 4, 4 1,, והסבר מה מתרחש בכל תהליך. קבע לגבי כל תהליך אם מושקעת בו עבודה או מתקבלת ממנו עבודה, אם נקלט במהלכו חום או נפלט במהלכו חום. נמק את קביעתך. ב. 1. מה מבטא השטח שבין הקו 2 3 ובין הציר האופקי? 2. מה מבטא השטח שבין הקו 4 1 ובין הציר האופקי? 3. מה מבטא השטח התחום על ידי המלבן? ג. חשב את טמפרטורת האוויר בנקודה. 2 המשך בעמוד 6
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ט - 6 - שאלה 5 באיור לשאלה זו מתוארת דיאגרמת לחץ נפח )דיאגרמת )P-V סכמתית של מנוע הפועל על פי מחזור קרנו. לחץ, P 1 2 4 3 נפח, V איור לשאלה 5 נתונים נוספים: T 1 = 1,000 C העבודה המתבצעת במחזור אחד: W = 100,000 J החום הנקלט במחזור אחד: Q in = 250,000 J ציין את שמות התהליכים המתרחשים במחזור אחד בין הנקודות 1 2 2, 3 3, 4 ו 4 1. א. חשב את נצילות המחזור. ב. חשב את הטמפרטורה הנמוכה במחזור. ג. שאלה 6 אוויר כלוא בתוך גליל עם בוכנה. הבוכנה חסרת חיכוך ובעלת משקל זניח. נפח הגליל: 0.5 m 3 קוטר הגליל: 0.5 m הלחץ המוחלט ההתחלתי של האוויר בגליל: 2.5 bar הטמפרטורה ההתחלתית של האוויר בגליל: 35 C א. חשב את המסה של האוויר הכלוא בגליל. ב. לאיזו טמפרטורה יש לחמם את האוויר בגליל כדי שהבוכנה תעלה ב m? 0.5 J R = 287 kg K ותהליך החימום מתבצע בלחץ קבוע. קבוע הגז של האוויר הוא: המשך בעמוד 7
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ט - 7 - פרק שלישי: מנועים שאלה 7 א. באיור לשאלה זו מתואר מאיץ )אימפלר( של מדחס צנטריפוגלי, ומסורטטים משולשי המהירויות בכניסה וביציאה מהמאיץ. C 2 W 2 U 2 = ω R 2 דיסקת המאיץ ω כיוון התנועה R 2 א' R 1 U 1 = ω R 1 C W 1 1 חתך א' א' א' איור לשאלה 7 ציין מה מציינות המהירויות המסומנות באותיות:. U 2, W 2, C 2, U 1, W 1, C 1 ב. הסבר כיצד לחץ העצירה, הלחץ הסטטי, המהירות ושטח המעבר של האוויר משתנים לאורך מאט )דיפיוזר( של מדחס צנטריפוגלי )המאט אינו מופיע באיור לשאלה(. ג. ציין שני יתרונות שיש למדחס צנטריפוגלי על פני מדחס צירי. המשך בעמוד 8
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ט - 8 - שאלה 8 באיור לשאלה זו מתואר חתך סכמתי של מבער אחורי של מנוע טורבו סילון. צינור הפליטה בית תא השריפה במבער האחורי שבשבות הכוונה ביציאה מהטורבינה מיישרי זרימה הדרגה האחרונה בטורבינה 1 2 3 4 ציר סימטריה תא שריפה מאט קונוס פליטה איור לשאלה 8 ציין את שמות החלקים המצוינים באיור בספרות 3, 2, 1 ו 4. א. הסבר מדוע השטח של נחיר הפליטה חייב להשתנות בזמן הפעלת המבער האחורי. ב. מוסיפים למנוע מבער אחורי. ציין יתרון אחד וחיסרון אחד של מנוע כזה. ג. ציין שני מצבי טיסה שבהם המבער האחורי מופעל. ד. המשך בעמוד 9
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ט - 9 - פרק רביעי: תכן הנדסי שאלה 9 באיור לשאלה זו מתואר מצמד אוגנים קשיח. המצמד מסתובב בקצב סיבוב של r.p.m. 400 ומעביר הספק של. 40 kw 100 150 100 Ø 20 איור לשאלה 9 שני משטחי המצמד מהודקים זה לזה באמצעות שישה בורגי הידוק זהים. קיים מרווח בין בורגי ההידוק ובין הקדחים באוגנים. מקדם החיכוך בין שני משטחי המצמד הוא. 0.5 א. חשב את המומנט שהמצמד מעביר. ב. ללא קשר לתוצאה שקיבלת בסעיף א', הנח כי: מקדם ההבטחה מפני החלקה בין משטחי המצמד הוא = 1.2 k. f המומנט שהמצמד מעביר הוא. 1,000 N m חשב את הכוח הצירי,, Q הדרוש לבורג אחד כדי שהחיבור בין משטחי המצמד יהיה יציב. ג. בחר בורג הידוק שיכול להתאים למצמד המתואר בשאלה, מתוך הטבלה הנתונה בנספח ג' )טבלת תבריגים(. Q לחישוב השתמש בנוסחה:. 125 = t, σ כאשר σ t הוא המאמץ המותר למתיחה בבורג וערכו A הוא. 100 MPa ציין את הבורג שבחרת על פי קוטרו החיצוני. המשך בעמוד 10
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ט - 10 - שאלה 10 נתונים שני קפיצי לחיצה בעלי חתך עגול. באיור לשאלה זו מתוארים שני אופיינים I ו II המתארים את הכוח F הלוחץ על כל אחד מהקפיצים כפונקציה של ההתכווצות שלהם. הכוח F נתון ביחידות ניוטון, ושיעור ההתכווצות של הקפיצים נתון במילימטרים. F [N] 500 אופיין II 400 300 אופיין I 200 100 0 0 1 2 3 f [mm] איור לשאלה 10 א. חשב את קבוע הקפיץ המתואר על ידי אופיין I ואת קבוע הקפיץ המתואר על ידי אופיין. II ב. מספר הכריכות הפעילות בקפיץ המתואר על ידי אופיין II הוא. 3 אילו מספר הכריכות הפעילות בקפיץ היה גדל פי, 2 והכוח הלוחץ הפועל על הקפיץ היה נשאר קבוע, האם שיעור ההתכווצות של הקפיץ החדש היה משתנה? נמק את תשובתך. המשך בעמוד 11
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ט - 11 - פרק חמישי: מבנאות שאלה 11 א. באיור א' לשאלה זו מופיעה צלע חיזוק של כנף מטוס בעלת אוגנים וחורי הקלה. איור א' לשאלה 11 מהו תפקידם של האוגנים ומהו תפקידם של חורי ההקלה? ב. באיור ב' לשאלה זו מתוארות מסמרות, V I ועל ראשיהן מופיעים סימני זיהוי. מאיזה חומר עשויה כל אחת מהמסמרות? V IV III II I איור ב' לשאלה 11 המשך בעמוד 12
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ט - 12 - ג. באיור ג' לשאלה מופיע חתך של פח מכופף. I II איור ג' לשאלה 11 מהו סוג המאמץ הפועל בחלק הפנימי של הפח המכופף (I) ומהו סוג המאמץ הפועל בחלק החיצוני של הפח המכופף (II)? שאלה 12 באיור לשאלה זו מתואר פרופיל חיזוק של כנף מטוס. הפרופיל עשוי מפח אלומיניום 2024T3 ועוביו 0.051". 3'' R R 2'' 3'' א. חשב את רדיוס הכיפוף,. R איור לשאלה 12 ב. 1. כיצד מזהים את כיוון הסיבים בפח? 2. באיזה כיוון יש לבצע את הכיפוף: בכיוון הסיבים או בניצב לכיוון הסיבים? ג. חשב את אורך הפריסה של החיזוק לפני הכיפוף. המשך בעמוד 13
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ט - 13 - שאלה 13 א. המספר הקטלוגי של מסמרת אלומיניום לפי תקן AN הוא: AN 430 AD 4 5. 1. מאיזה נתך עשויה המסמרה? 2. מהי צורתו של ראש המסמרה? 3. מהו אורך המסמרה? 4. מהו קוטר המסמרה? 5. למה משמשת המסמרה? ב. יש לחבר שני פחים שעובי כל אחד מהם "0.040. חשב את אורך המסמרה הדרוש לביצוע הפעולה הזו. בהצלחה! זכות היוצרים שמורה למדינת ישראל. אין להעתיק או לפרסם אלא ברשות משרד החינוך.
נספח א': נוסחאות למערכות תעופה )5 עמודים( לשאלונים 853201, 853101, קיץ תשס"ט תרמודינמיקה הגדרת משתנים קבועים ויחסי המרה בין יחידות 1 bar = 10 5 N m 2 = 105 Pa 1 BTU = 252 cal 1 cal = 4.185 J (Joule) T [K] = T [ C] + 273.15 R = 8314. 9 J kmole K P לחץ הגז V נפח הגז m מסת הגז M המסה המולקולרית של הגז r יחס דחיסה במחזור תרמודינמי r c יחס הפסקה במחזור דיזל T הטמפרטורה הטמפרטורה הגבוהה במחזור T H קרנו קבוע הגזים האוניברסלי cp = cv = M = R = 1004. 5 717. 46 28. 97 287. 05 J kg K J kg K kg kmole J kg K הטמפרטורה הנמוכה במחזור T L קרנו c v קיבול חום סגולי בנפח קבוע c p קיבול חום סגולי בלחץ קבוע החום המסופק למערכת או Q נפלט ממנה R קבוע הגז העבודה המופקת מן המערכת W או מושקעת בה > 0 W כאשר המערכת מפיקה עבודה q in החום המסופק ליחידת מסה q out החום הנפלט ליחידת מסה קבועי האוויר המשך בעמוד 2
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ט סמל 853201,853101-2 - ρ= m V צפיפות או מסה סגולית R קבוע הגז = R M משוואת המצב של גזים אידאליים PV = mrt או P = rrt c p c v = R R cp = γ γ 1 R cv = γ 1 מקדם קיבול חום סגולי בלחץ קבוע מקדם קיבול חום סגולי בנפח קבוע γ= c p cv יחס קיבולי החום בתהליך כללי const. PV n = בתהליך איזוברי = 0 n בתהליך איזותרמי = 1 n בתהליך אדיאבטי n = γ בתהליך איזוכורי = n T2 T1 n 1 n 1 V1 P n = 2 V2 = P1 בתהליך פוליטרופי שהמעריך שלו הוא n עבודה המופקת ממערכת העוברת ממצב 1 למצב 2 n V PV 1 1 1 1 PV PV 1 V 2 1 1 2 2 = n 1 n 1 n 1 W = V PV 1 1 ln 2 n = 1 V1 המשך בעמוד 3
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ט סמל 853201,853101-3 - ) 1 Q = m c p (T 2 T מעבר חום בלחץ קבוע ) 1 Q = m c v (T 2 T מעבר חום בנפח קבוע ) 1 DU = m c v (T 2 T שינוי האנרגיה הפנימית בגז אידאלי DU = Q W החוק הראשון של התרמודינמיקה w = q in q out עבודה המופקת במחזור ליחידת מסה η th W Qin נצילות מחזור תרמודינמי = 1 ηth = 1 γ 1 P2 γ P1 נצילות מחזור ברייטון 1 ηth = 1 נצילות מחזור אוטו γ 1 r 1 ηth = 1 γ 1 r T η H TL th = TH γ γ 1 r c ( rc 1) נצילות מחזור דיזל נצילות מחזור קרנו מדחפים PW T V o p = ηp ההספק הדרוש להנעת מדחף T כוח הדחף V o מהירות הטיסה η p נצילות המדחף PW P הספק המדחף המשך בעמוד 4
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ט סמל 853201,853101-4 - F = m a 1+ f F N = m a 1+ f F N = m a ( ) V e V 0 ( ) V e V o מנועים דחף נטו של מנוע טורבו סילון ( P e P amb ) A e + ספיקת אוויר m kg a sec m f = f יחס דלק אוויר m ספיקתה דלק = ספיקתהאוויר m V מהירות הפליטה של הגזים מהנחיר e sec V מהירות הטיסה m o sec [Pa] P e לחץ סטטי במישור היציאה מנחיר הפליטה [Pa] P amb לחץ סביבה ] 2 A e [m שטח היציאה של נחיר הפליטה דחף המנוע כאשר ההתפשטות בנחיר פליטה מלאה )נחיר מתואם P(: e = P amb דחף המנוע כאשר f<<1 ונחיר הפליטה מתואם: ) o ( V e V a אווירודינמיקה A שטח חתך צפיפות, מסה סגולית ρ מהירות v לחץ P לחץ עצירה P 0 מוטת הכנף b מיתר כנף ממוצע c זווית התקפה α זווית התקפה שאין בה עילוי α 0L המשך בעמוד 5
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ט סמל 853201,853101-5 - שטח S מקדם הגרר C D צמיגות דינמית µ זווית קונוס מאך γ חוק הרציפות const. r v A = 1 2 P+ ρ v = P0 חוק ברנולי לזרימה אופקית const. = 2 a = γ R T 20 T מהירות הקול באוויר מספר מאך M = v a v c Rc = ρ µ מספר ריינולדס S= bc שטח הכנף AR b 2 = S מנת הממדים מקדם העילוי ) 0L C L = C La (a a L = 1 2 2 ρ v SC L כוח העילוי D= 1 2 2 ρ v SC D כוח הגרר sin γ= 1 M סינוס זווית קונוס מאך בהצלחה!
נספח ב': טבלת אטמוספרה סטנדרטית לשאלונים 853201, 853101, קיץ תשס"ט גובה פני הים h 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 טמפרטורת האוויר T 15. 0 8. 5 2. 0 4.5 11.0 17.5 24.0 30.5 37.0 43.5 50.0 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 מהירות הקול a 340 336 332 329 325 320 316 312 308 304 299 לחץ האוויר P (Pa) (N / m 2 ) 1.0132 10 5 0.8987 10 5 0.7948 10 5 0.7010 10 5 0.6163 10 5 0.5400 10 5 0.4717 10 5 0.4104 10 5 0.3558 10 5 0.3073 10 5 0.2642 10 5 0.2261 10 5 0.1932 10 5 0.1650 10 5 0.1409 10 5 0.1203 10 5 0.1027 10 5 0.0785 10 5 0.0749 10 5 0.0640 10 5 0.0546 10 5 0.0117 10 5 צפיפות האוויר ρ 1.226 1.112 1.007 0.909 0.820 0.737 0.660 0.589 0.526 0.467 0.413 0.364 0.311 0.265 0.227 0.194 0.163 0.141 0.121 0.103 0.088 0.019 צמיגות האוויר µ ( km) ( C) (m / sec) ( kg / m 3 ) ( kg / m sec) 1.780 10 5 1.749 10 5 1.717 10 5 1.684 10 5 1.652 10 5 1.619 10 5 1.586 10 5 1.552 10 5 1.517 10 5 1.482 10 5 1.447 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5
נספח ג': לשאלה 9 לשאלון 853101, קיץ תשס"ט קוטר חיצוני d (mm) תבריגי הידוק מטריים חיצוניים לפי ISO (ת"י 665) תבריגים רגילים פסיעה שטח חתך קוטר קוטר למתיחה פנימי אפקטיבי P A d 1 d 2 (mm) (mm 2 ) (mm) (mm) 2 0.40 1.79 1.509 1.740 2.5 0.45 2.98 1.948 2.200 3 0.5 4.47 2.387 2.675 3.5 0.6 6.00 2.764 3.110 4 0.7 7.75 3.141 3.545 5 0.8 12.7 4.079 4.420 6 1 17.9 4.773 5.350 תבריגים עדינים פסיעה שטח חתך קוטר קוטר למתיחה פנימי אפקטיבי P A d 1 d 2 (mm) (mm 2 ) (mm) (mm) 8 1.25 32.8 6.466 7.188 1 36.0 6.773 7.350 10 1.5 52.3 8.160 9.062 1.25 56.3 8.466 9.188 12 1.75 76.3 9.853 10.863 1.25 86.0 10.466 10.647 14 2 104 11.546 12.701 1.5 116 12.160 13.026 16 2 144 13.546 14.701 1.5 157 14.160 15.026 20 2.5 225 16.933 18.376 1.5 259 18.760 19.026 24 3 324 20.319 22.051 2 365 21.546 22.701 30 3.5 519 25.706 27.727 2 596 27.546 28.701 36 4 759 31.092 33.402 2 884 33.546 34.701 42 4 1050 36.779 39.077 2 1230 39.546 40.701 48 5 1380 41.866 44.752 2 1630 45.456 46.701 56 5.5 1910 49.252 52.428 2 2250 53.516 54.701 64 6 2520 56.639 60.639 2 2980 61.546 62.701
סוג הבחינה: בגרות לבתי ספר על יסודיים מדינת ישראל מועד הבחינה: קיץ תשס"ח, 2008 משרד החינוך סמל השאלון: 853101 א. משך הבחינה: שעתיים וחצי. מערכות תעופה א' יחידת לימוד אחת הוראות לנבחן ב. מבנה השאלון ומפתח ההערכה: בשאלון זה חמישה פרקים: ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר, אך מכוונות לנבחנות ולנבחנים כאחד. נספחים: א. נוסחאון למערכות תעופה פרק ראשון: אווירודינמיקה פרק שני: תרמודינמיקה פרק שלישי: מנועים פרק רביעי: תכן הנדסי פרק חמישי: מבנאות יש לענות על חמש שאלות. לכל שאלה 20 נקודות. ב. טבלת אטמוספרה סטנדרטית ג. לשאלה 1 ג. חומר עזר מותר לשימוש: נוסחאון בית ספרי, כלי סרטוט ומחשבון. ד. הוראות מיוחדות: 1. עיין בשאלון, הכר את חלקיו, ורק אז ענה על השאלות בסדר הנראה לך. 2. בכל שאלה ניתנו הנתונים לפתרונה. אם לדעתך חסר נתון, הוסף אותו על פי שיקול דעתך ופתור בעזרתו את השאלה. רשום בתשובתך את הנתון שבחרת להוסיף. 3. אם מספר השאלות שהספקת לפתור עולה על הנדרש, אינך צריך לבחור את התשובות שייבדקו. המעריך יבדוק את כל המבחן ויבחר את התשובות הטובות ביותר, לפי מספר שאלות החובה. 4. בתשובה לשאלה חישובית, עליך להציג את שלבי הפתרון באופן מפורט ולהסבירם בקצרה. קבלת מ רב הנקודות מותנית במילוי דרישה זו. בשאלון זה 12 עמודים ו 7 עמודי נספחים. בהצלחה!
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ח - 2 - השאלות יש לענות על חמש שאלות בסך הכל. לכל שאלה 20 נקודות. פרק ראשון: אווירודינמיקה שאלה 1 א. באיור לשאלה זו מתואר מטוס. האיור מופיע גם בנספח ג' לשאלה זו. סרטט על גבי הנספח את ארבעת הכוחות הפועלים על המטוס בעת הטיסה. מרכז הלחץ איור לשאלה 1 ב. בחר את ההיגד הנכון מבין ההיגדים שלהלן והעתק אותו למחברתך. 1. עם עליית זווית ההתקפה של הפרופיל יקטנו מקדם העילוי ומקדם הגרר של הפרופיל. 2. עם עליית זווית ההתקפה של הפרופיל יגדל מקדם העילוי של הפרופיל ומקדם הגרר שלו יקטן. 3. עם עליית זווית ההתקפה של הפרופיל יקטן מקדם העילוי של הפרופיל ומקדם הגרר שלו יגדל. 4. עם עליית זווית ההתקפה של הפרופיל יגדלו מקדם העילוי ומקדם הגרר של הפרופיל. ג. רשום את שמותיהם של שני רכיבים המותקנים בתא הטייס של המטוס, שבאמצעותם מועברות פקודות למשטחי ההיגוי של המטוס. ציין לאילו תנועות של המטוס גורם כל רכיב. המשך בעמוד 3
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ח - 3 - שאלה 2 הסבר מהי שכבת גבול מסביב לכנף וכיצד היא נוצרת. א. הסבר כיצד תשפיע הגדלת זווית ההתקפה של הכנף על שכבת הגבול. ב. הסבר את תופעת ההזדקרות של כנף המטוס וכיצד היא משפיעה על העילוי. ג. שאלה 3 באיור לשאלה זו מתואר פרופיל כנף עם תוספות של כנפון ומדף. 2 1 איור לשאלה 3 א. איזו ספרה באיור מייצגת את הכנפון ואיזו ספרה מייצגת את המדף? ב. ציין תפקיד אחד של הכנפון ותפקיד אחד של המדף. ג. הסבר באילו שלבים בטיסה משתמשים בכנפון ובמדף, ומדוע. המשך בעמוד 4
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ח - 4 - פרק שני: תרמודינמיקה שאלה 4 א. מהו ההבדל בין קבוע גז לבין קבוע הגזים האוניברסלי, ומהו הקשר ביניהם? הלחץ ההפרשי )הלחץ הנמדד על ידי מד לחץ( של האוויר בצמיג של מכונית ב. בטמפרטורה 27 C הוא. 200 kpa לחץ הסביבה הוא. 100 kpa נפח הצמיג הוא. 0.1 m 3 1. חשב את לחץ האוויר בצמיג כאשר טמפרטורת האוויר היא. 50 C 2. הטמפרטורה של האוויר היא ; 50 C מהי מסת האוויר שיש להקיז מהצמיג כדי להחזיר את הלחץ לערכו בטמפרטורה של? 27 C הערה: הנח שהצמיג קשיח לחלוטין. המשך בעמוד 5
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ח - 5 - שאלה 5 באיור א' ו ב' לשאלה זו מסורטטים באופן סכמתי במישור לחץ נפח )P V( מחזורים אידיאליים ידועים של מנועי חום. לחץ, P לחץ, P 2 3 3 1 4 2 4 1 נפח, V נפח, V איור א' לשאלה 5 איור ב' לשאלה 5 א. מהו שם המחזור המתואר באיור א'? הסבר את התהליכים התרמודינמיים שהגז עובר בין כל צמד נקודות סמוכות במחזור )1 2 2 3, 3 4, 4 1(,, וציין היכן נקלט חום והיכן נפלט חום במחזור. ב. מהו שם המחזור המתואר באיור ב'? הסבר את התהליכים התרמודינמיים שהגז עובר בין כל צמד נקודות סמוכות במחזור )1 2 2 3, 3 4, 4 1(,, וציין היכן נקלט חום והיכן נפלט חום במחזור. ג. ציין הבדל אחד הקשור לחום בין שני המחזורים. המשך בעמוד 6
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ח - 6 - שאלה 6 גז הליום נדחס בתהליך פוליטרופי: לחץ הגז בתחילת התהליך הוא 200 kpa טמפרטורת הגז בתחילת התהליך היא 20 C נפח הגז בתחילת התהליך הוא 0.5 m 3 לחץ הגז בסוף התהליך הוא 400 kpa מעריך הפוליטרופה הוא = 1.67 n נתונים נוספים: J קבוע הגז של הליום הוא: =.2076 9 R kg K היחס בין החום הסגולי בלחץ קבוע לבין החום הסגולי בנפח קבוע הוא = 1.67 g א. חשב את מסת גז ההליום. ב. חשב את טמפרטורת גז ההליום בסוף התהליך הפוליטרופי. ג. חשב את מקדם החום הסגולי בנפח קבוע,, C v של גז ההליום. ד. בחן את הערך הנתון של מעריך הפוליטרופה, n וקבע מהו סוג התהליך שעבר גז ההליום? האם בתהליך זה נקלט או נפלט חום? ה. חשב את העבודה שבוצעה בזמן התהליך. האם העבודה בוצעה על המערכת או על ידי המערכת? נמק את תשובתך. המשך בעמוד 7
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ח - 7 - פרק שלישי: מנועים שאלה 7 להלן שלושה פרמטרים של מנוע טורבו סילון: א. ספיקת הדלק כוח הדחף ספיקת אוויר הסבר כיצד כל אחד מן הפרמטרים משתנה כאשר גובה הטיסה עולה. הסבר מה תפקידו של מבער אחורי של מנוע טורבו סילון. 1. ב. ציין שני מצבים שנדרש להפעיל בהם את המבער האחורי במנוע טורבו סילון. 2. באיור לשאלה זו נתון חתך סכמתי של מנוע. ג. 2 1 3 איור לשאלה 7 1. מהו סוג המנוע המתואר באיור? 2. רשום את שמות החלקים המצוינים בספרות 2, 1 ו. 3 המשך בעמוד 8
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ח - 8 - שאלה 8 באיור לשאלה זו מתואר להב טורבינה. F 1 F 3 F 2 כיוון סיבוב איור לשאלה 8 א. רשום את שמו של כל אחד מן הכוחות המצוינים באיור: F 2, F 1 ו. F 3 הסבר מה מקורו של כל כוח ומהו הכוח הגדול ביותר. ב. הסבר את תופעת הזחילה בלהב טורבינה. ציין שני פרמטרים פיזיקליים הקשורים לטורבינה שיש להגביל כל אחד מהם כדי להקטין את תופעת הזחילה. הסבר כיצד פועלת טורבינה מקוררת אוויר במנוע טורבו סילון ומאין מגיע אוויר 1. ג. הקירור. 2. ציין יתרון אחד וחיסרון אחד של טורבינה מקוררת באוויר לעומת טורבינה שאיננה מקוררת באוויר. המשך בעמוד 9
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ח - 9 - פרק רביעי: תכן הנדסי a שאלה 9 באיורים א' וב' לשאלה זו מתואר מבנה הכולל שני פחים המצוינים באות, a שמהודקים לפח מרכזי המצוין באות. b המבנה מחובר באמצעות ארבע מסמרות זהות. כוח F פועל על שני הפחים המצוינים באות. a z F z b איור א' לשאלה 9 הכוח F מתחלק באופן שווה על שני הפחים כמתואר באיור ב'. a F 2 b a חתך z-z F 2 נתונים: F = 10,000 N איור ב' לשאלה 9 המאמץ המותר לגזירה ולמעיכה של חומר המסמרות הוא [σ] = 120 MPa עובי כל אחד משלושת הפחים הוא. 5 mm א. חשב את קוטר המסמרה הדרוש בהתחשב במאמץ הגזירה. ב. חשב את קוטר המסמרה הדרוש בהתחשב במאמץ המעיכה. ג. אילו הכוח F לא היה פועל במרכז החיבור שבין שני הפחים, האם היה נדרש לחשב מחדש את קוטר המסמרה? נמק את תשובתך בקצרה ללא חישוב. המשך בעמוד 10
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ח - 10 - שאלה 10 באיור לשאלה זו מתואר חתך של שסתום כיוון אחד של משאבה, שבו מורכב קפיץ בורגי בעל תיל עגול. Δx F 1 איור לשאלה 10 השסתום נלחץ על ידי הקפיץ בכוח מוקדם. F 0 עם פתיחת השסתום בשיעור x, הכוח הפועל על הקפיץ עולה לערך. F 1 נתונים: הקפיץ עשוי מפלדת קפיצים מסוג SAE 1080 בעלת מאמץ מותר לתכנון של [σ] = 850 MPa. כוח הלחיצה המוקדם על הקפיץ הוא F. 0 = 500 N כוח הלחיצה המרבי על הקפיץ בעת פעולת השסתום הוא F. 1 = 700 N שיעור פתיחת השסתום הוא x = 10 mm. D יחס הקטרים בקפיץ הוא 10= = e, כאשר: d D הוא הקוטר הממוצע של הקפיץ d הוא קוטר התיל שהקפיץ עשוי ממנו. א. הסבר מדוע נדרש כוח לחיצה מוקדם בקפיץ,. F 0 ב. חשב את קוטר התיל הנדרש,. d ג. חשב את הקוטר הממוצע של הקפיץ,. D ד. חשב את קבוע הקפיץ,. C המשך בעמוד 11
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ח - 11 - פרק חמישי: מבנאות שאלה 11 א. ציין שתי בדיקות אל הרס נפוצות לגילוי סדקים במבנה מטוס. ב. התעורר חשד שיש סדק במעטה המטוס ובקורה התומכת, העשויים מנתך אלומיניום מסוג. 2024T4 האם בדיקת מגנופלקס מתאימה לגילוי הסדק? נמק את תשובתך. ג. רשום ארבעה אמצעי זהירות שיש לנקוט כאשר משתמשים בגיליוטינה לחיתוך פח. ד. ציין הבדל אחד בין זיקון מלאכותי לבין זיקון טבעי של מסמרות מנתך אלומיניום. שאלה 12 א. ציין שלוש תכונות אופייניות לנתכי אלומיניום שבזכותן חומר זה נפוץ במבנה המטוס. ב. ציין שני גורמים המשפיעים על קביעת רדיוס הכיפוף של פח מעטה או של צלע חיזוק במבנה המטוס. ג. להלן סימון של נתכים: 2017 5052 6061 7073 3003 לאילו מהנתכים הנ"ל לא ניתן לבצע טיפול תרמי? ד. ציין שלושה כללים שיש להקפיד עליהם בעת ביצוע תיקון במבנה מטוס באמצעות מסמרות וטלאי במבנה. המשך בעמוד 12
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ח - 12 - שאלה 13 באיור לשאלה זו מתוארת פגיעה חודרת במעטה חיצוני של מטוס. Ø 5.0 cm 0.063'' איור לשאלה 13 סוג פח המעטה הוא 6061T6. עובי פח המעטה הוא "0.063 = t )63 אלפיות האינטש(. קוטר הפגיעה הוא. 5 cm איזה סוג פח נדרש לתיקון הנזק? א. מה מציין הסימן "T6" בהגדרת נתך האלומיניום? ב. מהו עוביו של פח החיזוק הדרוש לתיקון הנזק? ג. מהו קוטרו של פח החיזוק הדרוש לתיקון הנזק? ד. כמה מסמרות דרושות לתיקון הנזק? ה. בהצלחה! זכות היוצרים שמורה למדינת ישראל. אין להעתיק או לפרסם אלא ברשות משרד החינוך.
נספח א': נוסחאון למערכות תעופה )5 עמודים( לשאלונים 853201, 853101, קיץ תשס"ח תרמודינמיקה הגדרת משתנים קבועים ויחסי המרה בין יחידות 1 bar = 10 5 N m 2 = 105 Pa 1 BTU = 252 cal 1 cal = 4.185 J (Joule) T [K] = T [ C] + 273.15 R = 8314. 9 J kmole K P לחץ הגז V נפח הגז m מסת הגז M המסה המולקולרית של הגז r יחס דחיסה במחזור תרמודינמי r c יחס הפסקה במחזור דיזל T הטמפרטורה הטמפרטורה הגבוהה במחזור T H קרנו קבוע הגזים האוניברסלי: cp = cv = M = R = 1004. 6 717. 46 28. 97 287. 05 J kg K J kg K kg kmole J kg K הטמפרטורה הנמוכה במחזור T L קרנו c v קיבול חום סגולי בנפח קבוע c p קיבול חום סגולי בלחץ קבוע החום המסופק למערכת או Q נפלט ממנה R קבוע הגז העבודה המופקת מן המערכת W או מושקעת בה > 0 W כאשר המערכת מפיקה עבודה q in החום המסופק ליחידת מסה q out החום הנפלט ליחידת מסה קבועי האוויר: המשך בעמוד 2
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ח סמל 853201,853101-2 - ρ= m V צפיפות או מסה סגולית R קבוע הגז = R M משוואת המצב של גזים אידיאליים PV = mrt או P = rrt c p c v = R R cp = γ γ 1 R cv = γ 1 מקדם קיבול חום סגולי בלחץ קבוע מקדם קיבול חום סגולי בנפח קבוע γ= c p cv יחס מקדמי קיבולי החום הסגוליים בתהליך כללי const. PV n = בתהליך איזוברי = 0 n בתהליך איזותרמי = 1 n בתהליך אדיאבטי n = γ בתהליך איזוכורי = n T2 T1 n 1 n 1 V1 P n = 2 V2 = P1 בתהליך פוליטרופי שהמעריך שלו הוא n עבודה המופקת ממערכת העוברת ממצב 1 למצב 2 n V PV 1 1 1 1 PV PV 1 V 2 1 1 2 2 = n 1 n 1 n 1 W = V PV 1 1 ln 2 n = 1 V1 המשך בעמוד 3
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ח סמל 853201,853101-3 - ) 1 Q = m c p (T 2 T מעבר חום בלחץ קבוע ) 1 Q = m c v (T 2 T מעבר חום בנפח קבוע ) 1 DU = m c v (T 2 T שינוי האנרגיה הפנימית בגז אידיאלי DU = Q W החוק הראשון של התרמודינמיקה למערכת סגורה w = q in q out עבודה המופקת במחזור ליחידת מסה η th W Qin נצילות מחזור תרמודינמי = 1 ηth = 1 γ 1 P2 γ P1 נצילות מחזור ברייטון 1 ηth = 1 נצילות מחזור אוטו γ 1 r 1 ηth = 1 γ 1 r T η H TL th = TH γ γ 1 r c ( rc 1) נצילות מחזור דיזל נצילות מחזור קרנו המשך בעמוד 4
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ח F = m a 1+ f סמל 853201,853101 ( ) V e V 0-4 - מנועים דחף נטו של מנוע טורבו סילון ( P e P amb ) A e + ספיקת אוויר m kg a sec m f = f יחס דלק אוויר m ספיקתה דלק = ספיקתהאוויר m V מהירות הפליטה של הגזים מהנחיר e sec V מהירות הטיסה m o sec [Pa] P e לחץ סטטי במישור היציאה מנחיר הפליטה [Pa] P amb לחץ סביבה ] 2 A e [m שטח היציאה של נחיר הפליטה דחף המנוע כאשר ההתפשטות בנחיר פליטה מלאה )נחיר מתואם P(: e = P amb a F N = m a 1+ f F N = m a ( ) V e V o ( V e V o ) דחף המנוע כאשר 1>>f ונחיר הפליטה מתואם: אווירודינמיקה A שטח חתך צפיפות, מסה סגולית ρ מהירות v לחץ P לחץ עצירה P 0 מוטת הכנף b מיתר כנף ממוצע c זווית התקפה α זווית התקפה שאין בה עילוי α 0L המשך בעמוד 5
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ח סמל 853201,853101-5 - שטח S מקדם הגרר C D צמיגות דינמית µ זווית קונוס מאך γ חוק הרציפות const. r v A = 1 2 P+ ρ v = P0 חוק ברנולי לזרימה אופקית const. = 2 a = γ R T 20 T מהירות הקול באוויר מספר מאך M = v a v c Rc = ρ µ מספר ריינולדס S= bc שטח הכנף AR b 2 = S מנת הממדים מקדם העילוי ) 0L C L = C La (a a L = 1 2 2 ρ v SC L כוח העילוי D= 1 2 2 ρ v SC D כוח הגרר sin γ= 1 M סינוס זווית קונוס מאך בהצלחה!
נספח ב': טבלת אטמוספרה סטנדרטית לשאלונים 853201, 853101, קיץ תשס"ח גובה פני הים h 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 טמפרטורת האוויר T 15. 0 8. 5 2. 0 4.5 11.0 17.5 24.0 30.5 37.0 43.5 50.0 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 56.5 מהירות הקול a 340 336 332 329 325 320 316 312 308 304 299 לחץ האוויר P (Pa) (N / m 2 ) 1.0132 10 5 0.8987 10 5 0.7948 10 5 0.7010 10 5 0.6163 10 5 0.5400 10 5 0.4717 10 5 0.4104 10 5 0.3558 10 5 0.3073 10 5 0.2642 10 5 0.2261 10 5 0.1932 10 5 0.1650 10 5 0.1409 10 5 0.1203 10 5 0.1027 10 5 0.0785 10 5 0.0749 10 5 0.0640 10 5 0.0546 10 5 0.0117 10 5 צפיפות האוויר 1.226 1.112 1.007 0.909 0.820 0.737 0.660 0.589 0.526 0.467 0.413 0.364 0.311 0.265 0.227 0.194 0.163 0.141 0.121 0.103 0.088 0.019 צמיגות האוויר ( km) ( C) (m / sec) ( kg / m 3 ) ( kg / m sec) 1.780 10 5 1.749 10 5 1.717 10 5 1.684 10 5 1.652 10 5 1.619 10 5 1.586 10 5 1.552 10 5 1.517 10 5 1.482 10 5 1.447 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5
נספח ג': לשאלה 1 לשאלון 853101, קיץ תשס"ח מקום למדבקת נבחן
סוג הבחינה: בגרות לבתי ספר על יסודיים מדינת ישראל מועד הבחינה: קיץ תשס"ז, 2007 משרד החינוך סמל השאלון: 853101 א. משך הבחינה: שעתיים וחצי. מערכות תעופה א' יחידת לימוד אחת הוראות לנבחן ב. מבנה השאלון ומפתח ההערכה: בשאלון זה חמישה פרקים: נספחים: א. נוסחאון למערכות תעופה פרק ראשון: אווירודינמיקה פרק שני: תרמודינמיקה פרק שלישי: פרק רביעי: פרק חמישי: מנועים תכן הנדסי מבנאות יש לענות על חמש שאלות. לכל שאלה 20 נקודות. ג. חומר עזר מותר לשימוש: נוסחאון בית ספרי, כלי סרטוט ומחשבון. ד. הוראות מיוחדות: 1. עיין בשאלון, הכר את חלקיו ורק אז ענה על השאלות בסדר הנראה לך. ב. טבלת אטמוספרה סטנדרטית 2. בכל שאלה ניתנו הנתונים לפתרונה. אם לדעתך חסר נתון, הוסף אותו על פי שיקול דעתך ופתור בעזרתו את השאלה. רשום בתשובתך את הנתון שבחרת להוסיף. 3. אם מספר השאלות שהספקת לפתור עולה על הנדרש, אינך צריך לבחור את התשובות שייבדקו. המעריך יבדוק את כל המבחן ויבחר את התשובות הטובות ביותר, לפי מספר שאלות החובה. 4. בתשובה לשאלה חישובית, עליך להציג את שלבי הפתרון באופן מפורט ולהסבירם בקצרה. קבלת מ רב הנקודות מותנית במילוי דרישה זו. בשאלון זה 12 עמודים ו 6 עמודי נספחים. ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר, אך מכוונות לנבחנות ולנבחנים כאחד. בהצלחה!
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ז - 2 - השאלות יש לענות על חמש שאלות. לכל שאלה 20 נקודות. פרק ראשון: אווירודינמיקה שאלה 1 באיור לשאלה זו מתואר פרופיל כנף. איור לשאלה 1 ציין את שמותיהם של שני הרכיבים להגברת העילוי, המסומנים באיור בספרות 1 ו. 2 א. ציין תפקיד עיקרי אחד של רכיב מספר. 1 1. ב. ציין תפקיד עיקרי אחד של רכיב מספר. 2 2. מהם שני מצבי הטיסה שבהם צריך להשתמש ברכיבים להגברת העילוי? נמק את תשובתך. ג. המשך בעמוד 3
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ז - 3 - שאלה 2 באיור לשאלה זו מתואר פרופיל כנף ומסומנים בו חצים המציינים את הכוחות הפועלים עליו בזמן טיסה. איור לשאלה 2 א. העתק את האיור למחברתך. סמן באיור את הגדלים שלהלן: עילוי, L התנגדות, D שקול אווירודינמי, R זווית התקפה, α מיתר פרופיל, C ב. תאר במילים מהי תנועה בלתי מייצבת של הכנף. התייחס בתשובתך לכוח העילוי ולכוח הכובד. ג. לאיזה כיוון (לפנים או לאחור) ינוע מרכז הלחץ לאורך מיתר הפרופיל כאשר זווית ההתקפה תגדל? המשך בעמוד 4
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ז - 4 - שאלה 3 באיור לשאלה זו נתון גרף המתאר את התלות של מקדם ההתנגדות של הכנף,, C D כתלות בזווית ההתקפה,. α איור לשאלה 3 א. קבע על פי הגרף את נקודת ההזדקרות של הכנף. ב. הסבר מהי תופעת ההזדקרות של כנף. ג. ציין אמצעי אחד במטוס להשהיית ההזדקרות של הכנף. המשך בעמוד 5
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ז - 5 - פרק שני: תרמודינמיקה שאלה 4 באיור לשאלה זו מתואר מכל מוליך חום, המחולק באמצעות מחיצה קשיחה ומוליכת חום לשני תאים בעלי נפח זהה. התא הימני של המכל מכיל גז מימן, והתא השמאלי שלו מכיל גז חנקן. מסת המימן ומסת החנקן שוות. סביב המכל נמצא אוויר בטמפרטורה קבועה,. T amb איור לשאלה 4 נתונים: J הקבוע האוניברסלי של הגזים: = 8314 Ru kmol K kg המסה המולקולרית של מימן: = 2 מימןM kmol kg המסה המולקולרית של חנקן: = 28 חנקןM kmol א. חשב את קבוע הגז של המימן ואת קבוע הגז של החנקן. ב. חשב את היחס בין לחץ המימן לבין לחץ החנקן זמן רב לאחר שהגזים הוכנסו למכלים. המשך בעמוד 6
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ז - 6 - שאלה 5 אוויר נדחס בתהליך אדיאבטי איזנטרופי בתוך מערכת סגורה. נתונים: היחס בין הלחץ בסוף תהליך הדחיסה לבין הלחץ בתחילת התהליך הוא: =.11 5 P2 P1 הטמפרטורה של האוויר בתחילת התהליך היא: T 1 = 300 K J R = 287 kg K קבוע הגז של האוויר הוא: יחס קיבולי החום הסגוליים הוא: = 1.4 γ א. חשב את החום הסגולי בנפח קבוע, V, C של האוויר. ב. חשב את טמפרטורת האוויר,, T 2 בסוף התהליך. ג. חשב את העבודה ליחידת מסה שהושקעה בדחיסת האוויר. המשך בעמוד 7
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ז - 7 - שאלה 6 באיור לשאלה זו מתואר מחזור פעולה של מנוע קרנו במישור P V (לחץ כתלות בנפח). המנוע פועל בין הטמפרטורות 27 C ו C. 927 איור לשאלה 6 א. העתק למחברתך את האיור, וציין על גבי האיור את הנתונים שלהלן: 1. סוגי התהליכים בין הנקודות. 2. הנקודות שביניהן נקלט חום והנקודות שביניהן נפלט חום. ב. חשב את הנצילות התרמית של המחזור. ג. קבע אם יחס הלחצים בין הנקודות 1 ו 4,, P 1 שווה ליחס הלחצים בין הנקודות 2 P4, P 2 או שונה ממנו. נמק את קביעתך באמצעות הצגת נוסחאות מתאימות או חישוב ו 3, P3 מתאים. המשך בעמוד 8
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ז - 8 - פרק שלישי: מנועים שאלה 7 הסבר את תפקיד המדחס במנוע טורבו סילון. א. הסבר כיצד משפיע יחס הלחצים במדחס על תצרוכת הדלק הסגולית של מנוע טורבו סילון. ב. הסבר מהי הזדקרות מדחס. ג. ציין שני אמצעים למניעת הזדקרות המדחס במנוע טורבו סילון. ד. שאלה 8 א. נתון מנוע בוכנה של ארבע פעימות. נפח הצילינדר בנמ"ת הוא. 320 cm 3 נפח הצילינדר בנמ"ע הוא. 40 cm 3 חשב את יחס הדחיסה של המנוע. ב. הסבר מהו תפקידו של בולם זעזועים המותקן בין מנוע הבוכנה ובין גוף המטוס. ג. במנוע בוכנה שסתום הפליטה סגור ושסתום היניקה בתהליך סגירה. באיזו פעימה נמצא המנוע? ד. רשום שלושה מתפקידיו של השמן במנוע בוכנה. המשך בעמוד 9
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ז - 9 - פרק רביעי: תכן הנדסי שאלה 9 באיור לשאלה זו מתואר מצמד מכני המחבר שני גלים בעזרת שני שגמים זהים. הכוח הפועל על כל שגם הוא 33 kn והוא פועל במרכז השגם, כמתואר באיור. השגם מיוצר מפלדה מסוג SAE 1020 שהחוזק שלה לגזירה הוא, 240 MPa וחוזק לחץ המגע המותר (מעיכה) שלה הוא. 280 MPa הקוטר של שני הגלים המחוברים דרך המצמד זהה והוא. d = 25 mm h, נמצאת בתוך הגל והמחצית השנייה בתוך המצמד. 2 מחצית מגובהו של השגם, שני הגלים מסתובבים בקצב r.p.m.. 300 אורכו של כל שגם. l = 20 mm איור לשאלה 9 א. חשב את רוחב השגם המסומן ב b ואת גובה השגם המסומן ב h. ב. חשב את מומנט הפיתול המועבר על ידי המצמד המכני. ג. מהו ההספק המרבי המועבר על ידי המצמד המכני? ד. אם יגדילו את מהירות הסיבוב של הגלים למהירות סיבוב של r.p.m. 600 כאשר שאר התנאים הנתונים בשאלה נותרים ללא שינוי, האם המומנט המועבר על ידי המצמד יגדל או יקטן? נמק את תשובתך. המשך בעמוד 10
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ז - 10 - שאלה 10 באיור לשאלה זו נתון מבנה המחובר לקיר. כוח של 2500 N פועל על המבנה בזווית, 20 כמתואר באיור. הכוח פועל במרכז הקדח של התומך. התומך מהודק לקיר באמצעות שני ברגים. הברגים הם בעלי תבריג מטרי מסוג. M5 איור לשאלה 10 מקדם החיכוך בין התבריג של הבורג ובין החומר שממנו עשוי הקיר הוא: = 0.08 μ. בטבלה שלהלן מופיעים נתוני התבריג מסוג. M5 הקוטר האפקטיבי הקוטר הפנימי שטח חתך המתיחה פסיעה קוטר חיצוני d [mm] P [mm] A [mm 2 ] d 1 [mm] d 2 [mm] 5 0.8 12.7 4.079 4.420 א. חשב את הכוח הצירי,, Q הפועל בכל בורג. ב. חשב את מומנט ההידוק הדרוש לכל בורג עקב הכוח הצירי,, Q שחישבת בסעיף א'. הזנח את כוח החיכוך בין ראש הבורג ובין האוגן התומך. ג. האם קיימת נעילה עצמית בתבריג? נמק את תשובתך. המשך בעמוד 11
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ז - 11 - פרק חמישי: מבנאות שאלה 11 א. באיור לשאלה זו מתואר פח מכופף מסוג אלומיניום 0 2024. עובי הפח 0.080" mm) (2. מהו רדיוס הכיפוף המינימלי של הפח? ב. ציין שני גורמים המשפיעים על גודלו של רדיוס הכיפוף. ג. ציין אילו מאמצים מתפתחים באזור הכיפוף של הפח. ד. הסבר כיצד היה משתנה רדיוס הכיפוף אילו הפח היה מסוג אלומיניום T4 2024. איור לשאלה 11 שאלה 12 א. על גבי פח אלומיניום מסוג "אלקלד" (ALCLAD) מופיע הסימון: ALCLAD 7075 0 0.080 1. מה מבטא הסימן "0.080"?.2 מה מבטא הסימן " 0 "? 3. כיצד ניתן לזהות את כיוון הסיבים של פח האלומיניום? ב. יש לחבר שני פחים, I ו II, מסוג אלומיניום T3 2024. החיבור נעשה באמצעות מסמרות. MS20470AD העובי של פח : I "0.051 העובי של פח : II "0.063 1. מהו קוטר המסמרה הדרוש לחיבור הפחים? 2. מהו אורך המסמרה הדרוש לחיבור הפחים? 3. רשום את המספר הקטלוגי המלא של המסמרה שהתקבלה על פי חישוביך. רשום את המספר על פי התבנית שלהלן: ) ( ) ( MS20470AD. המשך בעמוד 12
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ז - 12 - שאלה 13 באיור לשאלה זו מתואר סדק שנוצר באחת הקורות של מבנה מטוס. הקורה עשויה מאלומיניום. 2024T3 עובי הקורה 0.051". איור לשאלה 13 מהו עובי החיזוק הדרוש? א. מהו החומר הנדרש לביצוע החיזוק? ב. מהי הפעולה המידית הנדרשת לעצירת התפתחות הסדק בקורה? ג. כיצד ניתן למנוע שיתוך בין הקורה לבין החיזוק לאחר התיקון? ד. בהצלחה! זכות היוצרים שמורה למדינת ישראל. אין להעתיק או לפרסם אלא ברשות משרד החינוך.
נספח א': נוסחאות למערכות תעופה (5 עמודים) לשאלונים 853201, 853101, קיץ תשס"ז תרמודינמיקה הגדרת משתנים קבועים ויחסי המרה בין יחידות 1 bar = 10 5 N m 2 = 105 Pa 1 BTU = 252 cal 1 cal = 4.185 J (Joule) T [K] = T [ C] + 273.15 R = 8314. 9 P לחץ הגז V נפח הגז m מסת הגז M המסה המולקולרית של הגז r יחס דחיסה במחזור תרמודינמי r c יחס הפסקה במחזור דיזל T הטמפרטורה הטמפרטורה הגבוהה במחזור T H קרנו קבוע הגזים האוניברסלי: J kmole K cp = cv = M = R = 1004. 6 717. 46 28. 97 287. 05 J kg K J kg K kg kmole J kg K הטמפרטורה הנמוכה במחזור T L קרנו c v קיבול חום סגולי בנפח קבוע c p קיבול חום סגולי בלחץ קבוע החום המסופק למערכת או Q נפלט ממנה R קבוע הגז העבודה המופקת מן המערכת W או מושקעת בה > 0 W כאשר המערכת מפיקה עבודה q in החום המסופק ליחידת מסה q out החום הנפלט ליחידת מסה קבועי האוויר: המשך בעמוד 2
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ז סמל 853201,853101-2 - ρ = m V צפיפות או מסה סגולית R קבוע הגז = R M P = ρrt או PV = mrt משוואת המצב של גזים אידיאליים c p c v = R R cp = γ γ 1 R cv = γ 1 מקדם קיבול חום סגולי בלחץ קבוע מקדם קיבול חום סגולי בנפח קבוע γ = c p cv PV n = const. יחס קיבולי החום בתהליך איזוברי = 0 n בתהליך איזותרמי = 1 n בתהליך אדיאבטי n = γ בתהליך איזוכורי = n בתהליך כללי T2 T1 n 1 n 1 V1 P n = 2 V2 = P1 בתהליך פוליטרופי שהמעריך שלו הוא n עבודה המופקת ממערכת העוברת ממצב 1 למצב 2 n V P V 1 1 1 1 P V P V 1 V 2 1 1 2 2 = n 1 n 1 n 1 W = V P1 V1 ln 2 n = 1 V1 המשך בעמוד 3
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ז סמל 853201,853101-3 - Q = m c p (T 2 T 1 ) Q = m c v (T 2 T 1 ) מעבר חום בלחץ קבוע מעבר חום בנפח קבוע שינוי האנרגיה הפנימית בגז אידיאלי ) 1 ΔU = m c v (T 2 T ΔU = Q W החוק הראשון של התרמודינמיקה עבודה המופקת במחזור ליחידת מסה w = q in q out η th W Qin נצילות מחזור תרמודינמי = 1 ηth = 1 γ 1 P2 γ P1 נצילות מחזור ברייטון 1 ηth = 1 נצילות מחזור אוטו γ 1 r 1 ηth = 1 γ 1 r T η H TL th = TH γ γ 1 r c ( rc 1) נצילות מחזור דיזל נצילות מחזור קרנו המשך בעמוד 4
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ז F = &m a 1 + f F N = &m a 1 + f סמל 853201,853101 ( ) V e V 0-4 - מנועים דחף נטו של מנוע טורבו סילון ( P e P amb ) A e + kg &m ספיקת אוויר a sec m f = f יחס דלק אוויר m ספיקתה דלק = ספיקתהאוויר m V מהירות הפליטה של הגזים מהנחיר e sec V מהירות הטיסה m o sec [Pa] P e לחץ סטטי במישור היציאה מנחיר הפליטה [Pa] P amb לחץ סביבה ] 2 A e [m שטח היציאה של נחיר הפליטה דחף המנוע כאשר ההתפשטות בנחיר פליטה מלאה (נחיר מתואם P): e = P amb ( ) V e V o a F N = &m a ( V e V o ) דחף המנוע כאשר 1>>f ונחיר הפליטה מתואם: אווירודינמיקה A שטח חתך צפיפות, מסה סגולית ρ מהירות v לחץ P לחץ עצירה P 0 מוטת הכנף b מיתר כנף ממוצע c זווית התקפה α זווית התקפה שאין בה עילוי α 0L המשך בעמוד 5
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ז סמל 853201,853101-5 - שטח S מקדם הגרר C D צמיגות דינמית μ זווית קונוס מאך γ ρ v A = const. חוק הרציפות 1 2 P + ρ v = P0 חוק ברנולי לזרימה אופקית const. = 2 a = γ R T 20 T מהירות הקול באוויר מספר מאך M = v a v c Rc = ρ µ מספר ריינולדס S = bc שטח הכנף AR b 2 = S מנת הממדים C L = C La (α α 0L ) מקדם העילוי L = 1 2 2 ρv SC L כוח העילוי D = 1 2 2 ρv SC D כוח הגרר sin γ = 1 M סינוס זווית קונוס מאך בהצלחה!
נספח ב': טבלת אטמוספרה סטנדרטית לשאלונים 853201, 853101, קיץ תשס"ז
מדינת ישראל סוג הבחינה: בגרות לבתי ספר על יסודיים משרד החינוך, התרבות והספורט מועד הבחינה: קיץ תשס"ו, 2006 סמל השאלון: 853101 א. משך הבחינה: שעתיים וחצי. מערכות תעופה א' יחידת לימוד אחת הוראות לנבחן ב. מבנה השאלון ומפתח ההערכה: בשאלון זה חמישה פרקים. ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר, אך מכוונות לנבחנות ולנבחנים כאחד. בהצלחה! נספחים: א. נוסחאות למערכות תעופה פרק ראשון: אווירודינמיקה תרמודינמיקה פרק שני: מנועים פרק שלישי: תכן הנדסי פרק רביעי: מבנאות פרק חמישי: ב. טבלת אטמוספרה סטנדרנטית כל התלמידים, פרט לתלמידי מבנאות, יענו בסך הכול על חמש שאלות מתוך הפרק הראשון, הפרק השני, הפרק השלישי והפרק הרביעי. לכל שאלה 20 נקודות. תלמידי מבנאות יענו בסך הכול על חמש שאלות מתוך הפרק הראשון, הפרק השני, הפרק הרביעי והפרק החמישי. לכל שאלה 20 נקודות. ג. חומר עזר מותר לשימוש: נוסחאון בית ספרי, כלי סרטוט, עפרונות צבעוניים ומחשבון. ד. הוראות מיוחדות: 1. עיין בשאלון, הכר את חלקיו ורק אז ענה על השאלות בסדר הנראה לך. 2. בכל שאלה ניתנו הנתונים לפתרונה. אם לדעתך חסר נתון, הוסף אותו על פי שיקול דעתך ופתור בעזרתו את השאלה. רשום בתשובתך את הנתון שבחרת להוסיף. 3. אם מספר השאלות שהספקת לפתור עולה על הנדרש, אינך צריך לבחור את התשובות שייבדקו. המעריך יבדוק את כל המבחן ויבחר את התשובות הטובות ביותר, לפי מספר שאלות החובה. 4. בתשובה לשאלה חישובית, עליך להציג את שלבי הפתרון באופן מפורט ולהסבירם בקצרה. קבלת מ רב הנקודות מותנית במילוי דרישה זו. בשאלון זה 12 עמודים ו 6 עמודי נספחים.
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ו - 2 - השאלות כל התלמידים, פרט לתלמידי מבנאות, יענו בסך הכול על חמש שאלות מתוך הפרק הראשון, הפרק השני, הפרק השלישי והפרק הרביעי שאלה אחת לפחות מכל פרק. לכל שאלה 20 נקודות. תלמידי מבנאות יענו בסך הכול על חמש שאלות מתוך הפרק הראשון, הפרק השני, הפרק הרביעי והפרק החמישי שאלה אחת לפחות מכל פרק. לכל שאלה 20 נקודות. פרק ראשון: אווירודינמיקה לתלמידי כל ההתמחויות שאלה 1 א. רשום את שמותיהם של שני רכיבים המותקנים בתא הטייס שבאמצעותם מפעילים את משטחי ההיגוי של המטוס. ב. אילו משטחי היגוי מופעלים על ידי כל אחד מהרכיבים שציינת בתשובתך בסעיף א'? ג. איזו תנועה של המטוס נגרמת על ידי כל אחד ממשטחי ההיגוי וסביב איזה ציר מתבצעת כל תנועה? שאלה 2 סרטט באופן איכותי גרף של מקדם העילוי,, C L של כנף בעלת פרופיל סימטרי כתלות 1. א. בזווית ההתקפה,. α 2. הסבר מדוע הגרף שסרטטת אכן מייצג כנף בעלת פרופיל סימטרי. ב. הסבר את תופעת ההזדקרות של פרופיל כנף. ג. ההיגדים הרשומים להלן מתייחסים לזווית מאך; בחר את ההיגד הנכון והעתק אותו למחברתך. 1. זווית מאך מבטאת את היחס בין מהירות גל הקול ובין מהירות המטוס. 2. זווית מאך היא זווית ההתקפה של הכנף כאשר המטוס טס במהירות של מאך אחד. 3. גודלה של זווית מאך כפול מגודלה של זווית קונוס מאך. 4. זווית מאך משמשת כזווית ההכוונה בטיסה על קולית. המשך בעמוד 3
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ו - 3 - שאלה 3 בחר את ההיגד הנכון מבין ההיגדים הרשומים להלן והעתק אותו למחברתך. א. תזוזת מרכז הלחץ של פרופיל כנף משפיעה על משקל המטוס. 1. תזוזת מרכז הלחץ של פרופיל כנף משפיעה על יציבות המטוס. 2. תזוזת מרכז הלחץ של פרופיל כנף משפיעה על מהירות המטוס. 3. תזוזת מרכז הלחץ של פרופיל כנף משפיעה על עילוי הכנף. 4. הסבר מהי שכבת גבול שנמצאת מסביב לכנף וכיצד היא נוצרת. ב. הסבר כיצד משפיעה הגדלת זווית ההתקפה של הכנף על שכבת הגבול שסביבה. ג. פרק שני: תרמודינמיקה לתלמידי כל ההתמחויות. שאלה 4 מכל קשיח מכיל אוויר בטמפרטורה של 28 C ובלחץ מכשירי של 210 kpa (לחץ מכשירי הוא הפרש הלחצים שבין הלחץ במכל לבין לחץ הסביבה). נפח המכל הוא. 0.025 m 3 מחממים את האוויר במכל לטמפרטורה של. 59 C לחץ האוויר בסביבה הוא. 101 kpa נתונים: J R = kg K קבוע הגז של האוויר הוא קבוע הגז של האוויר הוא J Cv 717. 5 kg K מקדם החום הסגולי בנפח קבוע של האוויר הוא חשב את מסת האוויר במכל. א. ב. חשב את הלחץ המוחלט במכל בגמר החימום. ג. האם בוצעה עבודה בזמן החימום? נמק את תשובתך. ד. חשב את כמות החום שהושקעה בזמן החימום. המשך בעמוד 4
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ו - 4 - שאלה 5 אוויר כלוא בתוך בוכנה כמתואר באיור לשאלה זו. הבוכנה חשופה בצידה העליון ללחץ הסביבה. בגובה מסוים מעל הבוכנה נמצא מעצור. מחממים בהדרגה את האוויר שבבוכנה ועקב כך הבוכנה עולה עד שהיא נעצרת על ידי המעצור. לאחר עצירת הבוכנה ממשיכים לחמם את האוויר במשך זמן מה. א. איזה סוג תהליך מתרחש כאשר הבוכנה עולה? נמק את תשובתך. ב. איזה סוג תהליך מתרחש כאשר המעצור עוצר את הבוכנה? נמק את תשובתך. איור לשאלה 5 ג. סרטט באופן איכותי את שני התהליכים המתוארים בשאלה בדיאגרמת לחץ נפח (דיאגרמת.(P V ד. להלן נתונים של אוויר העובר תהליך פוליטרופי: מעריך הפוליטרופה: = 1.2 n נפח האוויר בתחילת התהליך: 0.86 m 3 לחץ האוויר בתחילת התהליך: 100 kpa נפח האוויר בסוף התהליך: 0.43 m 3 לחץ האוויר בסוף התהליך: 230 kpa 1. חשב את העבודה המתבצעת בתהליך. 2. האם העבודה שחישבת בסעיף ד' 1 מבוצעת על ידי המערכת או מושקעת במערכת? נמק את תשובתך. המשך בעמוד 5
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ו - 5 - שאלה 6 א. באיור לשאלה זו נתונה דיאגרמת לחץ נפח (דיאגרמת (P V, שמתארת תהליך שעובר גז הכלוא בין גליל לבוכנה. התהליך מתרחש מנקודה 1 לנקודה. 2 1. הסבר כיצד מיוצגת העבודה המתבצעת בתהליך המתואר בדיאגרמת לחץ נפח (דיאגרמת.(P V 2. חשב את העבודה שבוצעה על ידי הבוכנה. איור לשאלה 6 ענה על השאלות שלהלן ונמק את תשובתך באמצעות נוסחאות מתאימות. ב. באיזה סוג תהליך השינוי באנרגיה הפנימית שווה בגודלו לחום (הנקלט או הנפלט)? 1. באיזה סוג תהליך השינוי באנרגיה הפנימית שווה בגודלו לעבודה? 2. באיזה סוג תהליך השינוי באנרגיה הפנימית שווה לאפס? 3. המשך בעמוד 6
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ו - 6 - פרק שלישי: מנועים לתלמידי כל ההתמחויות, פרט לתלמידי מבנאות. שאלה 7 א. הסבר מהו ההבדל בין מנועים נושמי אוויר ובין מנועים שאינם נושמי אוויר, ומהו המאפיין המיוחד של מנועים שאינם נושמי אוויר? ב. באיור לשאלה זו נתון גרף של לחץ כתלות בטמפרטורה בעת מחזור פעולה של מנוע בוכנה ארבע פעימות. איור לשאלה 7 ציין איזה תהליך מיוצג על ידי העקומות שבין כל צמד נקודות: 1 2 2 3, 3 4, 4 1,. המשך בעמוד 7
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ו - 7 - שאלה 8 מהו תפקידו של תא השריפה במחזור הפעולה של מנוע סילון? 1. א. ציין שלושה שלבים שהאוויר עובר בתא השריפה. 2. באיור לשאלה זו מתואר חתך של תא שריפה במנוע סילון. ב. איור לשאלה 8 1. באיזו ספרה מסומן אזור הכניסה של האוויר לתא השריפה? 2. באיזו ספרה מסומן אזור היציאה של האוויר מתא השריפה? 3. מה שמו ומה תפקידו של רכיב מספר? 4. מה תפקידם של החורים המסומנים ב? ג. נצילות הבעירה במנוע סילון תלויה בלחץ, בטמפרטורה ובמהירות הזרימה הצירית של תערובת הגזים בתא השריפה. 1. כיצד תשתנה נצילות הבעירה כאשר תקטן המהירות של הגזים? נמק את תשובתך. 2. כיצד משפיעות עליית הלחץ ועליית הטמפרטורה של הגזים על נצילות הבעירה? המשך בעמוד 8
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ו - 8 - פרק רביעי: תכן הנדסי לתלמידי כל ההתמחויות שאלה 9 באיור א' לשאלה זו מתוארים מנוע חשמלי, ציר הנעה וגלגל שיניים המורכב בקצה הציר. איור א' לשאלה 9 איור ב' לשאלה 9 גלגל השיניים מחובר אל ציר ההנעה באמצעות שגם בעל חתך מלבנים, כמתואר באיור ב' לשאלה זו. אורך השגם הוא 20 mm והוא מיוצר מפלדה רכה מסוג, SAE1020 בעלת חוזק גזירה של. 500 MPa. החוזק למעיכה (לחץ המגע) של הפלדה הוא 300 MPa המנוע מפיק הספק של, 10 kw וההספק הזה מועבר באמצעות ציר ההנעה שקוטרו. 25 mm הציר מסתובב בקצב של r.p.m.. 1000 א. חשב את המומנט המועבר על ידי המנוע לציר ההנעה. ב. חשב את רוחב השגם,, b אם נדרש מקדם בטיחות = 5 S.F.. ג. גובה השגם הוא 10 mm כמתואר באיור, ומחציתו שקועה בתוך גלגל השיניים. חשב וקבע אם השגם יעמוד בתנאי החוזק למעיכה (ללחץ מגע) כאשר מקדם הבטיחות הנדרש הוא = 5 S.F.. המשך בעמוד 9
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ו - 9 - שאלה 10 באיור לשאלה זו מתואר מבנה מסומרר הבנוי מקורת אלומיניום ומפח אלומיניום. עובי הפח הוא 2.0 mm ועובי הקורה הוא. 8.0 mm סמרור הפח לקורה נעשה באמצעות 5 מסמרות בעלות חוזק לגזירה של. 80 MPa על המבנה פועל כוח בשיעור של 3000 N כמתואר באיור. א. מהו קוטר המסמרה המינימלי הדרוש? ב. מהו מאמץ המעיכה בלוח המסומרר? איור לשאלה 10 ג. המסמרה עשויה מאלומיניום מסוג. 2024 T4 הסבר מהו הסימון T4 המופיע בהגדרת חומר המסמרה. המשך בעמוד 10
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ו - 10 - פרק חמישי: מבנאות לתלמידי מבנאות בלבד. שאלה 11 א. הגרף שבאיור א' לשאלה זו מתאר את מהלך ההתפתחות של סדק במבנה מטוס כתוצאה מהתעייפות. איור א' לשאלה 11 1. מהו גודלו של הסדק לאחר 15 שעות טיסה? 2. ציין שלוש בדיקות שבעזרתן אפשר לגלות את הסדק שהתפתח בפח האלומיניום במבנה המטוס. המשך בעמוד 11
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ו - 11 - ב. יש לבצע תיקון במבנה המטוס באמצעות פח מכופף מסוג T6 7075 בעובי של "0.040, כמתואר באיור. איור ב' לשאלה 11 1. מהו רדיוס הכיפוף הדרוש? 2. מהו אורך הפריסה של הפח לפני הכיפוף? 3. באיזה מרחק "X" יש להציב את "סכין הכיפוף" של מכונת הכיפוף? שאלה 12 א. ציין שלוש תכונות אופייניות של נתכי אלומיניום שבזכותן משתמשים בהם במבני מטוס. ב. על גבי מעטה (פח) אלומיניום מסומנת הכתובת שלהלן: 0.060 T6 6061. הסבר מה מציינת כל קבוצת ספרות ואותיות בכתובת זו. ג. על ראש מסמרה מוטבעת נקודה המציינת כי המסמרה היא מסוג "AD". מה מציינות האותיות "AD"? ד. מסמרה עשויה נתך אלומיניום מסוג O 5056. 1. האם ניתן לבצע טיפול תרמי במסמרה זו לפני הסמרור? 2. לאיזה סוג של מבנה מטוס המסמרה הזו מתאימה למבנה מאומץ או למבנה שאינו מאומץ? המשך בעמוד 12
מערכות תעופה א', קיץ תשס"ו - 12 - שאלה 13 באיור מתוארת פגיעה (חור) בקוטר של 6.0 cm במבנה המטוס. המבנה עשוי חומר אלומיניום מסוג T4 2024 בעובי של "0.051 (אינטש). ניתן לתקן את הפגיעה במבנה באמצעות טלאי בולט. איור לשאלה 13 באיזה סוג פח תשתמש לביצוע התיקון? 1. מה צריך להיות עובי הטלאי (עובי פח התיקון)? 2. מה צריך להיות קוטר המסמרות הדרוש לביצוע התיקון? 3. טלאי התיקון הוא בעל צורה מעגלית. מהו קוטרו של טלאי התיקון,? Ø 4. מהו מרווח השוליים הנדרש בטלאי התיקון? 5. בהצלחה! זכות היוצרים שמורה למדינת ישראל. אין להעתיק או לפרסם אלא ברשות משרד החינוך, התרבות והספורט.
נספח א': נוסחאות למערכות תעופה (5 עמודים) לשאלונים 853201, 853101, קיץ תשס"ו תרמודינמיקה הגדרת משתנים קבועים ויחסי המרה בין יחידות 1 bar = 10 3 N m 2 = 105 Pa 1 BTU = 252 cal 1 cal = 4.185 J (Joule) T [K] = T [ C] + 273.15 R = 8314. 9 P לחץ הגז V נפח הגז m מסת הגז M המסה המולקולרית של הגז r יחס דחיסה במחזור תרמודינמי r c יחס הפסקה במחזור דיזל T הטמפרטורה הטמפרטורה הגבוהה במחזור T H קרנו קבוע הגזים האוניברסלי: J kmole K cp = cv = M = R = 1004. 6 717. 46 28. 97 287. 05 J kg K J kg K kg kmole J kg K הטמפרטורה הנמוכה במחזור T L קרנו c v קיבול חום סגולי בנפח קבוע c p קיבול חום סגולי בלחץ קבוע החום המסופק למערכת או Q נפלט ממנה R קבוע הגז העבודה המופקת מן המערכת W או מושקעת בה > 0 W כאשר המערכת מפיקה עבודה q in החום המסופק ליחידת מסה q out החום הנפלט ליחידת מסה קבועי האוויר: המשך בעמוד 2
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ו סמל 853201,853101-2 - ρ = m V צפיפות או מסה סגולית R קבוע הגז = R M P = ρrt או PV = mrt משוואת המצב של גזים אידיאליים c p c v = R R cp = γ γ 1 R cv = γ 1 מקדם קיבול חום סגולי בלחץ קבוע מקדם קיבול חום סגולי בנפח קבוע γ = c p cv PV n = const. יחס קיבולי החום בתהליך איזוברי = 0 n בתהליך איזותרמי = 1 n בתהליך אדיאבטי n = γ בתהליך איזוכורי = n בתהליך כללי T2 T1 n 1 n 1 V1 P n = 2 V2 = P1 בתהליך פוליטרופי שהמעריך שלו הוא n עבודה המופקת ממערכת העוברת ממצב 1 למצב 2 n V P V 1 1 1 1 P V P V 1 V 2 1 1 2 2 = n 1 n 1 n 1 W = V P1 V1 ln 2 n = 1 V1 המשך בעמוד 3
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ו סמל 853201,853101-3 - Q = mc p (T 2 T 1 ) Q = mc v (T 2 T 1 ) מעבר חום בלחץ קבוע מעבר חום בנפח קבוע שינוי האנרגיה הפנימית בגז אידיאלי ) 1 ΔU = mc v (T 2 T ΔU = Q W החוק הראשון של התרמודינמיקה עבודה המופקת במחזור ליחידת מסה w = q in q out η t W Qin נצילות מחזור תרמודינמי = 1 ηt = 1 γ 1 P2 γ P 1 נצילות מחזור ברייטון 1 η = 1 γ 1 r נצילות מחזור אוטו 1 η = 1 γ 1 r T T η = H L TH γ γ 1 r c ( rc 1) נצילות מחזור דיזל נצילות מחזור קרנו המשך בעמוד 4
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ו סמל 853201,853101-4 - אווירודינמיקה שטח חתך A צפיפות, מסה סגולית ρ מהירות v לחץ P לחץ עצירה P 0 מוטת הכנף b מיתר כנף ממוצע c זווית התקפה α זווית התקפה שאין בה עילוי α 0L שטח S מקדם הגרר C D צמיגות דינמית μ זווית קונוס מאך γ ρ v A = const. חוק הרציפות 1 2 P + ρ v = P0 חוק ברנולי לזרימה אופקית const. = 2 a = γ R T 20 T מהירות הקול באוויר מספר מאך M = v a v c Rc = ρ µ מספר ריינולדס S = bc שטח הכנף המשך בעמוד 5
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ו סמל 853201,853101-5 - AR b 2 = S מנת הממדים C L = C La (α α 0L ) מקדם העילוי L = 1 2 2 ρv SC L כוח העילוי D = 1 2 2 ρv SC D כוח הגרר sin γ = 1 M סינוס זווית קונוס מאך בהצלחה!
נספח ב': טבלת אטמוספרה סטנדרטית לשאלונים 853201, 853101, קיץ תשס"ו צמיגות האוויר צפיפות האוויר לחץ האוויר מהירות הקול טמפרטורת האוויר גובה מעל פני הים h 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 T (km) ( C) (m / sec) 15.0 8.5 2.0-4.5-11.0-17.5-24.0-30.5-37.0-43.5-50.0-56.5-56.5-56.5-56.5-56.5-56.5-56.5-56.5-56.5-56.5-56.5 a 340 336 332 329 325 320 316 312 308 304 299 P (Pa) (N / m 2 ) 1.0132 10 5 0.8987 10 5 0.7948 10 5 0.7010 10 5 0.6163 10 5 0.5400 10 5 0.4717 10 5 0.4104 10 5 0.3558 10 5 0.3073 10 5 0.2642 10 5 0.2261 10 5 0.1932 10 5 0.1650 10 5 0.1409 10 5 0.1203 10 5 0.1027 10 5 0.0785 10 5 0.0749 10 5 0.0640 10 5 0.0546 10 5 0.0117 10 5 ρ (kg / m 3 ) 1.226 1.112 1.007 0.909 0.820 0.737 0.660 0.589 0.526 0.467 0.413 0.364 0.311 0.265 0.227 0.194 0.163 0.141 0.121 0.103 0.088 0.019 µ (kg / m sec) 1.780 10 5 1.749 10 5 1.717 10 5 1.684 10 5 1.652 10 5 1.619 10 5 1.586 10 5 1.552 10 5 1.517 10 5 1.482 10 5 1.447 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5
בגרות לבתי ספר על יסודיים סוג הבחינה: מדינת ישראל קיץ תשס"ה, 2005 מועד הבחינה: משרד החינוך, התרבות והספורט 853101 סמל השאלון: א. משך הבחינה: שעתיים וחצי. מערכות תעופה יחידת לימוד אחת הוראות לנבחן ב. מבנה השאלון ומפתח ההערכה: בשאלון זה ארבעה פרקים. פרק ראשון: אווירודינמיקה תרמודינמיקה פרק שני: מנועים פרק שלישי: מבנאות פרק רביעי: ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר, אך מכוונות לנבחנות ולנבחנים כאחד. בהצלחה! נספחים: א. נוסחאות למערכות תעופה ב. טבלת אטמוספרה סטנדרטית כל התלמידים, פרט לתלמידי מבנאות, יענו בסך הכול על חמש שאלות מתוך הפרק הראשון, הפרק השני והפרק השלישי. לכל שאלה 20 נקודות. תלמידי מבנאות יענו בסך הכול על חמש שאלות מתוך הפרק הראשון, הפרק השני והפרק הרביעי. לכל שאלה 20 נקודות. ג. חומר עזר מותר לשימוש: נוסחאון בית ספרי, כלי סרטוט, עפרונות צבעוניים ומחשבון. ד. הוראות מיוחדות: 1. עיין בשאלון, הכר את חלקיו ורק אז ענה על השאלות בסדר הנראה לך. 2. בכל שאלה ניתנו הנתונים לפתרונה. אם לדעתך חסר נתון, הוסף אותו על פי שיקול דעתך ופתור בעזרתו את השאלה. רשום בתשובתך את הנתון שבחרת להוסיף. 3. אם מספר השאלות שהספקת לפתור עולה על הנדרש, אינך צריך לבחור את התשובות שייבדקו. המעריך יבדוק את כל המבחן ויבחר את התשובות הטובות ביותר, לפי מספר שאלות החובה. 4. בתשובה לשאלה חישובית, עליך להציג את שלבי הפתרון באופן מפורט ולהסבירם בקצרה. קבלת מ רב הנקודות מותנית במילוי דרישה זו. בשאלון זה 7 עמודים ו 6 עמודי נספחים.
מערכות תעופה, קיץ תשס"ה - 2 - השאלות כל התלמידים, פרט לתלמידי מבנאות, יענו בסך הכול על חמש שאלות מתוך הפרק הראשון, הפרק השני והפרק השלישי. לכל שאלה 20 נקודות. תלמידי מבנאות יענו בסך הכול על חמש שאלות מהפרק הראשון, הפרק השני והפרק הרביעי. לכל שאלה 20 נקודות. פרק ראשון: אווירודינמיקה שאלה 1 תאר אמצעי להגברת העילוי של כנף, נוסף על מדף, והסבר כיצד הוא פועל. א. הסבר באילו שלבים בטיסה צריך להגביר את עילוי המטוס. ב. הסבר את המונח "מספר מאך קריטי". ג. שאלה 2 בעת הטיסה נוצרות מערבולות אוויר בקצות כנף המטוס. א. הסבר כיצד משפיעות המערבולות על פעולת הכנף. ב. מה צריכות להיות התכונות של כנף המטוס, כדי שהשפעת המערבולות בקצות הכנף תהיה קטנה ככל האפשר? שאלה 3 א. הסבר מהי הזדקרות של כנף. ב. רשום את התנועות שמבצע המטוס באמצעות משטחי ההיגוי שלו. ציין סביב איזה ציר של המטוס ובעזרת אילו משטחי היגוי מתבצעת כל אחת מן התנועות. המשך בעמוד 3
מערכות תעופה, קיץ תשס"ה - 3 - פרק שני: תרמודינמיקה לתלמידי כל ההתמחויות. שאלה 4 אוויר הכלוא בגליל של בוכנה עובר את התהליכים שלהלן: תהליך ראשון מנקודה 1 לנקודה : 2 הלחץ בגליל הבוכנה עולה כך שבנקודה 2 הוא כפול מן הלחץ שבנקודה. 1 הטמפרטורה בזמן התהליך נשארת קבועה. בסוף התהליך בנקודה 2 הבוכנה ננעלת בנעילה מכנית. תהליך שני מנקודה 2 לנקודה : 3 הלחץ בגליל הבוכנה יורד עד שהוא חוזר לערכו ההתחלתי בנקודה. 1 הבוכנה נעולה נעילה מכנית בזמן התהליך ואינה יכולה לזוז. נתונים נוספים: לחץ האוויר בגליל הבוכנה בנקודה : 1 Pa P 1 = 287 10 3 טמפרטורת האוויר בגליל הבוכנה בנקודה : 1 300K T 1 = נפח האוויר בגליל הבוכנה בנקודה V 1 = 0.3 m 3 : 1 מסת האוויר נשארת ללא שינוי. א. סרטט באופן איכותי דיאגרמת לחץ נפח (דיאגרמת P) V. ציין על גבי הדיאגרמה את הנקודות 2, 1 ו 3, ואת הסוג של כל תהליך. ב. חשב את מסת האוויר הכלוא בגליל הבוכנה. ג. חשב את נפח האוויר הכלוא בגליל הבוכנה בסוף התהליך הראשון (נקודה 2). המשך בעמוד 4
מערכות תעופה, קיץ תשס"ה - 4 - שאלה 5 מחזור קרנו פועל בין שתי טמפרטורות: T H = 1500 K הטמפרטורה הגבוהה: T L = 300 K הטמפרטורה הנמוכה: א. סרטט באופן איכותי דיאגרמת P V של המחזור. ציין בדיאגרמה את סוגי התהליכים, ורשום היכן נקלט חום והיכן נפלט חום. ב. חשב את הנצילות התרמית של המחזור. שאלה 6 באיזה תהליך תרמודינמי לא מתבצעת עבודה? נמק את תשובתך. 1. א. האם בזמן התהליך הזה נקלט/נפלט חום מהמערכת? 2. האם בזמן התהליך משתנה האנרגיה הפנימית של המערכת? 3. נמק את תשובתך בעזרת החוק הראשון של התרמודינמיקה. גז אידאלי עובר תהליך שבו אין מעבר חום. ב. איך נקרא התהליך? האם בזמן התהליך משתנה האנרגיה הפנימית של הגז? האם מתבצעת עבודה בזמן התהליך? נמק את תשובתך בעזרת החוק הראשון של התרמודינמיקה. המשך בעמוד 5
מערכות תעופה, קיץ תשס"ה - 5 - פרק שלישי: מנועים לתלמידי כל ההתמחויות, פרט לתלמידי מבנאות. שאלה 7 הסבר מהי תופעת הנחשול, המתרחשת במדחס הצירי של מנוע טורבו סילון. א. ציין שני אמצעים למניעה של תופעת הנחשול במנוע טורבו סילון. ב. שאלה 8 א. הסבר מהו תפקידו של מבער אחורי במנוע סילון וכיצד הוא פועל. ב. ציין שני מצבי טיסה שבהם משתמשים במבער אחורי. שאלה 9 א. סרטט סרטוט סכמתי של מנוע טורבו סילון. ציין בסרטוטך את רכיביו העיקריים של המנוע. ב. 1. ציין שני יתרונות וחיסרון אחד של מנוע טורבו מניפה לעומת מנוע טורבו סילון. 2. בתעופה האזרחית מקובל להשתמש במנוע טורבו מניפה ולא במנוע טורבו סילון. ציין מהי הסיבה לכך. המשך בעמוד 6
מערכות תעופה, קיץ תשס"ה - 6 - פרק רביעי: מבנאות לתלמידי מבנאות בלבד. שאלה 10 באיור לשאלה 10 מתואר חתך של חלק שנועד לחיזוק מבנה מטוס. החלק עשוי מפח אלומיניום מכופף מסוג. 2024T3 עובי הפח 0.080" mm) (2. 150 mm R 0.080" (2 mm) 75 mm איור לשאלה 10 חשב את רדיוס הכיפוף המומלץ. א. אילו מאמצים פועלים באזור הכיפוף? ב. האם יש לבצע את הכיפוף עם כיוון הסיבים של החומר או נגד כיוונם? ג. חשב את אורך הפריסה של החלק. ד. שאלה 11 מהו החומר שממנו עשויה מסמרה, אשר מופיע עליה הסימן?"AD" א. נתונה מסמרה שמספרה הקטלוגי הוא 3-1669-06L. NAS ב. מהו סוג המסמרה? 1. מה מציינת הספרה "3" במספר הקטלוגי של המסמרה? 2. יש לבצע תיקון באמצעות טלאי חיזוק לצלע במטוס שעובייה 0.04 mm) 1). ג. מהו עובי החיזוק המתאים? 1. מהו קוטר המסמרה הדרוש לפעולה זו? 2. המשך בעמוד 7
מערכות תעופה, קיץ תשס"ה - 7 - שאלה 12 א. אלומיניום מסוג 6061T6 משמש כמעטה במבנה המטוס. הסבר כיצד מתבצעת הקשיה תרמית למצב T6 בחומר הזה. ב. לפני כיפוף של פח אלומיניום יש להקפיד על כך שבאזור הכיפוף לא יימצאו נעצוצים (גרדים) על גבי הפח. הסבר את הסיבה לכך. ג. יש לתקן מבנה מטוס העשוי מחומר 2024T3 באמצעות טלאי. 1. מהו סוג החומר המומלץ לביצוע טלאי התיקון? 2. ציין שתי סיבות שבגללן בוחרים בסוג החומר שציינת. בהצלחה! זכות היוצרים שמורה למדינת ישראל. אין להעתיק או לפרסם אלא ברשות משרד החינוך, התרבות והספורט.
נספח א': נוסחאות למערכות תעופה (5 עמודים) לשאלונים 853301, 853101, קיץ תשס"ה תרמודינמיקה הגדרת משתנים קבועים ויחסי המרה בין יחידות 1 bar = 105 N / m2 = 105 Pa 1 BTU = 252 cal 1 cal = 4.185 J (Joule) T [K] = T [ C] + 273.15 R = 8314. 9 P לחץ הגז V נפח הגז m מסת הגז M המסה המולקולרית של הגז r יחס דחיסה במחזור תרמודינמי r c יחס הפסקה במחזור דיזל T הטמפרטורה הטמפרטורה הגבוהה במחזור T H קרנו קבוע הגזים האוניברסלי: J kmole K cp = cv = M = R = 1004. 6 717. 46 28. 97 287. 05 J kg K J kg K kg kmole J kg K הטמפרטורה הנמוכה במחזור T L קרנו c v קיבול חום סגולי בנפח קבוע c p קיבול חום סגולי בלחץ קבוע סך כול החום המסופק Q למערכת R קבוע הגז סך כול העבודה המופקת W מהמערכת > 0 W כאשר המערכת מפיקה עבודה q in החום המסופק ליחידת מסה q out החום היוצא ליחידת מסה קבועי האוויר: המשך בעמוד 9
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ה סמל 853301,853101-9 - ρ = m V צפיפות או מסה סגולית R קבוע הגז = R M P = ρrt או PV = mrt משוואת המצב של גזים אידיאליים c p c v = R R cp = γ γ 1 R cv = γ 1 מקדם קיבול חום סגולי בלחץ קבוע מקדם קיבול חום סגולי בנפח קבוע γ = c p cv PV n = const. יחס קיבולי החום בתהליך איזוברי = 0 n בתהליך איזותרמי = 1 n בתהליך אדיאבטי n = γ בתהליך איזוכורי = n בתהליך כללי T2 T1 n 1 n 1 V1 P n = 2 V2 = P1 בתהליך פוליטרופי שהמעריך שלו הוא n עבודה המופקת ממערכת העוברת ממצב 1 למצב 2 n V P V 1 1 1 1 P V P V 1 V 2 1 1 2 2 = n 1 n 1 n 1 W = V P1 V1 ln 2 n = 1 V1 המשך בעמוד 10
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ה סמל 853301,853101-10 - Q = mc p (T 2 T 1 ) Q = mc v (T 2 T 1 ) מעבר חום בלחץ קבוע מעבר חום בנפח קבוע שינוי האנרגיה הפנימית בגז אידיאלי ) 1 ΔU = mc v (T 2 T ΔU = Q W החוק הראשון של התרמודינמיקה עבודה המופקת במחזור ליחידת מסה w = q in q out η t W Qin נצילות מחזור תרמודינמי = 1 ηt = 1 γ 1 P2 γ P 1 נצילות מחזור ברייטון 1 η = 1 γ 1 r 1 = 1 γ 1 r γ T T η = H L TH γ 1 r c ( rc 1) נצילות מחזור אוטו נצילות מחזור דיזל נצילות מחזור קרנו המשך בעמוד 11
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ה סמל 853301,853101-11 - אווירודינמיקה שטח חתך A צפיפות, מסה סגולית ρ מהירות v לחץ P לחץ עצירה P 0 מוטת הכנף b מיתר כנף ממוצע c זווית התקפה α זווית התקפה שאין בה עילוי α 0L שטח S מקדם הגרר C D צמיגות דינמית μ זווית קונוס מאך γ ρ v A = const. חוק הרציפות 1 2 P + ρ v = P0 חוק ברנולי לזרימה אופקית const. = 2 a = γ R T 20 T מהירות הקול באוויר מספר מאך M = v a v c Rc = ρ µ מספר ריינולדס S = bc שטח הכנף המשך בעמוד 12
נספח א' למערכות תעופה, קיץ תשס"ה סמל 853301,853101-12 - AR b 2 = S מנת הממדים C L = C La (α α 0L ) מקדם העילוי L = 1 2 2 ρv SC L כוח העילוי D = 1 2 2 ρv SC D כוח הגרר sin γ = 1 M סינוס זווית קונוס מאך בהצלחה!
נספח ב': טבלת אטמוספרה סטנדרטית לשאלונים 853301, 853101, קיץ תשס"ה מקום למדבקת נבחן צמיגות האוויר צפיפות האוויר לחץ האוויר מהירות הקול טמפרטורת האוויר גובה מעל פני הים h 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 T (km) ( C) (m / sec) 15.0 8.5 2.0-4.5-11.0-17.5-24.0-30.5-37.0-43.5-50.0-56.5-56.5-56.5-56.5-56.5-56.5-56.5-56.5-56.5-56.5-56.5 a 340 336 332 329 325 320 316 312 308 304 299 P (Pa) (N / m 2 ) 1.0132 10 5 0.8987 10 5 0.7948 10 5 0.7010 10 5 0.6163 10 5 0.5400 10 5 0.4717 10 5 0.4104 10 5 0.3558 10 5 0.3073 10 5 0.2642 10 5 0.2261 10 5 0.1932 10 5 0.1650 10 5 0.1409 10 5 0.1203 10 5 0.1027 10 5 0.0785 10 5 0.0749 10 5 0.0640 10 5 0.0546 10 5 0.0117 10 5 ρ (kg / m 3 ) 1.226 1.112 1.007 0.909 0.820 0.737 0.660 0.589 0.526 0.467 0.413 0.364 0.311 0.265 0.227 0.194 0.163 0.141 0.121 0.103 0.088 0.019 µ (kg / m sec) 1.780 10 5 1.749 10 5 1.717 10 5 1.684 10 5 1.652 10 5 1.619 10 5 1.586 10 5 1.552 10 5 1.517 10 5 1.482 10 5 1.447 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5 1.418 10 5
בגרות מערכות לבתי ספרתעופה, קיץ על יסודייםתשס"ד קיץ תשס"ד, 2004 853101-1 -סוג הבחינה: מועד הבחינה: סמל השאלון: נספחים: מדינת ישראל משרד החינוך נוסחאות למערכות תעופה א. טבלת אטמוספרה סטנדרטית ב. א. ב. משך הבחינה: שעתיים וחצי. מבנה השאלון ומפתח ההערכה: מערכות תעופה יחידת לימוד אחת הוראות לנבחן בשאלון זה ארבעה פרקים. אווירודינמיקה פרק ראשון: תרמודינמיקה פרק שני: מנועים פרק שלישי: מבנאות פרק רביעי: כל התלמידים, פרט לתלמידי מבנאות, יענו בסך הכול על חמש שאלות מתוך הפרק הראשון, הפרק השני והפרק השלישי שאלה אחת לפחות מכל פרק. לכל שאלה 20 נקודות. תלמידי מבנאות יענו בסך הכול על חמש שאלות מתוך הפרק הראשון, הפרק השני והפרק הרביעי שאלה אחת לפחות מכל פרק. לכל שאלה 20 נקודות. ג. חומר עזר מותר לשימוש: נוסחאון בית ספרי, כלי סרטוט, עפרונות צבעוניים ומחשבון. ד. הוראות מיוחדות: 1. עיין בשאלון, הכר את חלקיו ורק אז ענה על השאלון בסדר הנראה לך. 2. בכל שאלה ניתנו הנתונים לפתרונה. אם לדעתך חסר נתון, הוסף אותו על פי שיקול דעתך ופתור בעזרתו את השאלה. רשום בתשובתך את הנתון שבחרת להוסיף. 3. אם מספר השאלות שהספקת לפתור עולה על הנדרש, אינך צריך לבחור את התשובות שייבדקו. המעריך יבדוק את כל המבחן ויבחר את התשובות הטובות ביותר, לפי מספר שאלות החובה. 4. בתשובה לשאלה חישובית, עליך להציג את שלבי הפתרון באופן מפורט ולהסבירם בקצרה. קבלת מ רב הנקודות מותנית במילוי דרישה זו. ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר, אך מכוונות לנבחנות ולנבחנים כאחד. בהצלחה! בשאלון זה 9 עמודים ו 6 עמודי נספחים.
מערכות תעופה, קיץ תשס"ד - 2 - השאלות כל התלמידים, פרט לתלמידי מבנאות, יענו בסך הכול על חמש שאלות מתוך הפרק הראשון, הפרק השני והפרק השלישי שאלה אחת לפחות מכל פרק. לכל שאלה 20 נקודות. תלמידי מבנאות יענו בסך הכול על חמש שאלות מתוך הפרק הראשון, הפרק השני והפרק הרביעי שאלה אחת לפחות מכל פרק. לכל שאלה 20 נקודות. פרק ראשון: אווירודינמיקה שאלה 1 א. ב. הסבר מדוע במטוסים המיועדים לטוס במהירויות עבר קוליות הכנפיים משוכות לאחור. באיור לשאלה זו נתונים שני גרפים המתארים את מקדם הגרר,, C D כתלות במספר המאך,, M של הטיסה עבור שתי כנפיים שונות, משוכות לאחור. באיזו כנף (I או (II זווית המשיכה לאחור גדולה יותר? נמק את תשובתך. מקדם הגרר, C D 0.04 0.03 0.02 0.01 כנף II 0 0.6 0.8 1.0 1.2 כנף I 1.4 מספר מאך, M איור לשאלה 1 המשך בעמוד 3
- 3 - מערכות תעופה, קיץ תשס"ד שאלה 2 באיור לשאלה זו נתון גרף המתאר את היעילות האווירודינמית של כנף כתלות בזווית ההתקפה שלה. יעילות אווירודינמית 18 15 12 9 6 3 4 זווית התקפה 0 0 4 8 12 16 20 איור לשאלה 2 א. ב. הסבר מהי יעילות אווירודינמית של כנף. הסבר מהי הזדקרות כנף. שאלה 3 א. הסבר מהו גל הלם ניצב וכיצד הוא נוצר לפני המטוס. לווה את תשובתך באיור מתאים. ב. ציין שתי סיבות לשימוש בהגה גובה מסוג מונובלוק (Monoblock) במטוסים הטסים במהירויות שהן בתחום העבר קולי ובתחום העל קולי. המשך בעמוד 4
מערכות תעופה, קיץ תשס"ד - 4 - פרק שני: תרמודינמיקה לתלמידי כל ההתמחויות. שאלה 4 באיור לשאלה זו מתואר גרף של הלחץ כתלות בנפח בתהליך מחזורי של מנוע חום. הגז בתהליך המתואר הוא אוויר שמסתו. 1 kg לחץ, [Pa] P 10 10 5 2 3 1 10 5 1 0 0 0.1 1 נפח, ] 3 V [m איור לשאלה 4 J R = 287 kg K קבוע הגז של האוויר: א. ב. ג. חשב את העבודה המתבצעת על ידי הגז או את העבודה המושקעת בגז, בכל אחד משלבי המחזור. חשב את העבודה נטו המתקבלת במחזור אחד. חשב את טמפרטורת הגז בנקודה. 1 המשך בעמוד 5
מערכות תעופה, קיץ תשס"ד - 5 - שאלה 5 באיור מתוארת מערכת הכוללת גליל ובוכנה שביניהם כלוא אוויר. במצב המתואר באיור נפח האוויר הכלוא הוא. V 1 המערכת עוברת תהליך של קירור כמתואר בהמשך. הנח שמשקל הבוכנה זניח וכן שהחיכוך בין הבוכנה לבין הגליל זניח. המצב ההתחלתי של המערכת: V1 = 01. 3 m נפח : לחץ: טמפרטורה: סביבה בוכנה אוויר כלוא גליל P1 = 10. 10 T1 = 300 K 5 Pa נתונים נוספים: איור לשאלה 5 לחץ הסביבה: קבוע הגז של האוויר: Pamb = 1105 Pa J R = 287 kg K היחס בין קיבולי החום הסגוליים של האוויר: חשב את מסת האוויר הכלוא במכל. γ = 1.4.1.2.3.4 חשב את קיבול החום של האוויר בלחץ קבוע ואת קיבול החום של האוויר בנפח קבוע. האוויר עובר תהליך קירור איטי לטמפרטורה של : 200 K מהו סוג התהליך? מהו נפח האוויר בסוף התהליך? כמה חום נפלט בתהליך? האם התבצעה עבודה בתהליך? אם כן, חשב את העבודה שהתבצעה. אם לא הסבר מדוע לא. א. ב. ג. המשך בעמוד 6
ב. - 6 - מערכות תעופה, קיץ תשס"ד שאלה 6 א. העתק למחברתך את הטבלה שלהלן, והשלם בה את סוג התהליך המתרחש בכל אחד משלבי המחזור המצוינים בטבלה, עבור כל אחד משלושת המחזורים התרמודינמיים: השלבים במחזור דחיסה הוספת חום מחזור ברייטון מחזור אוטו מחזור קרנו הטמפרטורה המקסימלית במחזור ברייטון היא, 1300 K הטמפרטורה בתחילת המחזור היא, 300 K והטמפרטורה בסוף תהליך הדחיסה היא. 625 K J החום הסגולי של הגז בלחץ קבוע הוא = 1000 CP. kg K היחס בין קיבולי החום הסגוליים של הגז הוא: = 1.4 γ. ערוך את חישוביך עבור מסת גז של. 1 kg.1.2 חשב את כמות החום המושקעת (הנכנסת) בשלב הוספת החום. חשב את נצילות המחזור ואת העבודה המתבצעת בזמן המחזור. פרק שלישי: מנועים לתלמידי כל ההתמחויות, פרט לתלמידי מבנאות. שאלה 7 באיור לשאלה זו נתון תרשים של מנוע טורבינה. 3 1 2 4 נחיר משותף א. איור לשאלה 7 איזה סוג מנוע טורבינה מתואר באיור? ב. ציין את שמות החלקים המצוינים באיור בספרות חלק. עד, ורשום את תפקידו של כל המשך בעמוד 7