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案例五:直升机

案例简介

制作一架直升机,通过齿轮传动让螺旋桨转动起来。

教学准备

名称图示
哪吒Pro AI机械动力套装

教学目标

完成直升机模型的搭建,掌握齿轮传动结构与螺旋桨的组装方法,能正确连接动力部件,实现螺旋桨的稳定转动。

理解齿轮传动如何将电机动力传递到螺旋桨,认识螺旋桨转动与 “升力” 模拟的关联,了解齿轮转速对螺旋桨转动速度的影响。

在调试齿轮咬合、螺旋桨安装角度的过程中,培养动手能力和细节把控能力,学会解决螺旋桨转动卡顿、偏心的问题。

激发对航空航天技术的兴趣,感受机械结构与飞行原理的关联,建立 “科技实现飞行梦想” 的初步认知。

故事导入

跳跳重新开始巡逻的同时,天空传来奇怪的嗡鸣。负责侦查的直升机机器人 “旋翼” 歪歪扭扭地坠落在屋顶,螺旋桨断了。“它本来能飞到云层上观察野兽动向的!” 瞭望塔的机器人指着天空,“现在我们像瞎了眼一样!”​ 阿极展开直升机的机械图:“看这组齿轮,发动机的动力要通过它们传到螺旋桨。就像自行车链条带动车轮,缺了它可不行。”

学习探究

直升机模型中,电机的动力通过几组齿轮传递到螺旋桨?尝试更换不同齿数的齿轮,螺旋桨的转动速度会发生什么变化?

螺旋桨的安装角度对其 “模拟升力” 有影响吗?如果螺旋桨安装过松或角度倾斜,会出现什么问题(如转动时晃动、噪音大)?

对比真实直升机与模型的结构,模型中的齿轮传动模拟了真实直升机的哪个核心部件(如减速器)?为什么真实直升机需要减速器?

如果想让直升机模型实现 “转向”,可以在现有结构上添加什么部件?(提示:参考真实直升机的尾桨)

搭建步骤

硬件连线

将智能电机连接到哪吒Pro扩展板的M2接口。

代码编程

进入“makecode.microbit.org”,点击新建项目

在弹出窗口输入项目名称并点击创建

点击代码抽屉中的扩展

在弹出界面输入nezha pro并点击搜索图标,在显示nezha pro软件库后点击。同样的方式加载PlanetX软件库。

示例程序

程序链接:https://makecode.microbit.org/_7mTR09dis6g1

你也可以通过以下网页直接下载程序。

下载程序

使用 USB 线连接 PC 和 micro:bit V2。

连接成功后,电脑上会识别出一个名为 MICROBIT 的盘符。

点击左下角的,选择Connect Device

点击

点击

在弹出窗口选择 BBC micro:bit CMSIS-DAP,然后选择连接,至此,我们的 micro:bit 就已经连接成功。

点击下载程序

案例演示

开启电源后,按下按键A,螺旋桨开始运行,按下按键B,螺旋桨停止运行。

扩展知识

  1. 真实直升机的飞行原理:直升机通过主螺旋桨旋转产生向上的升力,尾桨则用于抵消主螺旋桨的反扭矩(防止机身旋转),本案例通过简化的齿轮传动模拟主螺旋桨的动力传递。

  2. 齿轮减速器的作用:真实直升机的发动机转速很高,需要通过减速器(多组齿轮配合)降低螺旋桨的转速,避免螺旋桨因转速过快断裂,同时提高扭矩(带动螺旋桨克服空气阻力)。

  3. 直升机的应用场景:直升机具有垂直起降、悬停的优势,广泛用于救援(如山区救援)、运输(如低空物资运输)、医疗(如紧急医疗转运)等领域,其核心机械传动系统是安全飞行的关键。