Question

2．閱讀短文，回答問題：
“翼龍”無人機
“翼龍”無人機是由中航工業(yè)成都飛機設計研究所研制的一種中低空、軍民兩用、多用途無人機，具備全自主平臺，是中國無人機制造領域“當家明星”．下表為其部分技術參數．

最大飛行速度/km/h	280	正常巡航速度/km/h	160
最大續(xù)航時間/h	20	發(fā)動機額定功率/kW	80
最大載荷量/kg	180	最大載油量/kg	320
機身質量/t	1.1	機身長度/m	9.0

（1）無人機機身表面采用的復合材料受力不易形變，說明該材料的硬度較大；飛機外形采用流線型設計，目的是減小空氣的阻力．
（2）翼龍無人機滿載燃油，并以最大載荷量停在水平跑道上蓄勢待發(fā)，此時無人機輪胎與地面接觸的總面積為0.04m²．則無人機對水平跑道的壓強為4×10⁵Pa，當無人機起飛后在額定功率下沿水平方向正常巡航時，所受的阻力為1800N．（g取10N/kg）
（3）無人機沿水平方向正常巡航時，發(fā)現(xiàn)正前方有一座山峰，為測定無人機與山峰間的距離，其搭載的聲吶系統(tǒng)向山峰發(fā)出超聲波后，經7.2s收到反射信號，則收到反射信號時無人機與山峰間的距離為1064m．（已知超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s）
（4）活塞式發(fā)動機是無人機的核心部件，為了確保無人機的飛行速度不超過最大值，工程師給發(fā)動機裝上了能控制油門大小的限速器，其簡化電路如圖所示，其中R_x的阻值隨飛行速度的變大而減�。�開關S閉合后，螺線管A的上端相當于電磁鐵的S極．當飛行速度達到最大值時，電磁鐵剛好能夠吸下銜鐵B，以減小油門C的噴油量，從而控制無人機的速度．但長時間使用后，保護電阻R₀的阻值會變大，若不及時更換，則會導致限速值大于280km/h（選填“＞”“=”或“＜”）．
（5）該飛機發(fā)動機在效率一定時，其耗油的總功率與轉速的立方成正比，而行駛速度與發(fā)動機轉速成正比，下列關于飛機在水平勻速直線飛行時，所受阻力f與飛機速度v的關系圖線，正確的是C．
（6）發(fā)動機耗油率是指發(fā)動機在額定功率下每輸出1kW•h能量所消耗的燃油質量，根據相關參數可知，“翼龍”無人機裝配的發(fā)動機耗油率為0.2kg/（kW•h）．

Answer 1

分析 （1）根據復合材料的特點和流線型的形狀可以減小空氣的阻力分析解答；
（2）翼龍無人機滿載燃油，對地面的壓力等于無人機、最大載荷量和燃油的總重力，利用G=mg求出，再利用p=$\frac{F}{S}$計算壓強；
根據P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可求牽引力，根據力的平衡可知阻力大�。�
（3）聲音和無人機行駛的路程之和是發(fā)射超聲波時無人機與山峰距離的2倍，根據速度公式求收到反射信號時無人機與山峰間的距離；
（4）由安培定則可以判斷出電磁鐵的磁極性質；根據電阻阻值變化判斷車速如何變化；
（5）飛機發(fā)動機在效率一定時，其耗油的總功率與轉速的立方成正比，而行駛速度與發(fā)動機轉速成正比，再由P=Fv=fv可知，所受阻力f與車速v的關系圖線；
（6）根據相關參數可知，發(fā)動機額定功率72kW，最大續(xù)航時20h，由此可求得消耗的電能，又知道最大載油量300kg，然后根據“發(fā)動機耗油率是指發(fā)動機在額定功率下每輸出1kW•h能量所消耗的燃油質量”可求得發(fā)動機耗油率．

解答 解：（1）無人機機身表面采用的復合材料受力不易形變，說明該材料的硬度較大；飛機流線型的形狀可以減小空氣對飛機的阻力．
（2）翼龍無人機滿載燃油，對地面的壓力：
F=G=（m_機+m_載荷+m_油）g=（1.1×10³kg+180kg+320kg）×10N/kg=1.6×10⁴N，
對地面的壓強：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{1.6×1{0}^{4}N}{0.04{m}^{2}}$=4×10⁵Pa；
根據P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得，牽引力為F=$\frac{P}{v}$=$\frac{80×1{0}^{3}W}{\frac{160}{3.6}m/s}$=1800N，
根據力的平衡可知，此時阻力f=F=1800N；
（3）從發(fā)出超聲波到接受到返回信號所花時間是7.2s，則無人機行駛的時間：t_機=$\frac{1}{2}$×7.2s=3.6s．
則根據v=$\frac{s}{t}$可得，無人機行駛的路程s_機=v_機t_機=$\frac{160}{3.6}$m/s×3.6s=160m，
聲音行駛的路程s_聲=v_聲t_聲=340m/s×7.2s=2448m，
所以，收到反射信號時無人機與山峰間的距離為：$\frac{{s}_{聲}}{2}$-s_機=$\frac{2448m}{2}$-160m=1064m．
（4）由圖示電路圖可知，閉合開關S后，電流從電磁鐵上端流入，從下端流出，由安培定則可知，螺線管A的下端為N極，上端為S極；
由圖可知，R_x與電阻R₀串聯(lián)，但長時間使用后，保護電阻R₀的阻值會變大，根據串聯(lián)分壓的特點可知，此時R_x兩端電壓減小，由歐姆定律公式變形可知，R_x的阻值減小，
由題意中的：“其中R_x的阻值隨飛行速度的變大而減小”可知，
長時間使用后，保護電阻R₀的阻值會變大，若不及時更換，則會導致限速值大于280km/h．
（5）設飛機發(fā)動機的轉速為n，飛機行駛的速度為v，
根據題意得：P_{發(fā)動機}=k₁n³ ----①（k為比例系數，下同）
飛機勻速行駛時，獲得的機械能P_機械=F_牽v=fv------②，
設效率為η，
所以P_機械=P_{發(fā)動機}η，
即fv=k₁n³-----③
而行駛速度與發(fā)動機轉速成正比，所以v=k₂n-----④
則轉速n=$\frac{v}{{k}^{2}}$------⑤
把⑤代入③整理得：
f=$\frac{{k}_{1}n{v}^{2}}{{{k}_{2}}^{3}}$=kv²（$\frac{{k}_{1}η}{{{k}_{2}}^{3}}$是一個定值，設為新的比例函數）
由此說明阻力f與飛機速度v的平方成正比，其關系為二次函數，圖象為開口向上的拋物線，故選C；
（6）由表中數據可知，P=80kW，t=20h，m=320kg，
由P=$\frac{W}{t}$可得，W=Pt=80kW×20h=1600kW•h，
則發(fā)動機耗油率η=$\frac{m}{W}$=$\frac{320kg}{1600kW•h}$=0.2kg/（kW•h）．
故答案為：
（1）硬度；減小空氣的阻力；
（2）4×10⁵；1800；
（3）1064；
（4）S；＞；
（5）C；
（6）0.2．

點評 本題涉及到壓強公式、功率公式、速度公式、安培定則、效率公式、電功公式等多個知識點，是一道綜合性較強的題目．