Zacznę od najważniejszego – udało się! :)

Realizacja pomysłu, planowanie działań, szereg obliczeń matematycznych na poziomie akademickim, liczne spotkania i konsultacje, projektowanie tunelu oraz 12 modeli skrzydeł, nauka nowego oprogramowania, wreszcie budowa tunelu aerodynamicznego, szukanie innowacyjnych rozwiązań w celu ulepszenia uzyskanych wyników podczas optymalizacji warunków eksperymentalnych, wykonywanie symulacji, weryfikacja otrzymanych wyników i oczywiście ciągłe wspólne rozwiązywanie rodzących się problemów – wszystko mamy już za sobą. 

Możemy pochwalić się, że naszemu zespołowi udało się zrealizować wszystkie siedem etapów projektu naukowego.

1. Na podstawie wiedzy literaturowej wykonaliśmy każde obliczenia matematyczne potrzebne do zaprojektowania tunelu aerodynamicznego oraz modeli profili skrzydeł.  Ze względu na stopień trudności wszystkie uzyskane szacunki i metody obliczeniowe zostały skonsultowane z wykładowcami akademickimi Wydziału Fizyki UAM 
2. W oparciu o te obliczenia, jak również dane literaturowe zaprojektowaliśmy model tunelu aerodynamicznego oraz 12 profili skrzydeł o różnej geometrii, wykorzystując oprogramowanie Tinkercad.

3. Zbudowaliśmy tunel aerodynamiczny o wymiarach 164 cm /45cm /45 cm, a jego zbudowanie było nie lada wyzwaniem :)

4. Dzięki współpracy nawiązanej z Centrum Badawczym Druku 3D Materiałów Kompozytowych mieszczącym się w WCZT UAM w Poznaniu mogliśmy wydrukować techniką 3D (z kompozytów opracowanych syntetycznie przez grupę badawczą profesora UAM dr. hab. Roberta E. Przekopa własne modele skrzydeł oraz części unikatowe dla naszego tunelu, umożliwiające regulację i wyrównanie pod jednym kątem przepływu powietrza.

5. Z powodzeniem przeprowadziliśmy badania aerodynamiczne w skonstruowanym tunelu.

6. Zrealizowaliśmy wieloetapową optymalizację warunków eksperymentalnych oraz profili skrzydeł w celu poprawy wydajności i funkcjonowania naszego tunelu aerodynamicznego.

7. Określiliśmy modele skrzydeł dających najlepsze wyniki doświadczalne, wykazując korelację tych wyników ze wszystkimi wcześniejszymi założeniami naszego projektu.

Dodatkowo przedstawiliśmy wyniki projektu uczniom z Gruzji (goszczącym u nas podczas międzynarodowej wymiany szkolnej) – byli pod wrażeniem efektów naszej pracy.

W trakcie pracy nad projektem pojawiło się wiele wyzwań. Pierwszym największym i najbardziej czasochłonnym wyzwaniem było wyznaczenie wymiarów naszego tunelu (wymagane były na tym etapie specjalistyczne obliczenia matematyczne, które polegały na określeniu  takich wymiarów w każdym puncie naszego tunelu, by była zachowana stała gęstość płynu i  jednakowe prędkości przepływu niezakłóconego). Niestety, wyznaczenia tych wymiarów dla każdej z czterech części tunelu nie można wykonać na zasadzie zwykłej proporcji czy znanych na poziomie liceum obliczeń matematycznych lub skopiowaniu wymiarów podanych w rozwiązaniach literaturowych bądź przedstawianych na różnego rodzaju filmikach opisujących tunele aerodynamiczne. Dlatego członkowie naszego projektu przez półtora miesiąca musieli poszerzyć własne umiejętności matematyczne, uczestnicząc w zajęciach na Politechnice Poznańskiej realizowanych dla członków Aeroklubu Poznańskiego. Wykonane następnie obliczenia omówiliśmy i zweryfikowaliśmy z wykładowcami Wydziału Fizyki UAM.  Równocześnie członkowie naszego projektu musieli nauczyć się obsługi nowych oprogramowań graficznych tj. Tinkercad, Davinci resolve, Photoshop, Adobe Aftereffects, Audacity canva, z pomocą których sami zaprojektowali, na podstawie obliczeń, 12 modeli skrzydeł oraz plaster miodu pełniący istotną rolę w naszym projekcie. W celu zrozumienia techniki 3D mieliśmy okazję zwiedzić WCZT UAM w Poznaniu, gdzie umożliwiono nam obserwację procesu syntezy tworzyw, wykorzystywanych jako komponenty do wydruków 3D, oraz wydrukowano nam nasze modele. Następnie stanęliśmy przed wyborem materiałów, obliczeniem wydajności i wyborem wentylatora, transformatora, przyrządów miarowych i budową zaprojektowanego tunelu.  Z pewnością jednym z bardziej odpowiedzialnych zadań było zarządzanie budżetem, zbieranie faktur i prowadzenie małej księgowości. 

Tunel zaprojektowaliśmy tak, aby można każdy jego element z łatwością przenieść, naprawić, więc wszystkie elementy pomiarowe nie były na stałe umocowane w tunelu po to, by mogły być wykorzystywane w przyszłości na zajęciach fizyki również w innych doświadczeniach przeprowadzanych przez uczniów czy nauczyciela. Nauczyliśmy się cięcia metalu, drewna oraz pleksi, szlifowania, sklejania, wiercenia, skręcania, malowania, lutowania oraz łączenia obwodów elektronicznych i określania funkcjonalności poszczególnych elementów. 

Wszystkie prace wykonaliśmy sami pod czujnym okiem opiekuna projektu. Ostatni miesiąc to czas intensywnej pracy przy projekcie i zmagania się z problemami związanymi z integracją różnych systemów, optymalizacją rozwiązań technicznych. Potem było już lepiej – nauczyliśmy się nowego oprogramowania SimScale umożliwiającego wykonanie symulacji komputerowych dla naszych modeli skrzydeł w celu wyznaczenia kąta natarcia, a następnie na jego podstawie z danych eksperymentalnych określiliśmy parametry pozwalające wyznaczyć siłę nośną dla każdego skrzydła. Czyli: zaczęliśmy projekt od działań matematycznych i nimi też go zakończyliśmy. :)

Wszystkie napotkane przez nas problemy udało nam się rozwiązać ciężką pracą, cierpliwością, determinacją i chęcią wspólnego rozwiązywania napotkanych trudności.

Wszyscy uczestnicy projektu bardzo napracowali się przy jego realizacji. Mimo podziału obowiązków, wszystkie postępy, etapy realizacji projektu, napotkane trudności były omawiane razem i codziennie raportowane. Uczniowie nabyli zatem umiejętności pracy w zespole, planowania własnej pracy, rozwiązywania problemów oraz kreatywnego myślenia. Uczniowie zdobyli nie tylko praktyczną wiedzę z zakresu matematyki, fizyki, inżynierii, inżynierii lotniczej, dynamiki płynów, technologii, inżynierii materiałowej, ale również rozwinęli swoje umiejętności projektowania i pracy z narzędziami Tinkercad, Davinci resolve, Photoshop, Adobe Aftereffects, Audacity canva czy SimScale. Członkowie zespołu nauczyli się, jak należy wykonywać poszczególne etapy prac badawczych, czyli: weryfikację literatury naukowej, interpretację znalezionych informacji, projektowanie własnego problemu badawczego, przygotowania symulacyjne oraz matematyczne do realizacji postawionych celów, realizację badań, optymalizację warunków prowadzonych eksperymentów, obliczenia eksperymentalne, wreszcie interpretację uzyskanych wyników, sprawdzenie ich powtarzalności, wyliczanie błędów pomiarowych i finalnie sprawdzenie uzyskanych rezultatów z danymi literaturowymi oraz określenie korelacji uzyskanych wyników z innymi modelami matematycznymi. Każdemu naukowcowi taka droga wykonywania badań naukowych jest znana i powszechnie stosowana, dlatego uczenie się, jak należy wykonywać badania w ramach projektu naukowego jest istotną umiejętnością każdego przyszłego inżyniera, konstruktora czy badacza. Właśnie realizacja tego projektu umożliwiła każdemu członkowi naszego zespołu nabycie tej istotnej kompetencji. 

Realizacja projektu cieszy się bardzo dużym zainteresowaniem społeczności uczniów, nauczycieli oraz rodziców. Wiele osób śledzi naszą pracę. Wielu dopinguje nas i podziwia nasze wyniki. Jako grupa projektowa propagujemy nasz wynalazek. Przedstawiliśmy go uczniom naszej szkoły, uczniom z Gruzji, którzy przyjechali do nas w celu omówienia realizowanych przez obie szkoły projektów naukowych z nauk ścisłych. Uzyskane wyniki mamy zamiar przedstawić Aeroklubowi Poznańskiemu. Nasze działania spowodowały, że młodsi uczniowie z klas 1. i 2. również zapragnęli wziąć udział w podobnych badaniach czy projektach naukowych. Nasze działania chcemy również przedstawić rodzicom uczniów naszej szkoły oraz przedstawić nauczycielom z Gruzji, Włoch, Hiszpanii i Niemiec, z którymi nawiązaliśmy współpracę międzynarodową.

Dzięki projektowi mogliśmy nawiązać współpracę z wykładowcami Wydziału Fizyki UAM oraz z Wielkopolskim Centrum Zaawansowanych Technologii UAM w Poznaniu. Chcielibyśmy szczególnie podziękować profesorowi UAM dr. hab. Robertowi E. Przekopowi, dr Bognie Sztorch oraz mgr Ewie Gabriel z Centrum Badawczego Druku 3D Materiałów Kompozytowych za wszelaką pomoc, życzliwość, wsparcie merytoryczne i umożliwienie nam wydruku techniką 3D elementów niezbędnych w naszym projekcie naukowym.

Jesteśmy bardzo dumni z efektów pracy. Uzyskane przez nas wyniki są bardzo precyzyjne i zgodne z danymi literaturowymi. Cieszy nas bardzo, że jako jedna z niewielu szkół średnich kraju posiadamy zbudowany przez siebie tunel aerodynamiczny, który jest układem badawczym prezentowanym przez jednostki naukowe lub szkolnictwo wyższe. Nie sądziliśmy, że rezultat naszej pracy będzie tak rzetelny i umożliwi nam wykonywanie obliczeń wielu parametrów fizycznych.

Wiemy że jest to sukces całego zespołu. Nasze cele projektowe nie zostałyby osiągnięte, gdy nie współpraca i ciągła chęć rozwoju. Wszyscy jesteśmy dumni z siebie nawzajem. Nigdy nie zapomnimy, że mieliśmy pomysł, wygraliśmy grant na jego realizację i zbudowaliśmy tunel aerodynamiczny sami :)

Na co chcę zwrócić uwagę innych nauczycieli?

Aby się nie bali, podjęli wysiłek, zaproponowali uczniom możliwość realizacji pomysłu, który, wydawałoby się, mocno wykracza poza możliwości. Należy dać uczniom pole do działania, umożliwić wykorzystanie ich zdolności w wielu dziedzinach. Niech uczniowie obserwują, dotykają, wypowiadają się i działają.

Nasz zespół jest w pełni zgodny, że przez doświadczenie można nauczyć się naprawdę dużo i można osiągnąć sukces, który będzie się wspominać przez lata.

Pierwotnie zakładaliśmy zaprojektowanie 8 skrzydeł, finalnie wykonaliśmy 12 projektów, które zostały wydrukowane techniką 3D. Zakładaliśmy również prostszy model tunelu aerodynamicznego, ale w trakcie realizacji projektu zdecydowaliśmy się na kompletną zmianę koncepcji, co zaowocowało bardziej zaawansowanym modelem, w którym zastosowaliśmy własne innowacyjne rozwiązania oraz lepszy sprzęt pomiarowy. Takie działanie umożliwiło nam uzyskanie bardzo precyzyjnych wyników eksperymentalnych. Do naszych działań dołączyliśmy również symulacje obliczeniowe, czego nie zakładaliśmy we wcześniejszych planach.

Dodatkowe działania i operacje matematyczne otworzyły nam drogę do zwiększenia potencjalnego wykorzystania naszego tunelu aerodynamicznego.

Środki z grantu przeznaczyliśmy na niezbędne zakupy: 

Anemometru, wytwornicy dymu, sklejki, plexi, zasilacza laboratoryjnego, wentylatora, regulatora prędkości, części budowlanych potrzebnych do montażu.

Bez tego wsparcia finansowego nie bylibyśmy w stanie zrealizować celu i nie udałoby się wykonać projektu zgodnie z naszymi planami.

https://www.youtube.com/watch?v=pnVPyPxIJKs
https://www.youtube.com/watch?v=ezOW02rkmZM