Первые воздушные змеи появились очень давно. Родиной их считается Китай. В этой стране воздушный змей является не просто оригинальной игрушкой, для китайцев это предмет культа.
Существуют даже специальные праздники и фестивали, посвященные воздушным змеям. В эти дни тысячи разноцветных змеев, украшенных лентами, взмывают в небо, приводя в восторг детей и взрослых.
В Поднебесной воздушных змеев делали из шелка и бамбука. Они имели самую разную форму: жуков, рыб, бабочек, птиц и, конечно, драконов. В Китае это мифическое существо издавна почиталось, его считали символом благополучия, богатства и власти. Со временем воздушные змеи появились в других странах Азии, а затем распространились по всему миру.
В нашей стране этот простой летательный аппарат также любим, особенно детьми. Если ты наблюдал когда-нибудь полет воздушного змея, то наверняка надолго запомнил красоту и плавность его движений.
Хотя в России в течение последних 30 лет воздушный змей был забыт, сейчас интерес к нему заметно возрос. Люди более старшего возраста помнят, как они мастерили свои модели змеев вручную из картона и бумаги. С развитием промышленного прогресса на смену этим материалам пришел полиэтилен. В связи с этим современные воздушные змеи весьма отличаются по внешнему виду от своих предшественников: они выглядят значительно ярче, их проще запускать. Кроме того, они обладают лучшими полетными свойствами и дольше служат.
Сейчас даже появились клубы любителей воздушных змеев, где собираются люди, которые не только запускают змеев, но и самостоятельно их изготавливают. Стоит отметить, что эти легкие летательные аппараты использовались людьми не только ради развлечения: их конструкция послужила прототипом первых метеорологических зондов. Кроме того, с помощью фотоаппаратов, прикрепленных к воздушным змеям, раньше производилась аэросъемка местности.
Во время Первой мировой войны они использовались для наблюдения за местностью сверху. При отсутствии ветра и тихом ветре для подъема на высоту аппарата-наблюдателя использовали воздушные шары, а при среднем и сильном ветре их обычно относило в сторону, тогда наблюдателя поднимали в воздух с помощью цепочки змеев. Кроме того, воздушный змей использовался и как видимый издали сигнал. Лишь позднее эти необычные летательные аппараты были заменены самолетами.
Надо сказать, что воздушные змеи постоянно совершенствовались. В XIX веке появились новые конструкции. Они получили имена своих конструкторов: змеи Ульянина, Харграва и др. Естественно, воздушный змей сыграл немаловажную роль и в развитии авиации. Но с появлением самолетов интерес к нему угас. В итоге этот летательный аппарат сейчас используется главным образом для развлечения детей и взрослых. В последние годы появилась особая категория спортивных змеев для экстремальных видов спорта. Эти аппараты рассчитаны на достаточно серьезные нагрузки по сравнению с игровыми моделями и имеют значительный размер.
Некоторым людям кажется, что запуск и конструирование воздушных змеев является детской забавой, но это не так. Это увлечение на самом деле привлекает к себе людей самых разных возрастов и профессий. К тому же оно развивает в человеке творческий потенциал, наблюдательность и смекалку. И ты тоже можешь открыть для себя много нового. Например, воздушный змей «расскажет» тебе о природе ветра, воздушных потоках и законах аэродинамики. Все эти знания наверняка пригодятся тебе в жизни.
Помимо всего вышеперечисленного, воздушный змей подарит тебе большую радость управления им и наблюдения за полетом. Но сначала его нужно изготовить. Как это сделать, мы расскажем ниже.
Воздушный змей любой модели и класса состоит из следующих основных деталей: полотно, каркас, соединительные детали, уздечка, хвост, нить (леер) и катушка для ее намотки.
Каркас. Сделай его из нескольких (обычно 2–3) реек, которые сформируют конструкцию змея. Их расположение обусловлено конкретной моделью аппарата (рис. 99). Каркас нужен для поддержки полотна в натянутом виде, а также он отвечает за прочность и жесткость аппарата.
Полотно (парус). Его нужно натянуть на каркас. Оно создает препятствие потоку воздуха и отвечает за возникновение подъемной силы.
Соединительные детали. С их помощью змеи делаются разборными. Они должны быть прочными. Если ты задумал сделать аппарат разборным, существует множество вариантов в зависимости от используемого материала и размера воздушного змея.
Рис. 99. Строение воздушного змея
Уздечка (привязка) — это место соединения воздушного змея. Существует много разных видов привязок:
— уздечка с 1 местом крепления, она считается достаточно простой и не требует дополнительной регулировки, в этом случае угол наклона летательного аппарата к ветру контролирует хвост;
— уздечка с 2 местами крепления, здесь должно быть особое регулирующее кольцо, чтобы можно было изменять угол атаки;
— уздечка с 3 местами крепления, она нуждается в специальной установке особого кольца и регулирующей детали;
— уздечка с 4 местами крепления, в этом случае угол атаки будет меняться с помощью специальной стяжки, соединяющей 2 вспомогательные уздечки.
Достаточно часто можно увидеть модели воздушных змеев с килем. Это цельная деталь из того же материала, что и полотно, который заменяет уздечку с 2 местами соединения. В подобном случае угол атаки остается фиксированным, то есть его уже не изменить.
Хвост — это не только украшение воздушного змея, но его стабилизатор, который устраняет дефекты полета. Ты можешь сделать его в виде нескольких тонких и 1 широкой ленты или в виде тонкой ленты с несколькими завязанными на ней бантами.
Нить (леер) должна соответствовать размеру змея. Лучше всего использовать крепкую и легкую нить. Лучше всего, чтобы леер легко отцеплялся и прицеплялся к летательному аппарату. Для этого обычно используют небольшой карабин. Таким же образом ты можешь прикреплять и хвосты.
Катушка для намотки нити. Не оставляй без внимания этот аксессуар. Известно, что запускать змея интересно и весело, но несколько иначе обстоит дело с его возвращением. Запутанная нить быстро испортит радость от полета. Ты можешь спускать аппарат, не скручивая леер, но тогда разложенная на земле веревка займет много места, а на ее сматывание и распутывание уйдет значительное количество времени. Поэтому лучше наматывай нить на катушку как в период хранения змея, так и во время его запуска.
С давних времен людей интересует, что же поднимает и удерживает змея в небе. Воздушный змей, так же как и самолет или дельтаплан, является летательным аппаратом, он тяжелее воздуха. Главной причиной, по которой все эти аппараты взмывают и держатся в воздухе, является движение воздушных масс по отношению к ним. Разницей является лишь то, что самолет движется поступательно и сам создает этот встречный поток воздуха, который его и держит. А воздушный змей подвергается воздействию воздушной струи, то есть ветра, и находится в неподвижном состоянии по отношению к земле. Чтобы воздух мог поднять его, он должен быть расположен под некоторым углом к воздушному потоку. Угол, образованный плоскостью воздушного змея и направлением воздушной струи, называется углом атаки.
Воздушный поток создает общее давление на аппарат с силой R, которое направлено перпендикулярно плоскости воздушного змея. При обтекании аппарата впереди него появляется зона воздуха с высоким давлением, а позади струи воздушного потока не успевают смыкаться, и там возникает зона пониженного давления, заполненная вихрями. Чтобы аппарат держался в небе, подъемная сила должна быть равна массе змея вместе с нитью. Если она меньше массы воздушного змея, он всегда будет падать на землю, поэтому для нормального полета аппарата его масса не должна превышать его подъемной силы.
Известно, что величина подъемной силы зависит от скорости ветра V, площади змея S и угла наклона летательного аппарата к направлению потока воздуха. Вычисляется она по формуле: Р = су г S V2, где г — плотность воздушного потока (равна 0,125), су — коэффициент подъемной силы, который зависит от угла атаки. При углах атаки 10–15° (именно при них летают змеи) этот коэффициент равен в среднем 0,32.
Кроме того, необходимо рассчитать, при какой скорости ветра взлетит твой воздушный змей. Этот показатель равен квадратному корню из подъемной силы, разделенной на площадь змея, умноженного на 5. Результат, полученный при делении подъемной силы на площадь змея, называется нагрузкой и показывает, сколько килограммов массы аппарата приходится на 1 м2 его площади и какая подъемная сила должна действовать на 1 м2, чтобы преодолеть силу тяжести. Таким образом, пользуясь этой формулой, ты можешь определить, при какой скорости ветра можно запускать того или иного змея.
После этого тебе будет нужно узнать, какой же ветер дует на улице. Обычно в прогнозах погоды даются сведения о силе ветра на текущий или следующий день, например 4–7 м/с или 6-10 м/с. Однако на деле это не всегда соответствует действительности. В связи с этим тебе следует научиться самостоятельно определять характер и силу ветра.
Ветер появляется в результате разности нагрева воды и земли. Земные массы нагреваются быстрее, а водные и лесные пространства медленнее. Нагретый над землей воздух поднимается вверх, потому что он легче холодного. В нижние слои на его место со стороны морских вод или леса устремляется холодный воздух. Например, днем (особенно в солнечную погоду) разность нагрева увеличивается, поэтому ветер сильнее, чем утром или вечером.
Кроме того, учитывай, что ветер не равномерен по высоте. Его направление и скорость постоянно меняются. Нередко можно наблюдать, что при полном безветрии или очень небольшом ветре внизу, на высоте 130–200 м дует ветер, который может удержать достаточно массивный аппарат. По этой причине, иногда промучившись с запуском змея в весьма тихую погоду и все-таки добившись нужного результата, с удивлением можно заметить, что чем выше от земной поверхности он поднимается, тем труднее его сдерживать.
Змея можно запускать по-разному. Если ветер сильный у земли, аппарат взлетает легко на вытянутой руке. При этом варианте тебе остается только разматывать веревку. При устойчивом ветре змей быстро взмывает вверх.
Когда ветер у земли недостаточен для подъема змея, ты можешь определить, дует ли он на высоте, посмотрев на верхушки деревьев. Если они раскачиваются, значит, ветер есть. Тогда тебе надо поднять аппарат на ту высоту, где он имеется. Когда ты запускаешь воздушного змея в одиночку, встань спиной к ветру и поставь его на землю передней плоскостью к себе, то есть она будет находиться перпендикулярно направлению ветра. Удерживая змея в этом положении, осторожно раскручивай веревку и отступай назад. Когда отойдешь на 20 м, рывком потяни аппарат на себя и пробеги некоторое расстояние. Тогда змей взмоет на определенную высоту, где его подхватит воздушный поток. Случается так, что его получается запустить с лишь с 3-й, а то и с 4-й попытки. Но если ветер наверху есть, змей может летать там очень долго.
Но, прежде чем запускать воздушного змея, тебе надо его изготовить. Итак, основными его составляющими являются ткань (или парус) и рейки, к которым она крепится, для придания прочности конструкции. Так как парус создает препятствие воздушному потоку, из-за чего возникает подъемная сила, воздушных змеев можно разделить по типу материала, из которого сделано полотно, на 3 группы: змеи из бумаги или картона; змеи из полиэтилена; змеи из непродуваемой или продуваемой ткани, например из парашютного шелка, полиэстера, армированного нейлона и пр.
Воздушные змеи, сделанные из разных материалов, имеют различные характеристики. Например, аппарат из картона или бумаги можно легко изготовить. Тебе хватит тонких плоских деревянных реек и клея, чтобы сделать воздушного змея дома. Он поднимается в небо уже при небольшом ветре, однако ветер посильнее начнет опрокидывать его, а более сильный и совсем разорвет. Недостатком бумажного змея является и его недолговечность.
Аппарат нз полиэтилена более прочен, чем из бумаги или картона, но эти качества зависят от прочности используемого материала. Такая конструкция может переносить более сильный напор ветра. Этот вид аппарата может складываться, поэтому его удобно перевозить. На него ты можешь также нанести любой яркий рисунок, но количество вариантов, которые можно сделать из полиэтилена, ограничено. Главным образом, это плоские каркасные и полукаркасные конструкции. Эти воздушные аппараты ты тоже можешь изготовить в домашних условиях или приобрести в магазине. Их основным недостатком также является недолговечность.
Воздушный змей из ткани считается наиболее прочным. Виды ткани обычно делятся на продуваемые и непродуваемые. И те и другие должны быть достаточно легкими. Сейчас при изготовлении воздушных змеев широко используются продуваемый полиэстер и непродаваемый армированный нейлон. Некоторые виды змеев требуют обязательно только непродуваемых тканей. Змеи из ткани, в отличие от пластиковых конструкций, хорошо выдерживают серьезные нагрузки. Некоторые модели из армированного нейлона можно отнести к полуспортивному классу воздушных змеев.
Теперь поговорим о рейках. Они тоже могут быть из разных материалов, что также сказывается на полетных качествах аппарата. Основными материалами считаются пластик и древесина.
Дерево является самым доступным материалом. Однако оно, в отличие от пластика, более ломкое (хотя это зависит от породы дерева). Но все же пластик не ломается совсем. Замечено, что дерево дает нужную прочность и жесткость конструкции. Стеклопластик дешевле дерева. Этот материал является более гибким, но и более тяжелым. Если ты сделаешь рейку очень тонкой и подходящей змею по весу, то она будет достаточно гибкой, а аппарат с такими рейками будет гнуться при воздействии на него воздушного потока. То есть такой змей не поднимется высоко и не выдержит напора сильного ветра. А если ты сделаешь рейку жесткой, то вес изделия с ней будет такой, что змея поднимет разве что шквальный ветер. По этой причине тонкие неломающиеся рейки из стеклопластика используют лишь на некоторых моделях, при этом заранее основательно подбирают их диаметр.
И еще одна важная составляющая — это нить, или леер, которая обычно привязывается к воздушному змею, чтобы он не улетел. Она нужна также для того, чтобы чувствовать силу его сопротивления воздушному потоку. Прочность леера должна быть такой, чтобы она не разорвалась от ветра. Лучше всего использовать толстую и прочную нить, поскольку слишком тонкая нить может порезать руки, если ты возьмешься за нее при сильном ветре.
Плоский змей. По форме змеи бывают в виде прямоугольника, равнобедренного треугольника, правильного или вытянутого многоугольника и т. д. Основными деталями плоского змея являются корпус, хвост, путы и нитки. Такого змея можно снабдить трещоткой, тогда он при полете будет издавать звук (рис. 100).
Рис. 100. Плоский змей
У плоского змея квадратной формы все его стороны равны. У аппарата в виде прямоугольника меньшая сторона корпуса составляет 0,75 длины большей стороны. У змея в форме равнобедренного треугольника длина его корпуса должна быть в 1,5 раза больше его ширины. У змеев в виде вытянутых многоугольников боковые стороны по длине должны быть равны ширине корпуса, а длина всего корпуса делается в 1,5 раза больше его ширины.
Корпус плоского воздушного змея лучше всего делать из деревянных легких реек и обшивки. Подходящими материалами для изготовления каркаса являются бамбук, дранка из липы, сосны или березы, ивовая лоза и стебли камыша, а также оконные штапики.
Определив размеры корпуса аппарата, вырежи по ним обшивку и уже на нее наклеивай рейки. На первом этапе наклей их по краям обшивки, а затем на перекрещивающиеся рейки корпуса. Для этого можно использовать столярный или казеиновый клей. Концы реек обычно должны заступать за края обшивки на 3–4 см. По всем углам корпуса перекрещивающиеся рейки обвяжи прочными нитками.
После того как корпус высохнет, прогни его по рейкам, оставив обшивку на внешней стороне, и закрепи этот прогиб с помощью ниток, натянутой между концами прогнутой рейки. При желании на эту нитку ты можешь приделать трещотку. Во время полета аппарата под воздействием воздуха она станет сильно вращаться на закрепленной нитке и издавать треск. По размерам трещотка обычно изготовляется так, чтобы при вращении она не задевала корпус змея.
К углам конструкции в местах пересечения реек прикрепи нитку такой длины, чтобы ее середина при натяжении доходила до центра корпуса змея. Так получатся верхние стропки. Затем проколи в листе 2 отверстия по обе стороны от места пересечения центральных реек, продень в них нитку и хорошо завяжи вокруг реек. Так, привязав нижнюю стропку по середине верхней, ты получишь путы. В точке соединения стропок закрепи шнур для запуска. К корпусу змея путы крепятся со стороны обшивки, чтобы воздух при полете змея прижимал ее к приклеенным рейкам.
Хвост змея состоит из 2 частей: самого хвоста и его подхвостка, для которых нужна тесьма или полоска хлопчатобумажной ткани шириной 1,5–2 см. Подхвосток закрепи нитками к нижним углам корпуса змея. К нему в его середине привяжи хвост (лучше будет его пришить). Если аппарат не взлетает или поднимается, но не набирает достаточную высоту, это значит, что его хвост слишком тяжелый. В этом случае его надо укоротить.
Помимо плоского змея, существуют и другие модели: коробчатый змей, ромбический коробчатый, двухгранный, ячеистый, бескаркасный, полужесткий и т. д. Изготавливать эти конструкции несколько сложнее, поэтому сначала лучше потренироваться на плоском воздушном змее.
З В О Н О К НА У Р О К
