Структура бумажный змей. Воздушные змеи: детские забавы или практическая аэронавтика? Список использованной литературы

Первое что вы увидите на любом фестивале воздушных змеев – это гигантские надувные воздушные змеи. Конечно они впечатляют, и не только своим размером. Такие змеи изготавливаются с высокой точностью из большого количества нейлоновых или полиэфирных панелей, чаще всего они представляют из себя морских существ, в этом образе они наиболее эффектны.

Эти воздушные змеи надуваются как правило спереди, с помощью воздухозаборников. Которые тщательно замаскированы под внешний вид животного.

На создание таких кайтов уходит очень много времени, и поэтому не удивительно, что они могут стоить очень дорого, цены на эти творения доходят до миллиона рублей. Тем не менее организаторы фестивалей готовы представлять на своих шоу подобных воздушных змеев, потому что посетителям они очень нравятся. Надувные воздушные змеи являются непременным участником любого фестиваля как в Европе так конечно и в Азии, где они перемешаны с огромным числом современных и традиционных змеев.

Парафойлы (Parafoils)

Наиболее распространённые и простые из них – «wind socks» так называемый носок развивающийся по ветру, турбины и баннеры. Вы сможете увидеть этих змеев среди гигантских на любом шоу воздушных змеев в России, Европе или Азии.

Конструкция конструкция классического Парафойла представляет из себя несколько поверхностей, разделенных на клетки вертикальными ребрами. Клетки имеют отверстия, при набегании потока воздуха – он надувает конструкцию оказывая давление на клетки змея. Самые большие из этих змеев могут поднимать в воздух тяжелые предметы, камеры, зонды и даже людей.

Конструкция Парафойла представляет из себя несколько поверхностей, разделенных на клетки вертикальными ребрами. Клетки имеют отверстия, при набегании потока воздуха – он надувает конструкцию оказывая давление на клетки змея.

Иногда для стабилизации этого воздушного змея в полете требуется большое количество килей, перегородок и других элементов, по конструкции это один из сложнейших воздушных змеев. Причина популярности этого вида воздушных змеев в том, что с их помощью можно поднимать тяжелые предметы на высоту гораздо легче, чем с помощью любого другого кайта подобного размера.

Дельта кайт (Delta)

Следующий по распространённости – это конечно дельта кайты. Наиболее простая конструкция этого воздушного змея представляет собой простой треугольник

При кажущейся простоте, для изготовления такого воздушного змея надо иметь изрядный опыт. А вот запуском правильно собранной конструкции справится даже ребенок. Поэтому первого воздушного змея хорошо бы купить именно этой фоhмы. Мы часто комплектуем их дополнительным хвостом, который стабилизирует полет при не равном ветре. По мере роста вашего мастерства вы можете отсоединить хвост для быстрого и эффектного полета

(в нем вы найдете множество вариантов воздушных змеев Delta)

Роккаку (Rokakku)

С точки зрения летных свойств этого змея он даст большую фору Дельта кайтам если сравнивать их в одной ценовой категории, кроме того они отличаются большей стабильностью и надежностью, особенно это становится заметным когда скорость ветра приближается к критической для воздушных змеев. Как и любой приличный Delta кайт эти красавцы не нуждаются в хвостах, потому что наличие хвоста делает его менее маневренным и более плавным в полетах.

Изначально Роккаку появилсь в Японии и использовались не только как украшение но и как оружие

Все виды коробчатых воздушных змеев представляют из себя конструкцию из набора реек и ткани для создания сотовой структуры. Традиционный простейший коробчатый змей представляет из себя конструкцию из 2х замкнутых коробок- ячеек.

Большинство людей могут себе представить как он выглядит, эти изображения представлены во многих книгах и хорошо нам знакомы. Многие современные змеи сделаны на основе той старой конструкции, и выглядят просто замечательно. Некоторые дизайнеры пошли на многое, чтобы построить удивительные, сложные конструкции, которые используют простой принцип коробки в полетах….

Роторный воздушный змей

Довольно редкий вид воздушных змеев и единственный воздушный змей вращающийся в полете. Поэтому его полет не похож на полет обычных воздушных конструкций

Полет воздушного змея основан на эффекте Мангуса и для полета такой конструкции достаточно даже слабого и не ровного ветра

Один из самых интересных видов воздушных змеев. Однако чтобы справиться с полетом, вам придется приложить некоторые усилия

Воздушный змей имеет не одну а как правило 2 или 4 стропы управления. Несмотря на то, что они летают как правило гораздо ниже своих собратьев, они безусловно очень привлекательны благодаря их постоянной смене направления движения, не говоря уже о современной тенденции к супер-ярким цветовым схемам.

Еще одним видом трюковых воздушных змеев являются пилотажные кайты. Они названы так потому что изначально были придуманы для тренировки профессиональных кайтеров и в сущности являются их не большой копией. Благодаря тому, что в сложенном виде имеют совершенно не большой вес и размер, а так же не боятся повреждения при падении очень популярны

Искусство дарить подарки – одна из отличительных черт человеческого общества. Подарок служит выражением нашего отношения к близким и друзьям. Подарки сделанные своими руками, не потребуют больших материальных затрат, зато в каждом из них отражается щедрость души, трепетное отношение к человеку, для которого с любовью и старанием мы создавали единственный в своем роде сувенир. Как известно, самые благодарные получатели подарков – дети. Сколько восторга доставляют им игрушки, особенно если они необычные, такие, каких нет у других.

Гипотеза: как сделать подарок младшему братишке, не залезая в родительский кошелек?

Климат с. Павлофедоровка.

С. Палофедоровка Кировского района располагается в центральной части Приморского края. Климат умеренно-муссонный, с морозными зимами (в январе?25?40° C) и жарким влажным летом (в июле +25° +30°). Средняя скорость ветра - 2,9 м. С увеличением высоты скорость ветра возрастает.

Скорость ветра для оптимального запуска воздушного змея:

1–2 м/с: только самые легкие воздушные змеи будут летать;

2–4 м/с: хороший ветер для новичков;

4–8 м/с: превосходные условия для полета воздушного змея любой конструкции;

8–11 м/с: хороший ветер для специалистов. Будьте более внимательны;

11–14 м/с: только для специалистов.

Поэтому в качестве подарка-сюрприза для брата я выбрала воздушного змея.

Цель: изготовить воздушного змея к 12.05.2014. (день рождения брата 20.05.)

Найти в интернете макеты и чертежи самых простых воздушных змеев;

Определить какие материалы нужны для изготовления воздушного змея в домашних условиях;

Заручиться помощью папы для изготовления и запуска змея (выяснить, а сможет ли он вообще летать?);

Изготовить воздушного змея;

Запустить воздушного змея, отрегулировать его полет;

Подарить подарок брату.

1. Конструкция воздушного змея.

Воздушный змей - привязной летательный аппарат тяжелее воздуха. Поддерживается в воздухе давлением ветра на поверхность, поставленную под некоторым углом к направлению движения ветра и удерживаемую леером с земли.

1.1. Классификация

По форме и устройству аэродинамических поверхностей различают:

Одноплоскостные - простейшие конструкции. Обладают невысокой подъёмной силой и малой ветровой устойчивостью. Таким змеям обязательно нужен хвост - шнур с привешенным к нему грузиком.

Многоплоскостные - этажерочные, коробчатые и многоячеечные из отдельных ячеек в форме тетраэдров или параллелепипедов. Важной их особенностью является высокая устойчивость.

Составные или групповые, состоящие из группы воздушных змеев.

1.2. Основные конструктивные элементы воздушного змея:

Натянутая на жёсткий каркас или мягкая, без каркаса, поддерживающая (аэродинамическая) поверхность из материи или бумаги;

Наматываемый на лебёдку или катушку леер (пеньковая верёвка, стальной трос, прочная нить);

Уздечка для крепления к воздушному змею леера и органы устойчивости (хвост).

1.3. Обеспечение устойчивости.

1.3.1. Продольная устойчивость обеспечивается хвостом или формой аэродинамической поверхности;

1.3.2. Поперечная - килевыми плоскостями, устанавливаемыми параллельно привязному канату, или изогнутостью и симметричностью аэродинамической поверхности.

1.3.3. Устойчивость полёта воздушного змея зависит также от положения центра тяжести змея.

1.4. Виды воздушных змеев:

Плоский змей;

Коробчатый змей.

2. Изготовление воздушного змея “Монах”

Самый простой воздушный змей – “монах”. Его изготавливают из квадратного листа плотной бумаги. “Монах” состоит из корпуса, пут, хвоста и нитки, с помощью которой его можно запустить.

2.1. Порядок изготовления

2.1.1. Из бумаги вырезать квадрат со стороной 15-20 см. Его углы назовем A, B, C, D.

2.1.2. Лист согнуть по диагонали AC. Загиб прогладить с нажимом, чтобы след от него четко обозначился на листе.

2.1.3. Уголок с вершиной B согнуть так, чтобы сторона AB совместилась со стороной AC.

2.1.4. Теперь перевернуть заготовку на другую сторону и таким же образом отогнуть угол листа с вершиной D, при этом сторона AD должна совместиться с линией AC. Все загибы прогладить утюгом.

2.1.5. Уголок листа с вершинами B и D отогнуть и совместить стороны EB и E’B со сторонами AE и AE’.

2.1.6. Еще раз прогладить все загибы утюгом и развернуть лист. Получился корпус “монаха”. Его крылышки BFE и DF’E’ должны быть развернуты в разные стороны.

2.1.7. В точках F и F’ и в точке C на корпусе прорезать небольшие отверстия, чтобы можно было прикрепить путы. Для этого подойдут 2 прочные нитки. Их длина должна быть равна высоте треугольника FAF’.

2.1.8. В отверстии в точке C прикрепить хвост. Его можно сделать из плотной тесьмы или ленты шириной 1,5-2 см. Длина хвоста должна равняться 4-5 длинам стороны AC корпуса “монаха”. Ленту продеть в подготовленное отверстие, загнуть и сшить по кромкам нитками.

2.1.9. Прикрепить прочную нитку для запуска змея. Она привязывается к путам точно по

середине. Нитка должна иметь достаточно большую длину, лучше всего ее намотать на катушку, тогда запускать змея будет гораздо удобнее.

2.1.10. Готового змея расписать или оклеить различными аппликациями, тогда он будет выглядеть еще красивее.

Последовательное изготовление корпуса “Монаха”.

Крепление пут и хвоста “Монах”

2.2. Пробный запуск

2.2.1. Чтобы удостовериться в том, что змей хорошо летает, я сделала пробный запуск. Запускали змея, с папой, на открытом пространстве, где поблизости не было высотных зданий, деревьев и линий электропередач.

2.2.2. Папа держал змея, а отошла против ветра на расстояние 10–15 м, постепенно распуская леер. По моему условному знаку папа подкинул змея вверх. Погода была ветреная, то он сразу взмыл ввысь.

2.2.3. При слабом ветре пришлось пробежать некоторое расстояние, чтобы змей набрал высоту. Когда он стал хорошо держаться в воздухе, нитку постепенно отпустила, и змей взлетая, быстро набирал высоту и устойчиво парил, слегка виляя в полете из стороны в сторону. Значит, мы его сделали правильно.

2.3. Принцип действия

Воздушный змей поднимается в воздух благодаря движению воздуха.

2.3.1. Если ко всем четырем углам змея привязать по нитке и связать их вместе, он не полетит даже при очень сильном ветре. Дело в том, что встречный поток воздуха будет равномерно давить как на поверхность змея, так и на нити, привязанные по углам.

2.3.2. Если связать вместе только три нити из четырех, то при движении змей расположится под небольшим углом к поверхности земли – “углом атаки”. Сила сопротивления воздуха будет оттягивать змея назад и заставит его подняться в воздух. Подъемная сила определяется сразу несколькими величинами: “углом атаки”, давлением встречного воздуха и размером змея.

2.3.3. Центр тяжести змея должен располагаться на оси его симметрии – продольной линии корпуса змея, которая делит его на две равные части.

2.3.4. Путы, или стропы, которые прикрепляются к змею для обеспечения ему “угла атаки”, должны быть тщательно подобраны по длине и прикреплены к корпусу в определенных местах. Если это правило нарушить, он или вообще не поднимется в воздух, или будет плохо летать, виляя из стороны в сторону.

2.3.5. Хвост змея также играет большую роль. Это не столько украшение конструкции, сколько приспособление, предназначенное для ее управления. При неправильно отрегулированном хвосте змей или совсем не взлетит, или будет летать неустойчиво.

2.4. Возможные недостатки

2.4.1. Змей при запуске крутится вправо или влево. Это означает, что нитка прикреплена не в середине.

2.4.2. Если и после устранения этого недостатка “монах” продолжает крутиться, нужно обратите внимание на его хвост – он или слишком мал, или слишком легок. Проверить это очень просто: привязать к нему пучок травы или щепку – если змей выровнял свой ход, значит, хвост нужно удлинить. Иным выходом из ситуации будет прикрепление разных украшений в виде бантиков, бабочек, помпонов.

2.4.3. При слишком тяжелом хвосте змей тоже плохо взлетает и набирает высоту. В этом случае хвост нужно облегчить, отрезав от него небольшой кусочек или убрав украшения.

3. Изготовление плоского воздушного змея

Плоский змей имеет более сложную конструкцию по сравнению с монахом”.По форме различают змеи в виде прямоугольника, равнобедренного треугольника, правильного или вытянутого многоугольника и др.

Основные детали плоского змея: корпус, путы, хвост, нитки (шнур). При желании змей можно снабдить трещоткой.

3.1. Расчет плоского воздушного змея

У змея квадратной формы все стороны его корпуса, естественно, равны. У змея в виде прямоугольника меньшая сторона корпуса должна составлять 3/4 длинны большей его стороны. У змея в виде равнобедренного треугольника, длина его корпуса должна быть примерно в полтора раза больше его ширины (основания этого треугольника). У змеев в виде вытянутых пяти- или шестиугольников боковые стороны по длине должны быть равны ширине корпуса. Длину же корпуса делают в полтора раза больше его ширины.

Формы плоских змеев

Соотношение размеров

3.2. Корпус плоского воздушного змея состоит из легкого деревянного каркаса и обшивки. Материалы для изготовления каркаса: ивовая лаза (прутки), стебли камыша, тонкие рейки из бамбука, дранка из сосны, березы, липы, а лучше всего оконные штапики. Я использовала оконные штапики.

3.3. Я по этим размерам вырезала обшивку и на нее наклеила рейки корпуса. В начале наклеивают рейки по краям обшивки, а затем на перекрещивающиеся рейки. Клей применяла самый разный: столярный, казеиновый, БФ и др. Концы реек должны выступать за края обшивки на 3–4 см. По всем углам корпуса перекрещивающиеся рейки обвязала нитками.

Сборка корпуса

3.4. Когда корпус высох, рейку АВ прогнула, оставляя обшивку на внешней стороне, и зафиксировала этот прогиб с помощью нитки, натянутой между концами прогнутой рейки

3.5. На стягивающую нитку можно установить трещотку. Во время полета змея под воздействием воздушных потоков, трещотка будет быстро вращаться на закрепленной нитке и трещать. По размерам трещотка должна быть изготовлена так, чтобы, вращаясь, она не задевала корпус змея.

3.6. К углам корпуса в местах пересечения реек (точки А и В) привязала нитка такой длинны, чтобы середина нитки при натяжении достигла центра корпуса змея в точке О. Так я получим верхние стропки.

3.7. Затем в точке О корпуса проколола два отверстия (по обе стороны листа пересечения центральных реек), в отверстия продела нитку и прочно завязала вокруг реек. Длина этой нижней стропки равна расстоянию на корпусе от точки О до середины рейки АВ. Привязав, нижнюю стропку по середине верхней, получила путы. В точке соединения стропок привязала шнур для запуска. Путы к корпусу змея крепила со стороны обшивки, чтобы воздушные потоки при полете змея прижимали обшивку к приклеенным рейкам корпуса.

3.8. Изготовление хвоста.

Хвост состоит из собственно хвоста и его подхвостка, для которых потребуется тесьма или полоска хлопчатобумажной ткани шириной 1,5–2 см. Подхвосток привязала нитками к нижним углам корпуса змея (в точках С и D). К подхвостку в его середине пришила хвост. Половины подхвостка СМ и DM должны быть равны, иначе змей в полете будет крутиться.

3.9. Регулировка змея.

Если змей не взлетает или взлетает, но не набирает высоту – значит, тяжел его хвост. Нужно в этом случае хвост укоротить.

Если же после укорачивания хвоста змей все равно не набирает высоту, следует изменить длину нижней стропки пут.

В случае если при полете змей виляет то вправо, то влево нужно проверить равенство длин верхних стропок и подхвостка. Если здесь все в порядке - значит, мала длина хвоста.

Для проверки привязала к хвосту небольшой пучок сухой травы. Пришла к выводу: если после этого змей начинает лучше набирать высоту и не крутиться в полете, нужно снять этот дополнительный груз и удлинить хвост. При правильной регулировке змей должен хорошо взлетать, быстро набирать высоту и уходить вдаль, по мере распускания нитки, на которой он запускается. При этом он будет парить в высоте, слегка виляя из стороны в сторону. Нитки для изготовления пут должны быть крепкими, иначе под напором ветра змей просто оторвется. Путы и хвост для плоских змеев другой формы делаются аналогично.

Возможное оформление воздушного змея.

Возможное оформление воздушного змея

4. Меры предосторожности

4.1. Никогда не запускать воздушных змеев около линий электропередач.

Электропровода очень опасны для жизни. Электричество, проходящее через наше тело в землю, может привести к смертельному исходу.

4.2. Никогда не запускать воздушных змеев во время грозы.

Воздушный змей, запущенный во время грозы может привлечь к себе молнию и стать молниеотводом. Вряд ли это можно пережить.

4.3. Никогда не запускать воздушных змеев рядом с людьми или животными.

Это может напугать как людей, так и животных. Очень интересно наблюдать за собаками, когда они гоняются за воздушным змеем, но рано или поздно ветер станет слабее и собака, поймав змея, сведет на нет все ваши труды.

4.4. Никогда не запускать воздушных змеев около аэропортов.

Во многих странах, по всему миру, это запрещено делать. В Северной Америке, например, запрещен запуск воздушных змеев ближе, чем 6-10 км до аэропортов.

4.5. Носить солнцезащитные очки в солнечные дни.

Долгое воздействие солнечных лучей может нанести ущерб незащищенным глазам. Всегда носите солнцезащитные очки, когда запускаете в солнечный день, даже если вы не стоите лицом к солнцу. Также не забудьте нанести крем от загара, чтобы защитить вашу кожу.

4.6. Никогда не запускать воздушных змеев над или около шоссе.

Воздушные змеи могут отвлечь водителей автомобилей, что может стать причиной аварии. Дороги для автомобилей, парки и пляжи для воздушных змеев.

5. Немного истории

Воздушные змеи – это, наверное, самые первые летательные аппараты, поднятые в воздух человеком четыре тысячи лет назад. Первыми их научились делать древние китайцы и японцы. Красочные воздушные змеи использовались главным образом для украшения празднеств. Им придавали вид птиц, бабочек или невиданных зверей, но особенно впечатляюще выглядел летающий дракон, считающийся на Востоке символом власти и благополучия.

В России древняя игрушка служила не просто для забавы. Так, например, киевский князь Олег, идя войной на Царьград в 906 г., использовал воздушных змеев для устрашения неприятеля. Вместе с людьми на штурм города двинулись целые полчища воздушных “всадников” и “коней”, так что мужество защитников Царьграда было поколеблено.

В начале двадцатого века воздушные змеи все чаще и чаще использовались для практических целей. Они применялись для поднятия в воздух метеорологических приборов, радиоантенн, аппаратов для аэрофотосъемки. В данном случае на службу человеку были поставлены такие качества воздушных змеев, как простота конструкции, довольно большая грузоподъемность, высота, на которую они способны подниматься.

Воздушные змеи внесли свою лепту в создание радио. А.С. Попов использовал змеи для подъёма антенн на значительную высоту.

Важно отметить использование воздушных змеев при разработке первых самолётов. В частности, А.Ф. Можайский, прежде чем начать строительство своего самолёта, провёл серию испытаний с воздушными змеями, которые тянула упряжка лошадей. На основании результатов этих испытаний были выбраны размеры самолёта, которые должны были обеспечить ему достаточную подъёмную силу.

В 1848 г. К.И. Константинов разработал систему спасения судов, терпящих бедствие вблизи берега, с помощью воздушных змеев. Во время первой мировой войны войска различных стран применяли змеи для подъёма на высоту наблюдателей-корректировщиков артиллерийского огня, разведки вражеских позиций.

С развитием воздухоплавательных и авиационных летательных аппаратов воздушные змеи стали применять исключительно в развлекательных и спортивных целях.

В последние годы развитие получили так называемые пилотажные змеи - воздушные змеи специальной формы, управляемые с помощью двух лееров. Пилотажный змей, в отличие от любого другого, способен к свободному планированию в воздухе, что и обеспечивает его особые свойства. Они предназначены для выполнения комплекса пилотажных фигур различной сложности. Также развивается кайтинг - вид спорта, при котором спортсмен передвигается по местности с помощью воздушного змея.

Применение воздушного змея позволяет использовать недоступные традиционному парусу возможности:

Второе воскресенье октября - Всемирный день воздушных змеев (World Kite Day), в этот день любители воздушных змеев во всем мире запускают своих летающих “питомцев”.

6. Заключение

В ходе работы я узнала много нового о воздушных змеях. Совместно с папой смастерила подарок своему любимому братишке. Все необходимые материала я нашла дома. А когда я увидела радость брата, державшего за нитку змея, который взмывал в облака, я поняла, что трудилась не напрасно. По моим чертежам пятеро одноклассников изготовили змеев и мы устроили воздушные баталии.Во второе воскресенье октября - в нашей семье теперь будет еще один замечательный праздник - Всемирный день воздушных змеев.

7. Литература

1. Л.Б.Бернштейн “Наука и жизнь”, №11, стр. 59-64.
2. М.И.Блудов. “Беседы по физике”. Просвещение”, 1964.
3. Ф.Д. Бублейников “О движении” Детгиз. 1956.
4. М.Ивановский “Законы движения”, 1957.
5. Н.Я.Виленкин “Математика 6 класс”.
6. Я.Н Перельман “Занимательная физика”.
7. Н.А.Сарафанова. Подарки к праздникам. Мир книги.2004 год.
8. Интернет-ресурсы.

Дата: 2013-08-21

История происхождения, возникновения воздушного змея основывается, прежде всего, на преданиях, традициях и обычаях. Все дело в том, что материалы, применявшиеся при изготовлении воздушных змеев, не могли сохраняться продолжительное время. Дерево, бумага, ткань, листья и ветки растений и им подобные материалы разрушаются довольно быстро, тем более что никто не сохранял специально для потомков своих воздушных змеев. Поэтому древние легенды – наш основной источник данных.

Итак, вспомним, что в каждой сказке есть доля истины, поставим в угол зарождающийся скептицизм и перейдем непосредственно к истории воздушного змея.

Вероятнее всего, появление воздушного змея произошло одновременно в Китае и Малайзии. Именно в Китае самой популярной фигурой для такого предмета была змея с головой дракона, видимо, поэтому мы несколько тысячелетий сохраняем это название. После этого с буддийскими паломниками воздушный змей проник в Японию, а оттуда с японскими торговцами и путешественниками распространился по всем странам Тихого океана.

Возникновение идеи летающей конструкции, несомненно, основано, как и большинство великих открытий, на подсмотренных у природы фактах и явлениях. Наиболее популярной является история о работающем в поле китайском крестьянине, у которого ветер сорвал с головы широкополую шляпу. В последний момент крестьянин успел ухватиться за тесьму, привязанную к шляпе, и пока не кончился порыв ветра, эта шляпа парила в воздухе, изо всех сил пытаясь вырваться в небеса, словно птица.

Я, конечно, не cчитаю, что этот крестьянин вообще задумался об этом, а тем более пошел тут же мастерить летающую шляпу, но это вообще не важно, на самом-то деле. История знает немало примеров успешного использования естественных природных действий на благо человечества - это и принцип бумеранга, и изобретение колеса и многого другого. Никто уже не знает, как именно это произошло, и кто конкретно до этого задумался – значение изобретения и его популярность поглотила важность персон и обстоятельств. Так что у крестьянина ли сорвало ветром шляпу или у очередного правителя очередной династии, и шляпу ли, а то может быть какой либо путешественник заметил огромную птицу, тянущую за веревку украденную на выпасе и привязанную к ней козу, которой почти удалось вырваться? Тут есть, где разгуляться фантазии…

С первых веков своей жизни воздушный змей применялся в трех основных направлениях – это военные действия, обряды и быт.

Применение воздушного змея в военных целях сводилось в первую очередь к измерению расстояния до вражеских объектов, поднятию в воздух разведчиков, устрашению врагов (крепили к воздушному змею различные звуковые устройства и запускали ночью в стан неприятеля, пролетавшие змеи издавали устрашающие протяжные звуки, деморализуя суеверных воинов – в 202 году до нашей эры так сделал генерал Хуан Тенг, изменив исход сражения в свою пользу).

В Юго-Восточной Азии и Новой Зеландии воздушных змеев делали из пальмовых листьев, их применяли для рыбной ловли, подвешивая приманку к пролетающему над водой змею. В качестве приманки использовали сплетенную паутину, которая волочась по водной поверхности, привлекала внимание рыб. Жертва, атакуя приманку, запутывалась в паутине и становилась добычей рыбака, находящегося в привязанной к змею лодке. Сельские труженики отпугивали воздушными змеями птиц с полей, используя их в качестве огородного, а точнее полевого пугала.

В Индии с древних времен и по настоящее время неизменной популярностью пользуются сражения воздушных змеев, собирая огромное количество зрителей на представление.

В разных уголках Азиатского региона существует великое множество легенд, мифов, сказок и былин, в которых воздушному змею отводилась весьма важная роль. Вот, например, история о самурае Тамемото, которого вместе с сыном сослали на остров Хатидзё. Тамемото не смирился с судьбой, и, сделав огромного воздушного змея, вызволил своего сына из заточения, отправив его на материк.

Однако, есть реальные доказательства существования гигантских воздушных змеев, например, японский Ван-Ван – размах крыльев 27 м, а длина хвоста 146м. весила такая махина около 2,5 тонн. Для запуска такого змея требовалось 200 человек, для леера брали корабельный якорный трос. Если во время запуска этого змея дул довольно сильный ветер, то человеческими силами опустить Ва-Ван на землю было невозможно, приходилось ждать ослабления ветра. Первые свидетельства о таких громадинах датируются 1692 годом в Японии.

К воздушным змеям прикрепляли бумажные фонарики, и даже фейерверки – выходило сказочное, фантастическое шоу. Ночью такой комплект выглядел особенно завораживающе.

Обряды – казалось, что немного приблизившись к небу, где жили боги и, привлекая их внимание своей яркой внешностью, было больше шансов обратить внимание небожителей на свои молитвы. Так, например, запуская змея, отпугивали нечисть и защищались от злых сил, болезней, просили богатый урожай. При рождении ребенка в Корее в небо запускали воздушного змея, который уносил с собой все беды и несчастья, которые явились в этот мир вместе с новорожденным.

Европейская жизнь воздушного змея в традиционном азиатском варианте началась в конце 13 века, после возвращения известного путешественника Марко Поло из своей экспедиции в Азию. В описании своего путешествия М.Поло подробно описал назначение и конструкцию китайских воздушных змеев.

Тем не менее, подобные конструкции существовали гораздо раньше – в Древней Греции и Древнем Риме. Причем даже существует гипотеза о том, что древнегреческий ученый Архитас, увидев китайского воздушного змея (как бы это могло быть? – я не нашел ни одного подтверждения) сконструировал деревянную птицу.

Древний Рим использовал силу ветра примерно также как и китайцы. В первых двух столетиях н.э. римские воины в качестве военных флагов использовали своеобразные тканевые воздушные змеи в виде различных животных с широко открытой пастью. Такие флаги укрепляли на высоких шестах, что бы были видны издалека. При этом они придавали уверенность своим воинам, устрашали врагов – развивающиеся яркие объемные туловища и хвосты животных грозили неприятелю неминуемым поражением. Кроме того флаг-флюгер показывал силу и направление ветра, помогая стрелкам корректировать свои действия.

В Европе воздушные змеи получили широкое распространение с 17 века, а набольшую популярность они получили с начала 18 века. И это спустя почти 500 лет после возвращения великого путешественника Марко Поло из Азии в конце 13 века.

Воздушного змея использовали в своих опытах М.В. Ломоносов, И. Ньютон, Л. Эйлер.

В 1752 году Бенджамин Франклин с помощью воздушного змея доказал электрическую природу молнии. Он запустил вовремя грозы змея, к лееру которого привязал железный ключ. Молния, попавшая в змея, сожгла его, но по промокшей веревке добралась до ключа и искрилась вокруг него некоторое время. Последствием этого опыта стало изобретение громоотвода.

Данные, полученные при изучении аэродинамики воздушного змея, являлись важным материалом для определения конструкции крыльев первых самолетов.

Использование воздушных змеев в военных целях продолжалось до начала 20 века и достигло пика в первую мировую войну. Воздушные змеи поднимали в воздух разведчиков, которые передавали на землю данные о локализации сил противника. Да что там, они могли быстро составить карту местности, и это значительно облегчало тактику военных действий. Воздушных змеев применяли для сброса на территории врага агитационных материалов, зажигательных бомб и даже лазутчиков. На большие воздушные змеи крепили стальные тросы и поднимали их на подходах к защищаемым объектам, такое заграждение представляло серьезное препятствие для вражеских летчиков.

После этого, примерно с 20-х годов 20 века, с началом бурного развития авиации, воздушные змеи постепенно сначала отошли на второй план, а потом и вовсе прекратили свои активные военные действия.

В Советском Союзе с 30-х годов прошлого века воздушные змеи с большим энтузиазмом использовались в активной жизни населения страны. Пионеры использовали змеев во время проведения военных игр в качестве сигнализации. Зимой можно было превратить воздушного змея в буксир, не забыв перед этим встать на лыжи или сесть на сани.

Воздушные змеи для различных целей составляли в целые «воздушные поезда» из нескольких, отличающихся по размеру змеев. Количество воздушных змеев в таком комплекте доходило до десятка. Это позволяло многократно увеличить мощность змея, увеличить его живучесть и функциональность при изменении погодных или других внешних факторов.

Изучение возможностей воздушного змея, разнообразие целей его применения дает возможность ученым и исследователям проводить опыты, приводящие к весьма неожиданным результатам.

Одним из самых ярких примеров может служить предположение американки Морин Клеммон о том, что египетские пирамиды строились с помощью тяговой силы воздушного змея. Эта женщина своим энтузиазмом вдохновила в 2001году исследовательскую группу из Калифорнийского технологического института во главе с профессором аэронавтики Мори Гариб провести реальные опыты поднятия тяжестей с помощью воздушного змея. Эксперимент увенчался успехом – им удалось приподнять и поставить в вертикальное положение лежащий на земле обелиск длиной 4,5 метра и весом около трех тонн. Положительный результат опыта, так же как и один из египетских барельефов, находящийся в каирском музее и изображающий большую птицеподобную фигуру, множество людей под ней и протянутые между ними веревки, дали основание руководителям этих экспериментов предложить свое видение процесса постройки египетских пирамид. Ничего не буду утверждать, тем более что разбирающиеся в египтологии граждане закидают меня тапками, но как версия эта гипотеза вполне имеет право на жизнь – да, с помощью воздушного змея возможно поднятие тяжестей любого объема на любую высоту. Результат при этом зависит лишь от размеров воздушного змея.

В настоящее время воздушные змеи не то, что бы просто не забыты, они живут полноценной, активной жизнью. Воздушные змеи помогают метеорологам в изучении верхних слоев атмосферы. На воздушных змеях можно укрепить не только термометр и барометр, но и фото- и видеоаппаратуру, впоследствии используя полученные данные для топографических карт. Использование воздушного змея в таких целях значительно выгодней, проще и дешевле, чем привлекать тяжелую летную технику. Изготовление и полеты воздушного змея – одно из любимых занятий сотен тысяч детей и взрослых, которые устраивают массовые демонстрации и соревнования полетов воздушных змеев в разных уголках мира. Радиолюбители как 100 лет назад, так и сейчас используют воздушного змея для получения устойчивого сигнала. При этом проволока, на которой крепится змей, исполняет роль мощной антенны. Такой способ использовал и А.С Попов в эпоху зарождения радио.

Развлечение – неотъемлемое назначение воздушного змея. Его можно запускать в небо и выписывать там фигуры высшего и не очень пилотажа, а можно использовать его в качестве буксира и с упоением кататься на лыжах по заснеженным равнинам или на водных досках по морским волнам. Такое удовольствие называется кайтсерфингом, и в настоящее время существуют целые компании, специализирующиеся на производстве оборудования для кайтсерфинга. А в сети интернет существует несколько десятков порталов, предлагающих свои услуги по обучению катанию под кайтом зимой и летом.

У воздушного змея есть свой праздник. Ежегодно во второе воскресение октября во всем мире празднуется Всемирный день воздушных змеев.

На этом все.

До следующих встреч на страницах сайта .

Муниципальное казенное учреждение отдел образования администрации городского округа г. Нефтекамск Республики Башкортостан

Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение

средняя общеобразовательная школа №8

городского округа город Нефтекамск

Республики Башкортостан

Историко-исследовательская работа

«Воздушный змей:

детская забава или практическая аэронавтика?»

Выполнил: Винокуров Антон 7А класс

МОБУ СОШ № 8

Руководитель: Насипова Г. У.

учитель физики.

г. Нефтекамск, 2014

Содержание

Введение …………………………………………………………………… .3-5

История воздушного змея ………………………………………………. .6-8

Классификация (виды) воздушных змеев ………………………… …9-15

16-19

Заключение …………………………………………………………………..20

Список литературы …………………………………………………………21

Введение

Мы с раннего детства знаем, что такое воздушный змей: как его запускать и как им управлять. Мы привыкли к его форме и красочности, но задумывались ли Вы, когда и для чего были изобретены змеи? В каких целях применялись и почему они летают? Знаете ли Вы, что воздушный змей без преувеличения можно назвать первоосновой всех летающих аппаратов и, что аэродинамика крыла самолетов держится на основе аэродинамики воздушного змея? Главная особенность воздушного змея – его простота. Он прост в изготовление и запуске, зато какого опыта набирается ребенок, играясь со змеем! Так же, интерес к змеям не уменьшается с возрастом человека. За много лет после появления первого змея, они приобрели новый облик, и теперь появилось новое поколение воздушных змеев – кайты. Кайтинг и кайтсерфинг уже давно популярен у любителей экстремального вида спорта.

Воздушные змеи - это целый мир, имеющий разноликие грани, мир творчества, мир науки, мир искусства. Все с раннего детства знают, что такое

воздушный змей: как его запускать и как им управлять. Поражают их форма и красочность, но задумывались ли Вы, когда и для чего были изобретены змеи? Изучив историю воздушных змеев, узнаем, что змеи применялись в научных исследованиях, в метеорологии для исследования верхних слоев атмосферы и аэрофотосъемках, для сбрасывания грузов. Активную роль воздушные змеи играют в авиамоделизме, подаче сигналов, а именно в спортивном ориентировании, развлекательных и спортивных играх.

Немецкая компания SkySails применила змей в качестве дополнительного источника энергии для грузовых судов, впервые опробовав его в январе 2008 года на судне MS BelugaSkysails. Испытания на этом 55 метровом корабле показали, что при благоприятных условиях расход топлива снижается на 30%.

Воздушный змей без преувеличения можно назвать первоосновой всех летающих аппаратов.

Тема моей работы «Воздушный змей: детская забава или практическая аэронавтика?».

А что же такое аэронавтика? Аэронавтика (воздухоплавание) - так называется искусство подниматься на воздух с помощью известных приспособлений и двигаться в определенном направлении.

Актуальность выбранной мною темы очевидна. С одной стороны это детская забава, которая требует большого воображения и способствует расширению кругозора. С другой стороны конструирование и запуск воздушных змеев для людей, которые относятся к этому не как к увлекательному занятию, дает возможность понять основные принципы полета всех летательных аппаратов вместе взятых. Изучить законы физики и аэродинамики, а также практическое их применение.

Первые упоминания о воздушных змеях встречаются ещё во II веке до н.э., в Китае (так называемый змей-дракон).

Долгое время змеи не находили практического применения. Со второй половины XVIII в. их начинают широко использовать при проведении научных исследований атмосферы. В 1749 г. А. Вильсон с помощью воздушного змея производил измерение температуры воздуха на высоте. В 1752 г. Б. Франклин провёл эксперимент, в котором с помощью змея выявил электрическую природу молнии и впоследствии благодаря полученным результатам изобрёл громоотвод. М.В. Ломоносов проводил аналогичные эксперименты и независимо от Франклина пришёл к тем же результатам.

Тема исследования : Воздушный змей: детская забава или практическая аэронавтика?

Цель исследования : Определить факторы, влияющие на запуск и полёт воздушного змея.

Объект исследования : Модель воздушного змея, условия местности и погоды, влияющие на полёт змея.

Предмет исследования : Качественные характеристики полёта воздушного змея.

Гипотеза исследования : подручными средствами можно создать летательные аппараты тяжелее воздуха.

Задачи:

Изучение истории воздушных змеев;

Рассмотрение видов воздушных змеев;

Исследование принципов полета змея.

Методы исследования : работа с научной литературой, интернет - ресурсами, подбор иллюстративного материала, его оформление, исследование, проведение пробных полётов с моделями змеев.

История воздушного змея

Воздушные змеи относятся к древнейшим летательным аппаратам тяжелее воздуха, изобретённым людьми. Нельзя сказать с определенностью кто и когда изобрел воздушного змея, и когда они впервые поднялись в воздух. Древнегреческие источники утверждают, что это произошло в IV веке до нашей эры, что честь их изобретения принадлежит Архитасу из Тарентума. Но одно известно доподлинно – в IV веке до нашей эры воздушные змеи были широко распространены в Китае. Полагают, что первые китайские воздушные змеи были сделаны из дерева. Они строились в виде рыб, птиц, жуков, раскрашивались в разные цвета. Самой распространенной фигурой была фигура змея – дракона. Отсюда, возможно, и пошло название «воздушный змей».

Они быстро распространились по странам Восточной Азии. Стали использоваться для решения военных задач. Существует легенда о том, что в 202 году до нашей эры генерал Хуан Тенг и его армия были окружены противниками, и им грозило полное уничтожение. Говорится, что случайный порыв ветра сорвал с головы генерала шляпу, и тогда к нему пришла идея создания большого количества воздушных змеев, снабженных трещётками и трубами. Враг в страхе бежал с поля боя под вой и оглушительный треск. Любопытны старинные записи о первых практических применениях воздушных змеев. В одной из них говорится, что в IX в. византийцы якобы поднимали на воздушном змее воина, который с высоты бросал в неприятельский стан зажигательные вещества. Так же в 559 году в королевстве Северный Вэй был задокументирован полёт человека на воздушном змее.

На Руси в 906 г. князь Олег при осаде Царьграда применил воздушный змей для устрашения неприятеля. А в 1066 г. Вильгельм Завоеватель использовал воздушные змеи для военной сигнализации при покорении Англии. Но, к сожалению, о форме древних европейских змеев, об их конструктивных и летных свойствах не сохранилось никаких данных. Долгое время ученые Европы недооценивали значение воздушного змея для науки. Только с середины XVIII в. воздушный змей начинает применяться при научных работах. В 1749 г. А. Вильсоном (Англия) змей был использован для подъема термометра с целью определения температуры воздуха на высоте. В 1752 г. ученый-физик В. Франклин воспользовался воздушным змеем для исследования молнии. Открыв при помощи змея электрическую природу молнии, Франклин изобрел громоотвод.

Воздушные змеи применялись для изучения атмосферного электричества великим русским ученым М. В. Ломоносовым и английским физиком И. Ньютоном. В 1804 году благодаря воздушному змею сэр Дж. Кейл сумел сформулировать основные законы аэродинамики. В 1825 году был осуществлен первый полет человека на змее. Это сделал английский ученый Д. Покок, подняв на змее на высоту нескольких десятков метров свою дочь Марту. В 1873 году А.Ф. Можайский поднимался на воздушном змее, буксируемом тройкой лошадей. Начиная с 1894 г., воздушный змей систематически применяется для изучения верхних слоев атмосферы. В 1895 г. при Вашингтонском бюро погоды была организована первая змейковая станция. В 1896 г. в Бостонской обсерватории была достигнута высота подъема коробчатого змея, равная 2000 м, а в 1900 г. там же змей был поднят на высоту 4600 м. В 1897 г. начаты работы с воздушными змеями и в России. Они велись в Павловской магнитно-метеорологической обсерватории, где в 1902 г. Было открыто специальное змейковое отделение.

Широкое применение воздушный змей нашел в метеорологических обсерваториях Германии, Франции и Японии. 3мей поднимался на очень большую высоту. Например, в обсерватории Линдерберга (Германия) добились подъема воздушного змея более чем на 7000 м. Первая радиосвязь через Атлантический океан была налажена с помощью коробчатого воздушного змея. Итальянский инженер Г. Маркони запустил в 1901 г. на острове Нью-Фаунден большой воздушный змей, который летал на проволоке, служившей приемной антенной. В 1902 году на крейсере «Лейтенант Ильин» провели успешные опыты по подъему наблюдателя на высоту до 300 метров с помощью поезда из воздушных змеев. При этом были использованы коробчатые змеи, конструкции которых разработалЛ. Харграв в 1892 году. В 1905-1910 годах на вооружении русской армии состоял змей оригинальной конструкции, созданной Сергеем Ульяниным. Целые взводы змеенавтов входили в состав как сухопутных, так и военно-морских частей, в том числе Черноморского флота Во время первой мировой войны войска различных стран и особенно Германии применяли для наблюдательных постов привязные воздушные шары, высота подъема которых, в зависимости от условий боя, достигала 2000 м. Они давали возможность наблюдать расположение противника в глубь фронта и через телефонную связь направлять огонь артиллерии. Когда же ветер становился слишком сильным, вместо воздушных шаров применяли коробчатые змеи. В зависимости от силы ветра составлялся поезд из 5-10 больших коробчатых змеев, которые прикрепляли к тросу на определенном расстоянии друг от друга на длинных проволоках. К тросу привязывали корзину для наблюдателя. При сильном, но довольно равномерном ветре наблюдатель поднимался в корзине на высоту до 800 м. Такой способ наблюдения имел то преимущество, что он позволял подойти ближе к передовым позициям противника. Воздушные змеи не так легко расстреливались, как воздушные шары, представлявшие собой очень большую мишень. Кроме того, выход из строя отдельного змея отражался на высоте подъема наблюдателя, но не вызывал его падения.

Воздушные змеи во время первой мировой войны использовали также для защиты важных военных объектов от нападения самолетов противника путем устройства заграждений, состоявших из маленьких привязных воздушных шаров и воздушных змеев, поднимавшихся до высоты 3000 м. С шаров и змеев спускались проволочные тросы, которые создавали для самолета противника большую опасность.

В наше время строительство воздушного змея – увлекательное занятие, создание и запуск их не потеряли и не потеряют своего значения. Теоритическая мысль изобретателей многих стран рождает все новые и новые конструкции воздушных змеев: плоских и коробчатых. Надувных и роторных. Среди тех змеев, с которыми вы познакомитесь, нет двух одинаковых – все они отличаются друг от друга внешним видом, летными качествами или технологией изготовления.

Классификация воздушных змеев

Классификация воздушных змеев точно не задана. Воздушные змеи могут быть большими или не очень. Существует очень большое разнообразие форм воздушных змеев. Древние змеи изготовлялись при помощи деревянных рамок и натянутыми на них листами шелка или бумаги. Почти все современные воздушные змеи делаются из углепластиковых пластмасс и синтетических тканей.

Плоские воздушные змеи подразделяются по аэродинамической конструкции на два вида:

Flat - плоские воздушные змеи. Самая древняя форма воздушных змеев. И самая простая. Образно представляют из себя плоскую пластину прямоугольной или любой другой формы (звезда, треугольник в виде проекции птицы и т.д), к которой подвязан леер при помощи уздечки.

Bowed - категория воздушных змеев, с земли очень напоминающая плоских. Однако данный вид воздушных змеев является дальнейшим развитием плоских в плане устойчивости. Для придания устойчивостиданные змеи имеют изгиб или излом в продольной оси, что как бы приподнимает концы крыла и создает v-образное крыло. Такое решение придает значительный запас устойчивости. Вильгельм Эдди запатентовал такую конструкцию воздушного змея в 1900 году.

По форме: плоские змеи в плане могут выполняться во всевозможных формах начиная от квадрата и заканчивая фантазией художника. Рассмотрим основные из них:

 Прямоугольный воздушный змей является самым распространенным примером воздушных змеев из учебников, однако он мало отличается устойчивостью от своих "больших" собратьев. Змей имеет три планки: две из них служат диагоналями («крестом»), а третья находится вверху и скрепляет диагонали. По контуру будущего змея натягивают прочную нить, соединяющую все уголки, и наклеивают обтяжку из бумаги или ткани. Змей обязательно оснащается длинным и достаточно тяжелым хвостом для придания ему устойчивости в полете. Змеи подобной конструкции были распространены в Японии, на прямоугольное полотно наносились изображения драконов.

 Diamond (bowed diamond) – ромбовидный змей . Каркас изготавливается в виде пересекающихся реек. Относится к категории bowed. Существует много схем для придания змею вогнутости, например использование центральной крестовины, где поперечные рейки идут под некоторым углом, или натягива- ние тетивы на поперечной рейке, что придает рейке изгиб подобно луку. При большой v-образности такому змею не нужен хвост, однако при значительном увеличении v-образности змей теряет в подъемной силе. Уздечка чаще всего подвязывается к продольной рейке в двух местах.

 Delta (дельта, bowed delta) – змей, в плане напоминающий дельта-крыло. Каркас несколько сложнее, так как требуется не менее трех реек, которые жестко закреплены в виде треугольника (две консольные и одна поперечная). Особенность конструкции в том, что при полете давление ветра придает изгиб консольным рейкам и змей принимает v-образную форму. Дополнительную устойчивость придает так же купольность обшивки. При этом, чем сильнее дует ветер, тем устойчивее ведет себя змей. Эту форму получили модели спортивных управляемых воздушных змеев. Возможность управления достигается использованием двухлеерной схемы. Оба леера пилот держит в руках. Изменяя натяжение лееров добиваются управляемого полета.

 Роккаку - этот шестиугольный японский змей (отсюда его название) родом из среднеяпонского региона Ниигата на побережье Японского моря. Имеет центральную рейку и две поперечных. Поперечным рейкам придается изогнутая форма (форма bowed), за счет этого змеи типа роккаку весьма устойчивы даже без хвостов. Это очень распространенная форма змея, так как проста в изготовлении.

 Bermuda (бермудский) – воздушный змей как правило шестигранной формы, однако может иметь форму восьмигранника и даже более многогранной фигуры. Конструкция представляет собой несколько плоских реек, пересекающихся в центре. По периметру реек натянута тетива, придающая жесткость конструкции. Парус уже натягивается между рейками и тетивой. Очень часто каждую грань змея делают из разных цветов, чтобы получить более пеструю расцветку. Требует наличие длинного хвоста. Змей имеет одн име ное название с островом, где их традиционно запускали на Пасху как символ вознесения Христа.

Коробчатые воздушные змеи

Коробчатые змеи появились как результат развития плоских. Люди заметили, что вертикальные поверхности очень сильно влияют на стабильность полета змея. Так появился первый змей в виде коробки. Коробчатые змеи в большинстве своем не нуждаются в хвосте.

 Ромбический - наиболее простой коробчатый змей, не сложен по устройству, устойчив в полёте и легко запускается. Основу его составляют четыре

продольные рейки (лонжероны). Между ними вставлены две крестовины, каждая из которых состоит из двух реек-распорок. Обтяжка змея изготавливается из двух полосок бумаги или синтетической ткани. Таким образом получаются две коробки - передняя и задняя. Змей данной конструкции был изобретен австралийским исследователем Лоуренсом Харгрейвом в 1893 году при попытках построить пилотируемый летательный аппарат.

 Поттера - коробчатый воздушный змей, для увеличения подъемной силы имеет специальные открылки. Он состоит из четырех продольных реек (лонжеронов) и четырех парных поперечных реек-крестовин, двух коробок и двух открылков.

Бескаркасные воздушные змеи

К бескаркасным относятся змеи не имеющие жестких частей. Форму змей принимает, раздуваясь за счет набегающего потока воздуха. Отсюда два д стоинства этих змеев - вероятность поломки при падении равна нулю и компактность при транспортировке. Второе преимущество позволяет изготавливать змеев очень больших размеров.

 Sled (сани) – это воздушный змей с не жестким каркасом. В полете его оболочка поддерживает форму за счет ветра, как бы надувается. Используются всего две продольные рейки, вшитые в оболочку, которые не соединяются между собой. Эти рейки поддерживают форму оболочки и не дают ей скомкаться. Змей такого типа довольно капризно себя ведет при порывистом ветре. Для устойчивого полета змею обязательно требуется длинный хвост. К преимуществам такого змея относятся простота изготовления и компактность при транспортировке, так как его можно свернуть в трубочку без необходимости сборки-разборки.

 Sled foil – дальнейшее развитие змея предыдущей модели. В данной конструкции вообще нет жестких элементов. Жесткость куполу придают надуваемые набегающим потоком воздуха цилиндры. Создаваемого давления в сужающихся к задней кромке змея цилиндрах вполне достаточно, чтобы держать купол расправленным в полете. Однако у змея такой конструкции есть и недостатки, например, купол может запросто скомкаться при затихании ветра и это приведет к падению змея, даже если ветер поднимется вновь, купол самостоятельно уже не может расправиться. Ему так же присущи определенные трудности с запуском. Но неоспоримое преимущество того, что змей невозможно поломать, позволило данной конструкции продолжить свое развитие.

 Super Sled foil – еще одно развитие "саней". Три надувные секции делают этот змей более устойчивым к сложениям. Так же позволяет изготовить этот змей значительных размеров и получить значительную тягу. Может быть использован для подъема предметов, в том числе фотоаппарата.

 FlowForm – змей очень распространенной конструкции, так как является одним из самых устойчивых бескаркасных одностропных воздушных змеев. При правильной проработке в ровный ветер может летать без хвоста. Однако в сильный и порывистый ветер использование хвоста все же рекомендуется. Могут быть изготовлены действительно гигантских размеров, площадь в 3 кв.м считается самой обычной. Так же изготавливаются с большим количеством секций, шесть, восемь и даже больше.

 Кайт Nasa Para Wing - результат исследований национального космического агентства США, которое явило свету довольно интересные однослойные бескаркасные кайты. Разработки велись в поиске оптимальных систем спуска космических аппаратов. Как "побочный" результат - кайт, который строят люди во всем мире. Ряд оригинальных решений делают эту модель несложной в изготовлении. Некоторые модели являются управляемыми. При многих достоинствах (низкой материалоемкости, большой тяге и т.д.) эти воздушные змеи обладают существенным недостатком - сравнительно низким аэродинамическим качеством, которое, впрочем, неуклонно повышается за счет дальнейшего совершенствования конструкции кайта.

 Parafoil (Парафойл) - особый подкласс бескаркасных воздушных змеев. Змеи данного типа изготавливаются из воздухонепроницаемой ткани с замкнутыми внутренними пространствами и воздухозаборником, обращенным в сторону набегающего потока. Воздух, проникая в воздухозаборное отверстие, создает внутри замкнутого пространства змея избыточное давление и надувает воздушный змей подобно воздушному шару. Однако конструкция змея такова, что надуваясь, змей принимает определённую аэродинамическую форму, которая способна создать подъемную силу змея. Существует много разновидностей змеев - парафойлов: одностропные, двухстропные управляемые, четырёхстропные управляемые. Двухстропные в основном это пилотажные змеи, или кайты площадью до 3 кв.м. Четырёхстропные - это змеи достаточно большей площади от 4 кв.м, используемые в спорте в качестве двигательной силы (кайтинг). Одностропные - это змеи для развлечений, разнообразных конструкций и форм, могут даже изображать всевозможные предметы и животных.

 Надувной - так же интересная модель является попыткой совместить достоинства парафойлов и каркасных моделей. Имеется так же оболочка, нотеперь она надувается не ветром, а при помощи насоса на земле (наподобие надувных кругов). Воздушный змей так же не имеет каркаса, но за счет избыточного давления внутри оболочки уже на земле имеет полетную форму. Опять же по аналогии с надувным кругом - змей не тонет в воде при падении, по этой причине используется в кайтинге при катании по водной поверхности.

Почему воздушные змеи летают?

Способность воздушных змеев держаться в воздухе и поднимать грузы объясняется тем, что они обладают подъемной силой. Приведем такой опыт. Если из окна движущегося автобуса или вагона высунуть руку с пластинкой (куском картона или фанеры), поставив ее вертикально, то можно будет почувствовать, что руку относит назад с какой-то силой. Эта сила возникает потому, что на пластинку набегает поток воздуха и оказывает на нее давление. Это давление будет больше, если увеличить размеры пластинки или скорость движения; на большой скорости эта сила может оказаться так велика, что высовывать руку окажется опасным. Силу давления на пластину встречного потока можно уменьшить во много раз, если пластину поставить ребром к потоку воздуха. Если же пластину поставить под небольшим углом, то руку начнет отклонять не только назад, но и вверх. Угол по отношению к потоку воздуха называется углом атаки (его принято обозначать α – альфа). Змеи летают при среднем угле атаки 10- 20°.

Так почему же взлетает воздушный змей?

На воздушного змея действуют четыре силы: сопротивление, подъемная сила, сила тяжести и подъемная сила. А В α F 2 F 3 F 1 (см рис).

На упрощённом чертеже линия АВ изображает разрез плоского воздушного змея. Предположим, что наш воображаемый воздушный змей взлетает справа налево под углом α – альфа к горизонту или набегающему потоку ветра. Рассмотрим, какие силы действуют на воздушный змей в полёте.

Плотная масса воздуха препятствует движению воздушного змея на взлете, другими словами, оказывает на него некоторое давление, обозначим его F1. Теперь построим так называемый параллелограмм сил и разложим силу F1 на две составляющие - F2 и F3. Сила F2 толкает воздушный змей от нас, а это значит, что при подъёме она снижает его первоначальную горизонтальную скорость. Следовательно, это сила сопротивления. Другая же сила (F3) увлекает воздушного змея вверх, поэтому назовем её подъёмной. Мы определили, что на воздушного змея действуют две силы: сила сопротивления F2 и подъемная сила F3.

Поднимая воздушного змея в воздух (буксируя её за леер), мы как бы искусственно увеличиваем силу давления на поверхность воздушного змея, то есть силу F1. И чем быстрее мы разбегаемся, тем больше увеличивается эта сила. Но сила F1, как мы определили, раскладывается на две составляющие: F2 и F3. Вес воздушного змея постоянный, а действию силы F2 препятствует леер, увеличивается подъемная сила – воздушный змей взлетает.

Скорость ветра возрастает с высотой, вот почему при запуске воздушного змея стараются поднять его на такую высоту, где ветер мог бы поддерживать модель в одной точке. В полёте воздушный змей всегда находится под определенным углом к направлению ветра.

Сила сопротивления – создается движением воздуха, который обтекает змея.

Подъемная сила – это часть сопротивления, которая превращается в силу, направленную вверх.

Сила притяжения обусловлена весом змея и приложена в точке, которую называют центром тяжести.

Движущая сила сообщается змею леером, действующим как мотор. Змей полетит, если линии действия всех этих сил пересекутся в центре тяжести. Иначе полет змея будет нестабильным. Чтобы выдержать эти требования, поверхность змея должна быть наклонена по отношению к ветру под правильным углом. Продольная устойчивость змея обеспечивается хвостом или формой аэродинамической поверхности, поперечная – килевыми плоскостями, устанавливаемыми параллельно лееру, или изогнутостью и симметричностью аэродинамической поверхности. При изготовлении змеев об этих факторах не следует забывать. Устойчивость полета змея зависит также от положения центра тяжести воздушного змея. Хвост смещает центр тяжести воздушного змея вниз и тормозит колебания змея, если ветер порывистый, неровный.

Проведем расчет подъемной силы воздушного змея по формуле:

F з =K*S*V*N*cos(a), где

К=0,096 (коэффициент),

S - несущая поверхность (м 2),

V - скорость ветра (м/с),

N - коэффициент нормального давления (см. таблицу)

Скорость ветра, V, м/с 1 2 4 6 7 8 9 10 12 15

Коэффициент нормального давления N, кг/м 2

0,14 0,54 2,17 4,87 6,64 8,67 10,97 13,54 19,5 30,47

a - угол наклона.

Пример.

Исходные данные:

S =0,5 м2;

V =6 м/с,

a =45°.

N =4,87 кг/м 2 . (см. таблицу)

Подставляем величины в формулу, получаем:

Fз=0,096*0,5*6*4,87*0,707=1 кг.

Расчёт показал, что этот змей будет подниматься вверх только в том случае, если его вес не превысит 1 кг. Расчет подъемной силы мы провели в старой системе единиц (кг*с, килограмм-сила), а не в системе СИ (Н, Ньютон). Дело в том, что в повседневной жизни нам проще оценивать силу килограммами, а не ньютонами, т.е. мы знаем, сколько усилий нам необходимо приложить, чтобы поднять сумку с 5 кг картофеля. В случае с воздушными змеями тоже самое. Для справедливости приведем перевод килограмм-силы в систему СИ: 1 кг*с = 9,81 Н. Но не всё так просто, как это выглядит со стороны. Скорость ветра узнать весьма трудно, даже если запускать змея, держа в руках анемометр, результаты не будут правдивыми. Скорость ветра изменяется с высотой. Да и угол наклона немного изменяется в процессе полёта. Только практика поможет запустить бумажного змея.

Таким образом, рассмотрев основные принципы полета воздушного змея, можно смело сказать, что более простой в конструировании и управлении воздушный змей является прототипом более сложных летательных аппаратов.

Многие конструкторы, ранее увлекавшиеся змейковым делом, перешли к работе над самолетами. Но их опыт постройки змеев не прошел бесследно. Он, безусловно, сыграл свою роль в истории авиации на первой стадии развития самолета.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотрев историю возникновения воздушного змея, изучив основные виды и конструкцию, проведя сравнительный анализ, я пришла к следующему выводу.

В наше время воздушный змей, являясь детской забавой, требует большого воображения и способствует расширению кругозора. В процессе выбора типа и формы змея развиваются склонности к дизайну, у конструктора появляется возможность для художественного самовыражения в процессе придумывания эмблем и других элементов украшения, поэтому полет воздушного змея – это всегда захватывающее зрелище.

Для других это является захватывающим видом спортом. По всему миру создаются Клубы и сообщества, объединяющие любителей воздушных змеев - как конструкторов, так и просто запускающих. Одним из известных является KONE - Клуб Воздушных Змеев Новой Англии, входящий в состав Американской Ассоциации Кайтинга. Кто-то рассматривает запуск воздушного змея как добрую традицию, например в Японии.

За рубежом воздушные змеи чрезвычайно популярны среди детей и молодежи. Особенно ими увлекаются на Кубе, о. Бали. Часто можно видеть, как дети, даже находясь на пляже, не расстаются со своим любимым занятием - в воздухе над морем парят змеи самой разнообразной конструкции, самых ярких цветов.В наши дни строительство змеев не может иметь ни оборонного, ни научного значения. Так как с развитием авиации их роль в этих сферах уменьшилась.

Конструирование и запуск воздушных змеев для людей, которые относятся к этому не как к развлечению, помогает понять основные принципы полета всех летательных аппаратов вместе взятых. Змейковое дело стало одним из разделов первоначальной авиационной подготовки школьников, а воздушные змеи - полноправными летательными аппаратами наряду с моделями самолетов и планеров, так как позволяют изучить законы физики, аэродинамики и практическое их применение.

Такой подход к воздушным змеям является начальной ступенью для ребят, которые планируют связать в дальнейшем свою жизнь с конструированием или эксплуатированием летательных аппаратов. Без знаний расчетов, без учета особенностей нижних слоев атмосферы, направления ветра и т.д. не запустить как воздушного змея, так и модели планера или самолета

Литература

1. Ермаков А.М. Простейшие авиамодели: Кн. Для учащихся 5 - 8 кл. сред. шк. М.: Просвещение, 1989, - 144 с.

2. Энциклопедия самоделок. – М.:АСТ – ПРЕСС, 2002. – 352.: ил. – (Сделай своими руками).

3. Рожов В.С. Авиамодельный кружок. Для руководителей кружков школ и внешкольных учреждений М.: Просвещение, 1986.-144с.

4. Ермаков А. М. «Простейшие авиамодели», 1989

5. «Факультативный курс физики» - М: Просвещение, 1998г.

6. А.А.Пинский, В.Г.Разумовский “Физика и Астрономия” - Просвещение, 1997г.

7. Энциклопедия для детей. Том 14. Техника. Гл. ред. М.Д. Аксёнова. - М.:

Аванта+, 2004.

Интернет- ресурсы:

1. http://media.aplus.by/page/42/

2. http://sfw.org.ua/index.php?cstart=502&

3.http://www.atrava.ru/08d36bff22e97282f9199fb5069b7547/news/22/news -17903

4. http://www.airwar.ru/other/article/engines.html

5. http://arier.narod.ru/avicos/l-korolev.htm

6. http://www.library.cpilot.info/memo/beregovoy_gt/index.htm

7. http://aviaclub33.ru/?page_id=231

8. http://sitekd.narod.ru/zmey_history.html

9. http://sitekd.narod.ru/zmey_history.html

Воздушный змей

Современный воздушный змей необычной формы

Змей возду́шный - привязной летательный аппарат тяжелее воздуха. Поддерживается в воздухе давлением ветра на поверхность, поставленную под некоторым углом к направлению движения ветра и удерживаемую леером с земли.

Второе воскресенье октября - Всемирный день воздушных змеев (World Kite Day ), в этот день любители воздушных змеев во всем мире запускают своих летающих «питомцев».

История

Первые упоминания о воздушных змеях встречаются ещё во II веке до н.э., в Китае (так называемый змей-дракон).

Долгое время змеи не находили практического применения. Со второй половины XVIII в. их начинают широко использовать при проведении научных исследований атмосферы. В 1749 г. А. Вильсон с помощью воздушного змея производил измерение температуры воздуха на высоте. В 1752 г. Б. Франклин провёл эксперимент, в котором с помощью змея выявил электрическую природу молнии и впоследствии благодаря полученным результатам изобрёл громоотвод . М.В. Ломоносов проводил аналогичные эксперименты и независимо от Франклина пришёл к тем же результатам.

Проводившиеся опыты по исследованию атмосферного электричества были чрезвычайно опасными. 26 июня 1753 года при запуске змея в грозу погиб коллега Ломоносова, академик Г.В. Рихман .

В XIX веке змеи также широко применялись для метеорологических наблюдений.

В начале XX столетия воздушные змеи внесли свою лепту в создание радио . А.С. Попов использовал змеи для подъёма антенн на значительную высоту.

Важно отметить использование воздушных змеев при разработке первых самолётов. В частности, А.Ф. Можайский , прежде чем начать строительство своего самолёта, провёл серию испытаний с воздушными змеями, которые тянула упряжка лошадей. На основании результатов этих испытаний были выбраны размеры самолёта, которые должны были обеспечить ему достаточную подъёмную силу.

Практические возможности воздушного змея привлекали внимание военных. В 1848 г. К.И. Константинов разработал систему спасения судов, терпящих бедствие вблизи берега, с помощью воздушных змеев. Во время первой мировой войны войска различных стран применяли змеи для подъёма на высоту наблюдателей-корректировщиков артиллерийского огня, разведки вражеских позиций.

Классификация

По форме и устройству аэродинамических поверхностей различают:

• одноплоскостные - простейшие конструкции. Обладают невысокой подъёмной силой и малой ветровой устойчивостью. Таким змеям обязательно нужен хвост - шнур с привешенным к нему грузиком.
• многоплоскостные - этажерочные, коробчатые и многоячеечные из отдельных ячеек в форме тетраэдров или параллелепипедов. Коробчатые змеи изобретены Л. Харгравом. Важной их особенностью является высокая устойчивость.
• составные или групповые, состоящие из группы воздушных змеев (т. н. змейковый поезд), соединённых в одну гибкую систему. Змейковые поезда применялись в военном деле, так как при повреждении одного из звеньев происходило лишь уменьшение подъёмной силы и уменьшение высоты подъёма, что позволяло безопасно посадить наблюдателя или продолжать разведку.

Конструкция

Основные конструктивные элементы воздушного змея:

• натянутая на жёсткий каркас или мягкая, без каркаса, поддерживающая (аэродинамическая) поверхность из материи или бумаги;
• наматываемый на лебёдку или катушку леер (пеньковая верёвка, стальной трос, прочная нить);
• уздечка для крепления к воздушному змею леера и органы устойчивости (хвост).

Продольная устойчивость обеспечивается хвостом или формой аэродинамической поверхности, поперечная - килевыми плоскостями, устанавливаемыми параллельно привязному канату, или изогнутостью и симметричностью аэродинамической поверхности. Устойчивость полёта воздушного змея зависит также от положения центра тяжести змея.

Плоский змей

Простейшая в изготовлении конструкция, чем объясняется её популярность. Состоит из трех скреплённых между собой планок (две по диагоналям змея и одна - по его верхней стороне), приклеенных к листу плотной бумаги. Уздечка такого змея состоит из трех нитей, две из них прикрепляются к концам верхней планки, третья - к центру змея. Длина верхней части уздечки такова, что её нити точно укладываются по диагональным планкам, длина третьей нити составляет половину высоты змея. Для обеспечения устойчивости следует слегка стянуть верхнюю планку нитью, придав ей форму дуги. Также плоскому змею обязательно нужен хвост. Длина его подбирается при запусках опытным путём - змей не должен раскачиваться из стороны в сторону при отсутствии сильных порывов ветра. Обычно длина хвоста для змея размерами 40 на 60 см составляет 2 - 2.5 метра. На хвост следует привесить небольшой грузик.

Простейший коробчатый змей

Основой коробчатого змея является каркас из реек: 4 продольных лонжерона длиной 710 мм и сечением 6x6 мм, 2 крестовины. Крестовина состоит из пары реек с длинами 700 мм и 470 мм, сечением 6х6 мм. Лонжероны соединяются с крестовинами на расстоянии 105 мм от конца. Обтягивается змей микалентной бумагой или лавсановой плёнкой. Обтяжка делается из двух полос шириной 200 мм, и приклеивается к лонжеронам. Уздечка коробчатого змея состоит из трех нитей, прикрепленных к одному из рёбер. Две нити длиной 210 мм крепятся к верхней коробке (вблизи края ленты обшивки змея), третья, длиной 430 - 450 мм (подбирается для получения оптимального угла атаки змея) - к нижней коробке. Также полезно параллельно третьей нити закрепить резиновую нить для амортизации резких порывов cильного ветра.

Парафойл

Воздушный змей парафойлной конструкции - это особый класс воздушных змеев, пространственная форма которых поддерживается за счёт набегающего потока воздуха, или проще говоря ветра. Данный тип воздушного змея не имеет жестких частей конструкции - реек, каркаса. Обычно змеи данного типа изготавливаются из воздухонепроницаемой ткани с замкнутыми внутренними пространствами и воздухозаборником, обращенным в сторону набегающего потока. Воздух, проникая в воздухозаборное отверстие, создает внутри замкнутого пространства змея избыточное давление и надувает воздушный змей подобно воздушному шару. Однако конструкция змея такова, что надуваясь, змей принимает определённую аэродинамическую форму, которая способна создать подъемную силу змея. Отсюда вытекают следующие особенности воздушного змея парафойла: невозможность поломки при падении - так как ломаться нечему (хотя возможен разрыв оболочки при особенно энергичных приземлениях), возможность компактной транспортировки змеев больших размеров - змей фактически является куском ткани, который просто складывается в небольшей сверток. Существует много разновидностей змеев - парафойлов: одностропные, двухстропные управляемые, четырёхстропные управляемые. Двухстропные в основном это пилотажные змеи, или кайты площадью до 3 кв.м. Четырёхстропные - это змеи достаточно большей площади от 4 кв.м, используемые в спорте в качестве двигательной силы (кайтинг). Одностропные - это змеи для развлечений, разнообразных конструкций и форм, могут даже изображать всевозможные предметы и животных.

Применение

По всему миру создаются Клубы и сообщества, объединяющие любителей воздушных змеев - как конструкторов, так и просто запускающих (Кайтфлайерс). Одним из известных является KONE - Клуб Воздушных Змеев Новой Англии , входящий в состав Американской Ассоциации Кайтинга

Библиография

• Пантюхин, С. П.. "Детская змейковая станция". - Государственное издательство оборонной промышленности, Москва, 1941.
• Заворотов, В., Викторчик, А.. "Воздушные змеи". - "ЮТ для умелых рук" (приложение к журналу "Юный техник"), №7, 1977.
• Пантюхин, С. П.. "Воздушные змеи". - М.: ДОСААФ, 1984. - 88 с., ил.
• Погадаев, Виктор . "Светлый месяц-змей кружится" - "Восточная коллекция ", № 4, 2009, с. 129-134

Примечания

Ссылки

• Снимки воздушного змея конструкции Рудольфа Грюнда, используемого люфтваффе в качестве воздушного заграждения и фотографии воздушного змея, используемого ВВС РККА в 20-е годы.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Воздушный змей" в других словарях:

Сущ., кол во синонимов: 1 кайт (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

ВОЗДУШНЫЙ ЗМЕЙ - Если вам приснился воздушный змей, парящий в небе, вам представится шанс разбогатеть, который вы можете упустить, недооценив последствий своего поступка. Падающий на землю и разбивающийся воздушный змей предвещает разочарование и неудачи … Сонник Мельникова

воздушный змей - aitvaras statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. kite vok. Drachen, m rus. воздушный змей, m pranc. cerf volant, m … Fizikos terminų žodynas

Воздушный змей - ВОЗДУШНЫЙ ЗМѢЙ. См. Змѣй … Военная энциклопедия

Привязное устройство, поддерживаемое в воздухе давлением ветра на его поверхность, поставленную под нек рым углом (см. Атаки угол) к направлению движения ветра. Динамич. равновесие В. з. обусловлено действием трёх сил: собств. веса (силы тяжести) … Большой энциклопедический политехнический словарь