Самолеты, воздушные змеи и воздушные шары своими руками
Шрифт:
Воздушный змей из картона или бумаги достаточно просто изготовить в домашних условиях. Для этого понадобятся лишь несколько тонких плоских деревянных реек и клей. Простому змею несложно придать красочный вид, но эта модель будет недолговечной. Она легко поднимется вверх уже при самом легком ветре. Однако, если ветер будет чуть сильнее, он может опрокинуть такой змей. Сильный же ветер может просто разорвать его. Модели из бумаги и картона, к сожалению, не поддаются разборке, поэтому экземпляры больших размеров сложно перевозить, не повредив.
Воздушный змей из полиэтилена хорош тем, что он прочнее бумажного, и переносит достаточно сильные
Воздушные змеи долгое время использовались в военных целях. Иногда их начиняли порохом и поджигали с тем, чтобы они разорвались в лагере противника. Большие змеи служили делу разведки – на них военачальники поднимались в воздух и сверху определяли размеры армии противника.
Воздушный змей из ткани – это отдельный вид искусства. Их делают из продуваемых и непродуваемых тканей, но все используемые материалы должны быть очень легкими.
Теперь нужно разобраться, почему воздушные змеи летают, что же поднимает и удерживает их в воздухе. Это можно понять, познакомившись с азами аэродинамики, весьма интересной темой для любознательных людей.
И воздушный змей, и самолет, являются летательными аппаратами, которые по своему весу тяжелее воздуха. Все эти конструкции поднимаются и держатся в воздухе лишь по одной причине – встречному движению воздуха по отношению к ним. Разница состоит в том, что имеющий двигатели самолет движется поступательно, сам создает встречный набегающий поток воздуха, поддерживающий его. В то же время, воздушный змей подвергается действию движущегося воздуха (ветра), находясь в неподвижном состоянии по отношению к земле. Для того чтобы поток воздуха мог поднять модель, конструкцию нужно расположить под некоторым углом к потоку. Угол, который образуют плоскость змея и направление потока воздуха, называют углом атаки (рис. 133).
Рисунок 133. Соотношение между плоскостью змея и направлением потока воздуха
Для простоты понимания, удобнее рассматривать давление воздуха на летательный аппарат (воздушный змей) плоской прямоугольной формы, т. е. самую простую конструкцию, поскольку и самые сложные модели состоят из этого элемента. Поток воздуха формирует общее давление на змея с силой, которую в формулах принято обозначать R. Она направлена перпендикулярно плоскости воздушного змея. Когда поток воздуха обтекает модель, впереди формируется зона с повышенным давлением, тогда как струйки воздуха сзади не успевают смыкаться, здесь зарождается зона с пониженным давлением, которая заполнена вихрями (рис. 134).
Рисунок 134. Схема движения воздуха вокруг воздушного змея
Сила
Рисунок 135. Схема действия силы на воздушного змея
Если подъемная сила равна массе змея вместе с леером, конструкция будет держаться в воздухе. Когда подъемная сила меньше массы змея, он неизбежно падает на землю. Для обеспечения нормального полета, подъемная сила должна соответствовать массе модели – быть равной или больше массы змея.
Рассчитывая величину подъемной силы для воздушного змея, удобнее и понятнее использовать показатель кг/с, килограмм-сила. Например, мы знаем, сколько сил нужно приложить, чтобы поднять сумку с продуктами весом в 5 кг, то же самое происходит в ситуации с воздушными змеями.
Величину подъемной силы определяет скорость ветра V, площадь змея S и угол наклона змея к направлению потока воздуха – угол атаки. Плотность воздуха в среднем равна 0,125. Воздушные змеи обычно летают при углах атаки 10–150°, коэффициент подъемной силы, зависимый от угла атаки, составляет примерно 0,32. Таким образом, величину подъемной силы можно рассчитать по упрощенной формуле:P = 0,04 S V2.
Можно рассчитать, при какой скорости ветра взлетит построенный воздушный змей. Для этого нужно измерить его массу (вес) и размеры, а также рассчитать площадь поверхности. Скорость ветра, необходимую для подъема, можно вычислить по формуле:
V=5√P/S.
В этой формуле вместо значения P, как подъемной силы, нужно учитывать величину массы (вес) змея. Дробь, которая стоит под корнем P/S, называют нагрузкой. Она показывает:
– какое количество массы змея в килограммах приходится на 1 м2 его площади;
– какая подъемная сила должна воздействовать на 1 м2, чтобы преодолеть силу тяжести.
Если воспользоваться последней формулой, не составит труда определить, при какой скорости ветра можно запускать змей определенного веса.
Определившись с необходимыми величинами скорости ветра на бумаге, необходимо уточнить, с какой скоростью дует ветер на улице. Обычно в прогнозах погоды указана информация о силе ветра на текущий день (3–7 м/с или 5–10 м/с). Часто эти показатели на практике не соответствуют действительности.
Те, кто хочет запускать воздушных змеев, должны научиться определять силу и характер ветра самостоятельно. Прежде всего, придется познакомиться с причинами возникновения ветров. Любой ветер возникает, когда имеется разница в температурах водной и земной поверхности, или разных частей поверхности земли. Открытая суша (поле) всегда нагревается быстрее, а водные пространства и лесные массивы греются медленнее. Легкий теплый воздух, нагретый над поверхностью, поднимается вверх. Вблизи поверхности земли на его место устремляется холодный воздух со стороны моря, реки или леса. Солнечным днем разность температур всегда больше, поэтому ветер днем сильнее, чем утром или вечером.