Повітряні змії: історія, еволюція, конструювання Практичний посібник by Natasha Kachkovskaya

Ігор Сторож

Повітряні змії: історія, еволюція, конструювання

Управління освіти і науки Кам’янець-Подільської міської ради Центр дитячої та юнацької творчості

Ігор Сторож

Повітряні змії: історія, еволюція, конструювання Практичний посібник

Кам’янець-Подільський 2019 2

Автор Сторож Ігор Михайлович, керівник гуртка конструювання повітряних зміїв Кам’янець-Подільського Центру дитячої та юнацької творчості Рецензенти: Ніколайчук Н.Є., методист науково-методичного центру управління освіти і науки Кам’янець-Подільської міської ради Семенишена В.С., завідувач науково-методичного відділу Кам’янецьПодільського Центру дитячої та юнацької творчості

Сторож І.(М). Повітряні змії: історія, еволюція, конструювання. Практичний посібник/ І.М. Сторож. – Кам’янець-Подільський:

Науково-методичний

відділ ЦДЮТ, 2018. – 89 с.

У практичному посібнику висвітлено історію, принцип польоту та способи конструювання повітряного змія. Розкрито його

практичне

використання у військовій справі, спорті та наукових дослідженнях. Посібник адресований керівникам гуртків конструювання повітряних зміїв та авіамоделювання закладів позашкільної освіти, вчителям трудового навчання закладів загальної середньої освіти.

ЗМІСТ ПЕРЕДМОВА……………………………………………………………………5 І. З ІСТОРІЇ ПОВІТРЯНОГО ЗМІЯ…………………………………………...…6 ІІ. ВІТЕР І ЗАПУСК ПОВІТРЯНИХ ЗМІЇВ…………………………………...43 ІІІ. ВИГОТОВЛЕННЯ ПРОСТИХ ЗМІЇВ……………………………….…..…48 ІV. ІГРИ ТА АТРАКЦІОНИ ЗІ ЗМІЯМИ……………………………………...66 V. РОЗРАХУНОК ПОЛЬОТУ ПОВІТРЯНОГО ЗМІЯ…………......................77 ЛІТЕРАТУРА……………………………………………………………………91

ПЕРЕДМОВА Ми живемо в час надзвукових швидкостей і освоєння космосу, в століття складної авіаційної і космічної техніки, а повітряний змій – найдавніший і найпростіший літальний апарат важчий за повітря. Однак основні аеродинамічні закони є спільними як для повітряного змія, так і для надзвукового гіганта. Головна особливість повітряного змія – його простота. Він простий у виготовленні і запуску. Для того, щоб зробити повітряний змій, не потрібні особливі майстерні зі складним обладнанням та інструментами. Досить мати папір, тканину, дерев'яні рейки, леєр (шнур) і клей, щоб виготовити змій навіть порівняно складної конструкції. Діти люблять авіацію і намагаються оволодіти авіаційною технікою, мріють стати льотчиками, космонавтами або авіаконструкторами. Доступніше і легше розпочати пізнавати основи аеродинаміки польоту літаків з повітряного змія. Тому захопити дітей і підлітків виготовленням і запуском зміїв означає допомогти їм зробити перший крок на шляху спочатку до авіамоделізму, а потім і до великої авіації. У посібнику представлено досвід по виготовленню і запуску повітряних зміїв, накопичений як в нашій країні, так і за кордоном, як треба виготовляти змії різної конструкції, як їх запускати і проводити з ними захоплюючі ігри. Досвід показує, що краще займатися повітряними зміями в тісному зв'язку з іншими видами дитячої технічної творчості. З великим захопленням хлопці запускають зі змія моделі планерів, скидають ляльок"парашутистів", придумують і інші способи використання свого нескладного літального апарату. Позитивною якістю повітряних зміїв є і те, що їх виготовленням можуть займатися діти різного віку. Простий плоский змій або змій «монах» з успіхом роблять і запускають навіть вихованці старших груп дитячих садків, а прості коробчаті змії доступні учням початкових класів. Проте існують і такі конструкції, розробка і створення яких вимагає значних творчих зусиль не тільки від старшокласника, але і від дорослого. Мета цієї книги – не тільки пробудити у підлітків мрію про підкорення неба, але зробити її конкретніше, дати їм початкові відомості про закони польоту літаків, долучити їх до корисного і цікавої справи.

І. З ІСТОРІЇ ПОВІТРЯНОГО ЗМІЯ

Китайский змій Повітряні змії відносяться до найдавніших літальних апаратів. Перші документи про них зустрічаються ще за кілька століть до початку нового літочислення. У китайських рукописах розповідається, що повітряні змії запускалися під час народних свят. Китайці будували змії в формі птахів, риб, метеликів, жуків, людських фігур, які розфарбовували в найяскравіші кольори (Рис. 1).

Рис. 1. Китайський змій у формі птаха Найбільш поширеним типом китайського змія був дракон – фантастичний крилатий змій. Величезний дракон, що піднімається в повітря, був символом надприродних сил. У ряді місцевостей Китаю до недавнього 6

часу зберігалася традиція масового запуску повітряних зміїв в дев'ятий день дев'ятого місяця – день змія. Літаючий дракон конструктивно складний. Два-три десятка легких паперових конусів утворювали довге кругле тіло чудовиська, яке живописно звивається в польоті. Змій-дракон мав велику голову з вискаленою пащею. Крізь пащу вітер проникав в порожній тулуб і, надуваючи його, підтримував в повітрі. Іноді замість конусів в конструкцію остова дракона входили поступово дедалі менші круглі диски, які були пов'язані між собою шнурами. Кожен диск перетинався тонкою бамбуковою планкою, на кінці якої зміцнювалися великі пір'їни (Рис. 2).

Рис. 2. Літаючий дракон Для посилення ефекту була придумана спеціальна «зміїна музика», що нагадує завивання вітру в димарі. Пристосування, яке видає ці звуки, виготовляли з сухих головок маку, в які вставляли очеретяні сопілки. До пащі дракона прикріплювали леєр, а до хвостової частини – дві довгі шовкові стрічки, які звивалися в повітрі разом зі змієм.

Рис. 3. Ліхтарик на шнурі змія Цікаве видовище представляли ліхтарики, що виготовлялися з тонкого кольорового паперу (Рис. 3), і феєрверки (Рис. 4), що прикріплювалися до змія.

Рис 4. Повітряний феєрверк

Рис. 5. Корейський змій Широке поширення повітряні змії отримали в Кореї. Спочатку їх використання носило чисто релігійний характер, а потім запуск зміїв став захоплюючим видом занять і видовищ. 8

Рис. 6. Японські змії: а - літаюче чудовисько; б - метелик; в - літаюча голова

Рис. 7. Японський змій «Керо» На стародавніх японських малюнках також можна зустріти зображення повітряних зміїв, за формою вони значно відрізнялися від китайських (Рис.5).

Рис.8. Стародавній японський змій

Рис.9. Японські змії: а – «метелик»; б – «ятсухана»; в – «ґонбі»; г - з округи Нагасакі; д – «Бозо»; е – «Ато» 11

Типовий малайський повітряний змій (Рис. 10) має форму криволінійного симетричного трикутника. Каркас його складається з трьох пересічних прутів, обтягування – з грубої тканини.

Рис. 10. Малайський змій

Малайський змій Винахід змія, незалежно від існуючого в країнах Сходу, європейські історики приписують давньогрецькому вченому Архит Тарентський (IV ст. до н.е.).

Рис.11. Полінезійський змій Цікаві старовинні записи про перші практичні застосування повітряних зміїв. В одній з них йдеться про те, що в IX ст. візантійці, нібито, піднімали на повітряному змії воїна, який з висоти кидав в ворожий табір запальні речовини. У 906 р. київський князь Олег скористався повітряними зміями при взятті Царгорода. Літопис говорить, що над ворогом в повітрі з'явилися «коні і люди паперові, озброєні і позлащени». А в 1066р. Вільгельм Завойовник використовував повітряні змії для військової сигналізації при підкорені Англії.

Рис.12. Змій конструкції Потьє 13

Але, на жаль, про форму старовинних європейських зміїв, про їх конструктивні і літаючі властивості не збереглося жодних даних.

Рис.13. Змій конструкції Магріє

Рис.14. Змій «жалюзі» конструкції Ракка Довгий час вчені Європи недооцінювали значення повітряного змія для науки. Тільки з середини XVIII ст. повітряний змій починає застосовуватися при наукових роботах. У 1749 р А. Вільсоном (Англія) змій був використаний для підйому термометра з метою визначення температури повітря на висоті. У 1752 р вчений-фізик В. Франклін скористався повітряним змієм для дослідження блискавок. Відкривши за допомогою змія електричну природу блискавки, Франклін винайшов блискавковідвід. 14

Рис.15. Змій конструкції Бату Повітряні змії застосовувалися для вивчення атмосферної електрики великим російським вченим М. Ломоносовим і англійським фізиком І. Ньютоном.

Рис.16. Змій конструкції Едді 15

Рис.17. Змій конструкції Едді-Венда Змій починає надавати науці цінні послуги. Тому не дивно, що в 1756 році знаменитий математик Л. Ейлер написав такі рядки: «Повітряний змій, ця іграшка дітей, зневажена вченими, може, однак, змусити глибоко над собою задуматися».

Рис.18. Змій конструкції Бадена 16

Рис.19. Змій конструкції Едді-Гондара Значне удосконалення змія здійснив австралійський вчений Л. Харграв в 90-х рр. минулого століття. Скориставшись роботами першого планериста, німецького інженера О. Ліліенталя, Харграв вперше застосував в якості повітряного змія дві наскрізні коробки, з'єднані один з одним. Лілієнталь, конструюючи свої планери, зауважив, що такі апарати мають хорошу стійкість в повітрі. Харграв терпляче шукав вигідні пропорції своїх коробок. Зрештою, з'явився перший коробчатий повітряний змій, уже не потребуючи хвоста для стійкості в польоті (Рис. 20).

Рис.20. Повітряні змії конструкції Харграва: а - створений в 1894 р .; б створено в 1895 р 17

Рис.21. Змії конструкції Мело Літаючі коробки Харграва з'явилися не тільки більшим поштовхом для розвитку змієвої справи, а й, без сумніву, допомогли при конструюванні перших літаків. Це положення підтверджується схожістю з двухкоробчатим повітряним змієм біпланів Вуазена, Сантос-Дюма, Фарман і апаратів інших перших авіаконструкторів.

Рис.22. Змій конструкції Вольбріджа-Девіса: а - перший варіант; 6 - другий варіант 18

Рис.23. Змій з кільовою площиною конструкції Едда Перший підйом людини на коробчатих повітряних зміях був здійснений також Харгравом. Пасажир був піднятий на чотирьох зміях загальною площею 22 м2.

Рис.24. Безкаркасний «монах»

Рис.25. Змій конструкції Дерево Починаючи з 1894 р. повітряний змій систематично застосовується для вивчення верхніх шарів атмосфери. У 1895 р. при Вашингтонському бюро погоди була організована перша змійкова станція. У 1896 р. в Бостонській обсерваторії була досягнута висота підйому коробчатого змія, що дорівнює 2000 м, а в 1900 р. там же змій був піднятий на висоту 4600 м.

Рис.26. Змій з вільно натягнутою площиною конструкції Едді 20

Рис.27. Здвоєний змій конструкції Белля У 1897 р розпочато роботи з повітряними зміями і в Росії. Вони велися в Павлівській магніто-метеорологічної обсерваторії, де в 1902 році було відкрито спеціальне змійкове відділення.

Рис.28. Російський змій 21

Рис.29. Змій конструкції Флекса Широке застосування повітряний змій знайшов в метеорологічних обсерваторіях Німеччини, Франції та Японії. Змій піднімався на дуже велику висоту. Наприклад, в обсерваторії Ліндерберга (Німеччина) домоглися підйому повітряного змія більш ніж на 7000 м. Перший радіозв'язок через Атлантичний океан був, налагоджений за допомогою коробчатого повітряного змія. Італійський інженер Г. Марконі запустив в 1901 р. на острові НьюФаундлен великий повітряний змій, який літав на дроті, що слугував антеною.

Рис.30. Змії конструкції Харграва: а - перший варіант; б - другий варіант 22

Рис.31. Змій конструкції Белля Коробчатим змієм Харграва зацікавилося англійське військове відомство. Лейтенант армії Коді видозмінив змія Харграва. Він збільшив його площу шляхом додавання бічних крилець, розміщених на всіх кутах коробок, посилив міцність конструкції і ввів абсолютно новий принцип збирання та розбирання змія. На таких зміях стали підніматися в повітря військові спостерігачі.

Рис.32. Змій конструкції Коді 23

Рис.33. Змій конструкції Брокка-Гільмона На початку XX ст. роботу над зміями Коді продовжив капітан французької армії Сакконі. Він створив ще більш досконалу конструкцію повітряного змія, яка є однією з кращих і по теперішній час. Сакконі, користуючись багатими субсидіями військового відомства, мав можливість виконати досліди. Він грунтовно розробив принцип буксирного підйому зміїв: одна група зміїв піднімала в повітря основний леєр (трос), інша буксирувала по тросі вантажа. Сакконі встановив перші рекорди висоти і вантажопідйомності повітряних зміїв.

Рис.34. Змій конструкції Сакконея 24

Рис.35. Змій конструкції Ульявіна: 1 - гума; 2 - шарнір; 3 - додаткове крило. Роботи Сакконея знайшли своїх продовжувачів в багатьох арміях Європи. У Росії полковником Ульявіном був створений для армії спеціальний повітряний змій (Рис. 36 і 37). Цінним і дотепним нововведенням в конструкції змія були шарнірні крила, які автоматично збільшували його площу. Крім Ульявіна, зміями захоплювалися Кузнєцов, Прахов, які створили вдалі конструкції. Під час російсько-японської війни 1904-1905 рр. в російській армії були спеціальні змієві підрозділи.

Рис.36. Змій конструкції Кузнєцова 25

Рис.37. Змій Ульявіна перед запуском Паралельно з роботами Коді в Європі, головним чином у Франції, проводили свої експерименти і інші конструктори. З них слід згадати столяра, який змінив місце кріплення вуздечки і створив змій з кільовими площинами, що збільшують вантажопідйомність.

Рис.38. Змій конструкції Медью

Рис.39. Змій конструкції Візе Цікаву конструкцію оригінального однокоробчатого змія запропонував французький інженер ЛЕКОРНА. Він створив змій, коробка якого нагадує бджолині стільники (Рис. 40). Ідею побудови свого змія ЛЕКОРНА обгрунтував, спостерігаючи політ птахів. Якщо дивитися на птаха, що летить, то можна помітити, що площина корпусу і крил утворюють кут в 30 °, ЛЕКОРН зробив змія з горизонтальною площиною.

Рис. 40. Змій конструкції Лекорна 27

Рис.41. Змій конструкції Ленуара: а - перший варіант; б - другий варіант 28

Під час Першої світової війни війська різних країн і, особливо, Німеччини застосовували для спостережних постів прив'язні повітряні кулі, висота підйому яких, в залежності від умов бою, досягала 2000 м. Вони давали можливість спостерігати розташування противника вглиб фронту і через телефонний зв'язок направляти вогонь артилерії. Коли ж вітер ставав занадто сильним, замість повітряних куль застосовували коробчаті змії. Залежно від сили вітру складався поїзд з 5-10 великих коробчатих зміїв, які прикріплювали до тросу на певній відстані один від одного на довгих дротах. До тросу прив'язували кошик для спостерігача. При сильному, але досить рівномірному вітрі спостерігач піднімався в кошику на висоту до 800 м.

Рис.42. Змій-мішень для зенітної стрільби

Рис.43. Змій конструкції Аліаса-Конина 29

Такий спосіб спостереження мав ту перевагу, що він дозволяв підійти ближче до передових позицій противника. Повітряні змії не так легко розстрілювали, як повітряні кулі, які представляли собою дуже велику мішень. Крім того, вихід з ладу окремого змія відбувався на висоті підйому спостерігача, але не викликав його падіння.

Рис.44. Змій «моноблок» конструкції Роша-Донзеля Повітряні змії під час Першої світової війни використовували також для захисту важливих військових об'єктів від нападу літаків противника, шляхом влаштування загороджень, які складалися з маленьких прив'язних повітряних куль і повітряних зміїв, що піднімалися на висоту 3000 м. З куль і зміїв спускалися дротові троси, які створювали для літака противника велику небезпеку. Німеччина застосувала такі загородження для захисту верфі підводних човнів і ангарів в Бельгії.

Рис.45. Жорсткий циліндричний змій 30

Для змієвих загороджень ангарів у Брюсселі були виготовлені змії великих розмірів у вигляді прив'язних літаків. Змії копіювали обриси літаків різних конструкцій (монопланів, біпланів) з метою ввести в оману льотчиків противника.

Рис.46. Змій конструкції Гамажа Навесні 1915 року в Німеччині стався цікавий випадок, коли прив'язний літак ввів в оману не льотчиків противника, а власну зенітну батарею. Одного разу рано вранці в повітря було піднято прив'язний літакбіплан. Незабаром після підйому він зник в хмарах. Коли до полудня хмари розсіялися, в їх розриві раптово здався цей літак. У німецьких спостерігачів склалося враження, що хмари нерухомі, а біплан летить з досить великою швидкістю. Незабаром він зник у хмарі з тим, щоб тут же знову з'явитися. Пости повітряного спостереження та зв'язку повідомили: «Ворожий літак». Зенітні батареї відкрили загороджувальний вогонь. Навколо аеродрому гриміли гармати, намагаючись знищити повітряного ворога. Літак то зникав у хмарах, то знову з'являвся, і вогонь тривав до тих пір, поки німці, нарешті, не зрозуміли, що обстріляли власний прив'язний літак. Змійкова справа в Європі досягла найвищого розквіту до кінця війни, в 1918 р. Після цього інтерес до повітряних зміїв ослаб. Бурхливий розвиток авіації почало витісняти зміїв з військової справи. 31

Рис.47. Змій-планер конструкції Рибалко Багато конструкторів, які раніше захоплювалися змійковою справою, перейшли до роботи над літаками. Але їх досвід побудови зміїв не пройшов безслідно. Він, безумовно, зіграв свою роль в історії авіації на першій стадії розвитку літака.

Рис.48. Змій конструкції Баб'юк

Рис.49. Змій «зірка» конструкції Баб'юк У Радянському Союзі захоплення повітряними зміями почалося майже одночасно з авіамоделізмом. Уже на перших всесоюзних змаганнях літаючих моделей в 1926 р були представлені коробчаті змії, побудовані київськими авіамоделістами під керівництвом І. Баб'юк. Одинадцять полотняних зміїв із загальною робочою площею 42,5 м були запущені на сталевому тросі товщиною 3 мм зі спеціальної аеростатної лебідки. Конструкція цих зміїв – видозмінений класичний тип Сакконея.

Змій конструкцій Баб'юк: а - В-9 біс; б - В-23

Кількість потягів з коробчастих зміїв, які подавалися на всесоюзні авіамодельні змагання, збільшувалася. У змаганнях 1935 брало участь 8 поїздів. Тоді вперше найбільш повно було показано різноманітне застосування повітряних зміїв. За леєрами вгору і вниз бігали «повітряні листоноші», за допомогою яких стрибали ляльки-«парашутисти», скидалися «бомбочки» і листівки, демонструвалася димова завіса. Ляльки«парашутисти» здійснювали затяжні стрибки слідом за скинутим живим «десантом» - білими мишами в клітці. Скидання зі зміїв моделей планерів стало звичайним явищем. З висотного старту відлітало на кілька кілометрів чимало моделей планерів.

Рис.50. Змій конструкції Зюріна Повітряні змії все частіше і частіше застосовували для сигналізації під час військових ігор. Нерідко взимку можна було побачити лижника, що буксирується повітряним змієм. Змійкова справа стала одним з розділів первісної авіаційної підготовки школярів, а повітряні змії – повноправними літальними апаратами поряд з моделями літаків і планерів.

Рис.51. Змій Л-4 конструкції Попова

Рис.52. Змій конструкції Ольховського

Рис.53. Змій з каркасом з вербових прутів Всесоюзні змагання стали проводитися щорічно. На змагання свої команди представляли змійкові станції Саратова, Києва, Тули, Сталінграда та інших міст.

Рис.54. Змій конструкції Прахова 37

Керівники дитячих змієвих станцій і юні «змійкачі» з великим захопленням конструювали змії і запускали їх, проводили роботу серед школярів.

Рис.55. Змій конструкції Пантюхіна

У 1937 році в Звенигороді були організовані I Всесоюзні змагання повітряних коробчатих зміїв. Несприятливі метеорологічні умови (відсутність необхідного вітру) не дали можливості досягти рекордних польотів зміїв. Але все ж, хоча і на невеликій висоті, вдалося перевірити їх конструктивні особливості. 38

Рис.56. Змій планує конструкції Поморцева У 1938 році в селищі Щербинка (нині місто Московської обл.) проводилися II Всесоюзні змагання коробчатих зміїв, на яких були показані конструкції, які представляли винятковий інтерес. Наприклад, Серпухівська дитяча змієва станція представила змій видозміненої конструкції «Грунд» з площею 20 м. Змій піднімав вантаж масою до 60 кг. Були представлені змійпарашут, змій-планер та інші. 39

Рис.57. Змій конструкції Молчанова

На III Всесоюзних змаганнях коробчатих зміїв, що відбувалися в 1939 році в Серпухові, були встановлені рекорди польоту зміїв на висоту. Одиночний змій, сконструйований київським авіамоделістом (так стали називати і творців повітряних зміїв) Громовим, був піднятий на висоту 1550 м. Поїзд, складений з коробчастих зміїв конструкції саратовського авіамоделіста Григоренко, було піднято на висоту 1800 м. У роки ІІ світової 40

війни (1943 р .) А. Григоренко був нагороджений за бойове застосування коробчастих повітряних зміїв.

Рис.58. Змій конструкції Григоренко На IV Всесоюзних змаганнях були чітко визначені технічні вимоги до конструкції повітряних зміїв. Наприклад, кожен змій повинен триматися в повітрі при швидкості вітру не більше 4-5 м/с, несуча площа у кожного змія повинна бути не менше 5 м, загальна площа змійкового поїзда повинна бути такою, щоб при вітрі не більше 7 м/с можна було підняти вантаж масою не менше 80 кг. Кількість повітряних зміїв має бути не більше 10 шт. Головний змій міг мати довільну площу, конфігурацію і забарвлення. На кожному змійковому поїзді було встановлено різні пристосування і механізми, наприклад «повітряні листоноші», здатні підняти вантаж масою до 2 кг, замки для складання змійкового поїзда (при діаметрі леєра не менше 3 мм), пристосування для аерофотозйомки тощо. За умовами змагань кожна команда повинна була представити сценарій гри, в процесі якої передбачалося запуск змійкового поїзда. У сценарії можна було включити, наприклад, бомбардування. Скидання «бомб» на якусь, раніше намічену ціль, викидання «повітряного десанту» (скидання ляльок), гонки на лижах, перевезення пораненого на санях, які тягне змій, звукову, світлову та інші види сигналізації зі змія, скидання листівок. 41

Змагання проводилися на висоту польоту одиночного змія, на висоту запуску змійкового поїзда, на максимальну вантажопідйомність змійкового поїзда, на швидкість збірки і запуску одиночного змія. Для забезпечення успіху на змаганнях у багатьох колективах гуртків робили різні допоміжні засоби. Наприклад, школярі-авіамоделісти виготовили динамометр для випробування міцності леєра. Динамометр, встановлений на змії, при критичній напрузі включав червону лампочку. Також був виготовлений анемометр із старого будильника, і з допомогою цього прибора визначалася зміна сили вітру. Школярі встановлювали на змії барограф, пристрій для скидання в задану точку ляльки-«парашутиста» або грунтового «десанту». Юні авіамоделісти побудували коробчаті змії з підкрилками, що забезпечувало змію більшу стійкість. Авіамоделісти техніків будували профільовані коробчаті змії. На змагання був привезений змійковий поїзд, який складався з п'яти коробчатих зміїв. Кожен змій масою до 9 кг. Головний змій мав загальну площу 17 м. На змійковому поїзді був встановлений фотоапарат, який робив 12 фотознімків. Поїзд здатний був буксирувати одного лижника. Команда київських авіамоделістів привезла на змагання змійковий поїзд з шести зміїв. З нього можна було скидати велику ляльку «парашутиста» (до 70 см, при цьому купол парашута становив в діаметрі 4 м). Юні авіамоделісти напружено працювали, готувалися до нових стартів. В наші дні конструювання зміїв не може мати ні оборонного, ні наукового значення. Однак, доступне і захоплююче заняття, створення і запуск повітряних зміїв не втратили і не втратять свого значення.

ІІ. ВІТЕР І ЗАПУСК ПОВІТРЯНИХ ЗМІЇВ Походження та особливості вітру. Яка сила піднімає і утримує змія в повітрі? Сила вітру. Той, хто запускає змій повинен, перш за все, навчитися визначати і розпізнавати вітер і вимірювати його силу. Вітер виникає в результаті різниці нагріву водної і земної поверхні. Земні поверхні (ріллі, луки) нагріваються швидше, а водні простори і лісові масиви – повільніше. Як відомо, тепле повітря легше холодного. Нагріте над земною поверхнею повітря піднімається вгору. Внизу на його місце спрямовується з боку моря або лісу холодне повітря. Різниця нагріву буває більше вдень і особливо в сонячну погоду. Тому і швидкість вітру в середині дня буває більше, ніж вранці або ввечері. Бувають випадки, коли внизу повне безвітря (штиль), а на висоті 150-200 м дме вітер, здатний утримати коробчатий змій. При підйомі змія можна спостерігати, що вітер не завжди рівномірний. Швидкість і напрямок вітру постійно змінюється. Вертикальні повітряні потоки в авіації зазвичай називають «повітряними ямами» (якщо потік спрямований вниз). Вони створюють враження, що повітря не утримує літак або інший літальний апарат. Пориви вітру викликаються нерівностями земної поверхні. Не тільки гори, але і будови, мости і дерева відхиляють вітер біля поверхні землі від його горизонтального напрямку. Наштовхуючись на височини, повітряні потоки піднімаються вгору, а на протилежному боці, кружляючи, стікають вниз. Чим сильніший вітер біля поверхні землі, тим більше відчутні його пориви в вертикальному напрямку. Пориви вітру відбуваються також від вирівнювання різниці температури повітря. У сонячну погоду при наявності окремих хмар повітря, що потрапляє в тінь хмари, охолоджується і опускається, а там, де в хмарах є розрив, нагрівається і піднімається. Так утворюються вертикальні течії повітря. При зустрічі змія під час підйому або спуску з поривом вітру спостерігається раптове падіння змія, потім часто ривком знову піднімається. Такі ривки спостерігаються найчастіше в полудень, коли нижній повітряний прошарок на висоті від 100 до 200 м наповнений завихреннями. Для підйому змія дуже важливо використання висхідних потоків. Сила вітру цілком залежить від його швидкості. Тому встановити точно силу вітру можна, вимірявши його швидкість якимось спеціальним приладом. Силу вітру визначають в балах за так званою шкалою Бофорта. При певному досвіді 43

можна визначати бальність вітру без приладів, по безпосередньому відчуттю і за ознаками, зазначеним в таб. 1. Таблиця 1. Визначення сили вітру за шкалою Бофорга Бал

Позначення вітру

Розпізнавальні ознаки

Швидкість вітру, м/с

Затишшя

Досконале затишшя

Легкий подих Дим піднімається – майже вертикально 1,7

Легкий

Для відчуття ледь помітний

Слабкий

Ворушить легкий вимпел і листя на 4,8 деревах

Помірний

Витягає вимпел і ворушить маленькі 6,7 гілки дерев

Свіжий

Ворушить великі гілки дерев

Сильний

Чути в будинках; стовбури дерев

Жорстокий

Ворушить більш товсті стовбури дерев, 12,9 на стоячій воді піднімає перекидні хвилі

Бурний

Ворушить вікові дерева; що йде проти 15,4 вітру людина, помітно затримується

Шторм

Легкі предмети (черепиці дахів і т.п.) 18 вириває зі своїх гнізд

Повний шторм Вириває дерева

Тяжкий шторм

Руйнівний споруди

Ураган

Дія спустошуюча

ворушить

3,1

8,8 тонкі

10,7

вплив

на

всякого

роду

38 40

Вітрометри. Для точного вимірювання швидкості вітру є спеціальні прилади – анемометри, або інакше – вітрометри різних систем. Найбільш просте пристосування для цієї мети – флюгер-вітрометр (Рис.59.).

Рис.59. Флюгер-вітрометр: а - загальний вигляд; б - деталі; 1 - щогла (сосна); 2 - рейки (сосна); 3 - стрілка (фанера); 4 - хвіст (фанера); 5 - рейки для букв, 4 шт. (Сосна); 6 - букви, 4 шт. (Фанера); 7 - шайба (мідь); 8 - гвинт (сталь); 9 - вітрометр в зборі Флюгер-вітрометр показує швидкість і напрям вітру. Він складається з вертикальної стійки-щогли, на якій обертається горизонтальна рейка. Будівлі і дерева створюють завихрення, а іноді змінюють напрямок вітру в даному місці. Тому розміри вертикальної стійки-щогли повинні бути такими, щоб флюгер-вітрометр був значно вище цих перешкод. На щоглі зміцнюються чотири рейки з позначеннями частин світу (Сх., 3х., Пн., Пв.). Ці рейки розташовуються одна по відношенню до іншої під кутом 90 °. Вітрометр устанавлювали за допомогою компаса так, щоб рейка з буквою Пн. була направлена на північ, рейка з буквою Зх. – на захід тощо. Вітрометр повинен обертатися разом з з'єднаною з ним горизонтальною стрілкою, яка показує напрямок вітру. Залежно від швидкості вітру вітрова дошка, піднімаючись 45

догори, встановлюється перед тим чи іншим штифтом, укріпленому на дузі. Якщо пластинка знаходиться у вертикальному положенні, це означає, що вітру майже немає. Якщо вона піднялася до першого штифта, вважаючи знизу, то швидкість вітру дорівнює приблизно 1 м/с, якщо до другого – 2 м/с. Дугу зі штифтами виготовляють строго за кресленням. Розмір вітрової дошки повинен відповідати її масі. Наприклад, якщо на кресленні даний розмір вітрової дошки 25 х 40 мм, або 10 см, то маса вітрової дошки, виготовленої з консервної банки, повинна дорівнювати 5 г, маса вітрової дошки відноситься до її площі як 5:10 або 1: 2. Вітрометр при зазначеному відношенні маси до площі можна робити будь-яких розмірів. Але потрібно зробити так, щоб зубці на дузі по відношенню до вертикальної лінії були розташовані відповідно до табл. 2. Чому літає змій? Кожен знає, як легко йти за вітром і наскільки важко проти нього. Якщо ж взяти великий аркуш фанери і піти з ним проти вітру, то рух вперед стане майже неможливим. Повітря має великий опір. Але рухоме повітря крім опору руху своїм тиском створює і підйомну силу, за допомогою якої літальні апарати не тільки можуть підніматися, але і триматися тривалий час в повітрі. Таблиця 2. Встановлення зубців вітрометра Номер зубця

Кут установки зубця, град.

Швидкість вітру, м/с

9 46

Для цього плоскі або коробчаті змії за допомогою вуздечки встановлюють під деяким кутом до зустрічного потоку повітря. Цей кут називається кутом атаки. Коробчаті змії літають при кутах атаки, приблизно 15-20 °. А що було б зі змієм, якби не було леєра, мотузки, шпагату або капронової нитки, за яку запускаєте змія? Тільки-но змій буде випущений з рук, як вітер миттєво підхопить і понесе. Леєр потрібно для того, щоб утримати змія і прийняти силу опору повітря. Повітряний змій можна запустити і в безвітряну погоду. Для цього необхідно бігти з леєром, передаючи його по естафеті своїм товаришам. Можна прикріпити леєр з запущеним змієм до автомашини, яка рухається.

ІІІ. ВИГОТОВЛЕННЯ ПРОСТИХ ЗМІЇВ

Рис. 60. Змій «монах» Змій типу «монах». Найбільш простими є змії типу «монах» (Рис. 60) і плоский прямокутний змій (Рис. 61).

Рис. 61. Плоский змій: 1 - гудок; 2 - тріскачки 48

Особливо широке застосування можуть знайти найпростіші змії на дитячих майданчиках. Повітряний змій м'якого типу, званий «монахом», виготовляється з тонкого креслярського паперу розміром приблизно 250х250 мм. Чим щільніше папір, тим більші розміри може мати майбутній змій, а значить, і аркуш паперу повинен мати великі розміри. Лист складають навпіл по діагоналі АВ. Потім кожну з його половинок складають знову навпіл по лінії АС, але в зворотну сторону листа, і, нарешті, відгинають куточки по лінії СД. Не слід змія «монаха» робити великих розмірів, так як він може легко скластися. Не потрібно робити його і дуже маленьким: у такого змія відношення маси до площі занадто велике і літає він погано. У кінцях згинів В і Д вклеюють невеликі відрізки ниток для кріплення вуздечок і хвоста. Після цього голкою проколюють отвори і прикріплюють вуздечки і хвіст. Вуздечкою для «ченця» служить звичайна нитка. Хвіст виготовляють з вузької смужки тканини на якій нав'язують кілька вузлів. Його довжина знаходиться в межах від 1 до 1,25 м і регулюється при пробних злетах змія. Літає «монах», незважаючи на його простоту, досить добре. Пускати його слід на котушці нитки в слабкий вітерець, так як сильний вітер легко його зімне. Плоский змій. Каркас широко поширеного плоского прямокутного повітряного змія (див. Рис. 61) роблять з тонких соснових планочок (дранок), обтягуванням служить папір, для хвоста використовують нитки або мочало з вантажем. Невеликий змій (площею до 0,5 м) можна запускати на котушкових нитках. Плоскі змії великих розмірів запускають на міцних капронових нитках. Змій має всього три планки: дві з них служать діагоналями («хрестом»), а третя знаходиться вгорі і скріплює діагоналі. Іноді при порівняно великих розмірах змія додають ще одну планку посередині (на кресленні показана пунктиром). Довжина планок: хрестових750 мм, верхній - 450 мм. Виготовлення змія нескладно. Хрестові планки скріплюють під потрібним кутом нитками. До цих планок прив'язують верхню планку. По контуру майбутнього змія натягують міцну нитку, яка з'єднує всі куточки, і наклеюють обтяжку з паперу. Після того як змій висохне, верхню планку потрібно злегка стягнути ниткою в дугу. Такий змій стійкіше тримається в повітрі. Вуздечку змія роблять з трьох ниток. Верхня (подвійна) частина вуздечки повина бути такої довжини, щоб вона точно уклалася по діагоналі, а вершина її, де робиться вузол, лягла в центр змія. Нижня частина вуздечки повина бути такою, щоб, якщо її покласти на змій, вузол потрапить точно в середину верхньої планки змія.

Змій «зірка». На рис. 62 зображений легкий і міцний каркас для плоского змія «зірка». Він складається з п'яти однакових соснових рейок розміром 500х9Х4 мм. Рейки пов'язані в центрі парою щічок з фанери товщиною 1,5 мм. Змій посилений дротяним кільцем діаметрами 382 мм. Кільце прикріплено до рейок нитками. Зовнішні кінці рейок з'єднані між собою розчалками з тонкого шпагату. Розчалювання власне і утворюють основні контури зірки.

Рис. 62. Змій «зірка»: 1 - міцна нитка; 2 - фанерні щілинки; 3 - сталевий дріт діаметром 1,5 мм Обтягування змія «зірка» робиться з паперу або тканини, бажано червоного кольору. Розміри «зірки» можуть бути різними, але в тих випадках, коли розмір змія перевершує 1,2 м, кінці променів слід доповнити запобіжними обтяжками з шпагату, інакше їх одломить вітер. Кінці відтяжок кріплять до вузла вуздечки. Довжина хвоста повинна бути приблизно в десять разів більше висоти змія. Уточнюють її під час запуску. Коробчатий змій конструкції Поттера. З усіх коробчатих зміїв простотою у виготовленні, хорошої якості відрізняється змій конструкції Поттера (Рис. 63).

Рис. 63. Змій конструкції Поттера: а - загальний вигляд; б - креслення 51

Техніка споруди різних коробчастих зміїв однакова. Досить освоїти будівництво найпростішого коробчатого змія, щоб легко впоратися з більш складними конструкціями. Для виготовлення змія конструкції Поттера потрібні наступні матеріали. Рейки квадратного або круглого перетину товщиною не менше 15 мм роблять з сухої сосни без сучків. Для зменшення маси змія рейки до кінців поступово звужуються, так як основне навантаження припадає на середину рейки. Рейки ретельно обробляють рубанком і шкуркою. Для запобігання від вологи бажано просочити їх оліфою. Можна заміняти соснові рейки горіховими прутами, але останні за своїми якостями гірші. Різну синтетичну тканину, будь-яких забарвлень використовують для обтягування змія. Папір застосовують для обтягування зміїв невеликих розмірів. Бажано використовувати тонкий, щільний папір. Шпагат і шнур необхідні для запуску зміїв, виготовлення вуздечки і розтяжок. Сучасна промисловість випускає легкі міцні капронові нитки. Їх з успіхом можна застосовувати в змійковій справі. Нитки йдуть на обмотку лонжеронів і розпірних рейок, прикріплення дужок, обтягування до лонжеронів, тощо. Більш тонкими нитками зшивають обтягування змія. Гуму в стрічках (нитках) різного перетину вживають в вуздечках зміїв для амортизації поривів вітру. Клей необхідний для з'єднання дерев'яних частин, проклейки вузлів, обмоток і т.п. Крохмаль застосовують для просочення матерії і при склеюванні паперової обтягування. Оліфою просочують шпагат і дерев'яні деталі з метою запобігання їх від псування при дії вологи. Лак масляний або спиртової потрібен для остаточної обробки лонжеронів і розпірок. Весь процес побудови складається з трьох основних операцій: виготовлення каркаса, виготовлення обтягування, а також монтажу частин і установки розчалок і вуздечки. Для полегшення обробки лонжеронів і розпірних рейок потрібно взяти прямошарувату дошку. Товщина її повинна відповідати перетину рейок. Якщо, наприклад, потрібні рейки перетином 15х15 мм, то беруть дошку товщиною 15-20 мм. Її розпилюють поперек на шматки, рівні довжині лонжеронів і розпірних рейок. Потім шматки розпилюють уздовж. Якщо під руками немає лісоматеріалу достатньої довжини, то для отримання рейки зрізають на коротші і з'єднують їх за місцем зрізу, обмотуючи нитками (Рис. 64, а).

Рис. 64. Виготовлення змія «Поттера»: а - з'єднання рейки «на вус»; б лапки для розпірних рейок; в - форма обтягування; г - вклейка ліктроса. Стісувати рейки найкраще таким способом: покласти її на довгий і рівний стіл, притримуючи передню частину лівою рукою, і потім від середини почати обтісування. Після рейки ретельно зачищають дрібним рашпілем і шкіркою. Дуже важливо, щоб всі лонжерони і розпірні рейки мали однаковий перетин і масу. Для змія потрібно заготовити рейки декількох розмірів: 53

• чотири рейки для лонжеронів довжиною 1016 мм і перетином 10x10 мм (можна заготовити і круглі рейки діаметром 12 мм); • дві великі розпірні рейки довжиною 990 мм і перетином 8X8 мм (або 9x9 мм); • дві малі розпірні рейки довжиною 660 мм і перетином 8X8 мм (або 9X9 мм). На кінцях всіх розпірних рейок роблять лапки. Для цього наклеєні на них тонкі планки обмотують міцною ниткою, яку потім просочують клеєм (див. Рис. 64, б). Дерево здатне вбирати в себе вологу, змінювати свою масу і скручуватися. Щоб запобігти викривленню, лонжерони і розпірні рейки просочують оліфою. Для цього беруть шматочки вати, обгортають марлею і опускають в оліфу, яку втирають в пори дерева до тих пір, поки рейки не стануть майже сухими. Після виготовлення лонжеронів і розпірних рейок з тканини або паперу роблять обтяжку для каркаса змія. Як видно на рис. 63, нижня коробка змія по своїй величині дорівнює верхній, що дає можливість зробити загальні викрійки для нижньої і верхньої коробок. Для виготовлення викрійок залишають припуск в 10 мм з усіх боків по довжині і ширині для згину при кріпленні до нитки (ліктросу), яку вклеюють в кромку для створення більшої міцності (Рис. 64, в, г). Кінці її на кутах виходять за обтяжку на 60-70 мм. для прикріплення до лонжеронів. Ліктрос слід вклеювати так, щоб він не приклеївся до обтягуванні, інакше після просушування краї матимуть зморшки. Для кріплення лонжеронів з обтягуванням їх обмотують на кутах кінцями ліктросів, а місця з'єднання промазують столярним або іншим клеєм. Щоб встановити розпірні рейки, спочатку на одному кінці кожної рейки роблять лапку, потім розпірну рейку обрізають по довжині так, щоб вона щільно лягла по діагоналі в коробку. Після цього зміцнюють лапку на іншому кінці. Під кутом до першої розпірної рейки ставлять другу, меншої довжини. Рейки рівної довжини у верхній і нижніх коробках повинні мати однакову масу. Для більшої жорсткості каркас змія кожну пару розпірних рейок в центрі перев'язують нитками. Після складання, до змія прикріплюють вуздечку, конструкція якої добре видно на рис. 63, а. Для того щоб виготовити змія Поттера різних розмірів, наведемо співвідношення його сторін. Якщо прийняти висоту однієї коробки змія за одиницю, то його висота становитиме 3,5 одиниці. Буде мати співвідношення 1: 3,5. А загальна довжина периметра ромба дорівнює 8,4 одиниці. Діагоналі ромба відносяться як 2: 3. Замість співвідношення досить проставити потрібні розміри, і змій можна з успіхом виготовити. Змій конструкції Коді-Сакконея (Рис. 65, а) користувався великим успіхом у юних змійкачів. Він міцний, легкий і може 54

підніматися в повітря при вітрі в 4-5 м/с. Для каркаса змія (Рис. 65, б) потрібно заготовити соснові рейки.

Рис. 65. Змій конструкції Коді-Сакконея: а – загальний вигляд; б - креслення; в – вичинка кутів. Для лонжеронів роблять чотири рейки АА довжиною +1224 мм, діаметром 12-15 мм. Довжину розпірних рейок визначають практично після того, як вже буде виготовлена обтяжка змія і з'єднана з лонжеронами. Дві великі розпірні рейки ВВ повинні мати діаметр в середині 15 мм, а дві малі СС - 10-12 мм. Дві нервюрні рейки ДД мають перетин 8X4 мм і довжину 380 мм. Нервюрні рейки потрібні для кріплення до обтягування відкрилки змія. Як відомо, найбільша сила тиску повітря доводиться на середню частину рейок, тому бажано в цьому місці їх робити товщі. Дуже добре посилити рейки стрічками на клею, намотуючи їх на відстань 200-250 мм від середини в обидва кінці. Кінці розпірних рейок у змія Коді-Сакконея роблять інакше, ніж у змія Поттера: замість лапок в торцях у кінці розпірних рейок 55

прорізуються жолобки (див. Рис. 65, а). Для обтягування каркаса беруть легку тканину. На столі або на підлозі розмічають за допомогою кутника таку ж викрійку, як і для змія Поттера. У кутах бічних сторін роблять прорізи для лонжеронів, які посилюють додаткової обтягуванням. Після коробок викроюють два бічних открилка. Середні проміжні площини (діафрагми) для верхньої і нижньої коробок роблять на 20 см вище бічних стінок коробок, щоб створити кращий натяг обтягування змія. Далі проводять зшивання обтягування коробок і бічних відкрилок, причому останні підшивають так, щоб можна було по краях протягнути ліктрос (шпагат). Бічні відкрилки пришивають на кутах верхньої коробки. Змій конструкції Коді-Сакконея збирають так само, як і змій Поттера. Вуздечки виготовляють так, як показано на рис. 17, а. Змій конструкції Громова (Рис.66.). Цей змій є результатом подальшої розробки та вдосконалення конструкції КодіСакконея.

Рис. 66. Змій конструкції київського авіамоделіста Громова: а - загальний вигляд; б - креслення; в - змій перед запуском; 1 - додаткова проміжна площина; 2 - віконце для пропуску рейок; 3 - накладка для віконця; 4 кріплення вуздечки (розміри рейок: верхні горизонтальні - 3500 мм, нижні горизонтальні - 2850 мм, вертикальні - 2550 мм)

Характерні особливості змія наступні: винос задньої площини становить 30 °, бічні (кильові) площині АА і ВВ розташовані по відношенню до несучих АВ під деяким кутом. Це надає змію більшу поперечну стійкість і створює в проекції додаткову несучу площину. Між передньою і задньою площинами є додаткові проміжні площини. Але змій був піднятий з авіаційним барографом на висоту 1550 м і показав хорошу стійкість. При випробуванні змія правильність розрахунку Громова підтвердилася повністю. Хороші результати показав змій авіамоделіста Григоренко (Рис. 67). При конструюванні змія Григоренко поставив собі за 57

мету надати йому хорошу жорсткість при відносно не великому навантажені. Незважаючи на великі несучі площі, змій має всього чотири поздовжніх лонжерона і чотири основних розпірних рейки. Винос задньої площини по відношенню до передньої становить 30 °, цим створені найбільш сприятливі умови для роботи проміжних і задніх площин. Доцільність такого виносу підтвердилася на практиці і шляхом продувок в аеродинамічній трубі.

Мал. 67. Змій конструкції авіамоделіста Григоренко: а - загальний вигляд; б креслення; в - змій перед запуском Винос задньої площини відповідно змінює і центровку змія. Тому виявилося необхідним змінити місце прив'язі і напрямок вуздечки. Григоренко дуже вдало приєднав вуздечку до верхньої частини лонжеронів, застосувавши дві додаткові планки, що зв'язують лонжерони між собою і надають змію достатню жорсткість. Потрійні відкрилки, розташовані під деяким кутом до площин коробок, крім забезпечення гарної стійкості, збільшують площу корисної несучої поверхні змія. Розрахунки конструктора-моделіста підтвердилися: незважаючи на невелику кількість поздовжніх і розпірних рейок при значних розмірах, змій вийшов досить жорстким, що дало можливість піднімати його на велику висоту при вітрі 8-9 58

м / с. Шість зміїв конструкції Григоренко були підняті в складі поїзда на висоту 1800 м. Стійкість поїзда в повітрі виявилася на належному рівні; кут стояння доходив до 60-70 °. Але конструкція змія Григоренко може виявити всі свої позитивні якості лише за умови ретельного виготовлення змія, для чого, безумовно, необхідний досвід в роботі. Для початківців любителів виготовити і запускати змії такої конструкції буде надзвичайно важко. Запуск зміїв Леєр. Міцність леєра повинна бути такою, щоб він не розірвався від пориву вітру. При виборі леєрів потрібно користуватися табл. 3 для визначення маси леєра і сили, яка може розірвати леєр даного перетину. Якщо, наприклад, обраний сталевий дріт діаметром 1 мм, маса 1 м якої становить 6,3 г, то 100 м леєра будуть важити 630 г. Дріт такого діаметру може витримати змія, на який направлений вітер з силою, що не перевищує 1850 Н. Дуже великою міцністю відрізняється кордна нитка (до 100 кгс / мм2), яка виготовляється з синтетичних волокон і використовується для виготовлення тросів різного діаметру і призначення. При цьому маса 1 м такої нитки або мотузкового вироби з неї майже не перевищує маси звичайної мотузки. Таблиця 3. Маса і розрив для леєрів Стальна проволока Діаметр леєра, мм

мотузка

маса 1 м, г

опір на розрив, кгс

маса 1 м, г

опір на розрив, кгс

0,4

1,0

0,5

1,5

0,6

2,2

0,7

3,1

100

0,8

4,0

130

0,9

5,7

155

1,0

6,3

185

2,0

225

3,5

2,5

300

5,5

100

3,0

600

8,0

150

3,5

1000

11,5

190

4,0

1300

13,0

220

4,5

1600

17,5

260

5,0

2000

22,0

320

6,0

32,0

450

7,0

44,0

620

9,0

70,0

950

12,0

125,0

1500

15,0

200,0

2400

20,0

320,0

3600

Рис. 68. Котушка леєра

Леєрна котушка. Котушка для леєра не складна, її можна побудувати в будь-якому гуртку авіамоделістів. На рис. 68 зображена одна з леєрних котушок. Вона складається з двох основних частин - власне котушки з валом верстата, на якому вона обертається. Спочатку потрібно виготовити котушку 1. З двох березових брусків розміром 20X40X170 мм склеюють один, розміром 40X40X170 мм. Перед склеюванням уздовж брусків точно по центру прорізають наскрізний канал діаметром 5 мм. В цей канал забивають вісь із сталевого прута діаметром 6 мм. Після просушування квадратний брусок вручну або на токарному верстаті обробляють в циліндр діаметром 39 мм. Кінці циліндра туго обмотують суворою ниткою, щоб вони не розкололися до дисків. Два диски діаметром 220 мм виготовляють з хорошої фанери. Кожен диск склеюють з трьох фанерних частин товщиною 1 мм - двох зовнішніх діаметром 220 мм і одного внутрішнього діаметром 210 мм. Центри повинні строго збігатися один з одним. Після склеювання і обтиску під вагою виходять два жолобчастих диски. Круги дисків скріплюють додатково дрібними цвяхами. Цвяхи можна замінити П-образними дротяними скобами, кінці яких пропускають через два отвори і згинають ударами молотка. У центрі кожного диска акуратно просвердлюють отвір діаметром 5 мм. З сталевого прута діаметром 6 мм і довжиною 368 мм виготовляють вал з ручкою. На вал надягають дерев'яний циліндр і обидва диска 4. Дуже важливо, щоб сталевий вал тримався в циліндрі жорстко, складаючи з ним як би одне ціле. Для цього частину валу, приблизно на третину довжини циліндра, слід злегка розклепати до овального перетину. Обидва фанерних диски, прилеглі до торців дерев'яного циліндра, міцно прибивають до них цвяхами довжиною 25 мм. З мідного або сталевого листа вирізають дві смужки довжиною 100 і шириною 18 мм і згинають в трубку. Це підшипники, в них буде обертатися сталевий вал, котушки. Для кожного підшипника виготовляють по дві мідні або сталеві шайби б, внутрішній діаметр яких трохи більше діаметру залізного вала. На ручку вала необхідно надіти трубку з пластмаси або гуми. Трубка повинна абсолютно вільно обертатися на валу. Кінець ручки розкріплюють для того, щоб слухавка не сповзала. Друга важлива частина леєрні котушки – це верстат 8. Він складається з основної фанерної дошки розміром 260x230x5 мм, на якій міцно укріплені два трикутних кронштейни. На вершинах кронштейнів, в спеціальних виїмках, монтують підшипники. Кронштейни можуть бути виготовлені з прямокутних брусків берези або сосни перетином 15X18 мм у вигляді масивних рівносторонніх трикутників з вершиною, плоско зрізаною на довжину 32 мм. Важливо, щоб кронштейни були з'єднані 61

з основною дошкою 12 абсолютно міцно і нерухомо. Обидва кронштейни кріплять до дошки перпендикулярно на відстані 200 мм один від одного. Для міцності їх прикривають трапецієподібними фанерними накладками 9 розміром 150X39 мм і застосовують ручні або механічні лебідки. Як запустити одиночний змій. Уміння після установки підшипників покривають накладкою 11. Всі дерев'яні частини лебідки шліфують нождачним папером, просочують оліфою і лакують. У жолобок лівого диска котушки вкладають 500 мм м'якого міцного дроту діаметром 1,5 мм (краще взяти для цього сталевий трос), кінці якої пригвинчують шурупами до верстата. Дріт є гальмом 10. Якщо на неї натиснути рукою, то вона притискаючись до диска, гальмує обертання котушки. Для запуску зміїв великих розмірів і змійкових поїздів. Найкраще запускати змій в полі і по можливості на височині. Перед запуском слід перевірити правильність регулювання і міцність з'єднання частин. Збирають змій в місці, захищеному від вітру: за лісом, будівлями, в яру і т.п. Можна зібрати змій і при вітрі в полі, але для цього повинна бути команда не менше чотирьох чоловік. Запускають змій декількома способами. При запуску змій ставиться передньою площиною проти вітру. Запускаючий відходить назад, поступово розкручуючи леєр і утримуючи змій у вертикальному положенні. Відійшовши на 10-15 м, слід потягнути змій на себе і пробігти певну відстань. При наявності вітру змій швидко піднімається догори. Краще і легше всього запускати змій удвох. Для цього один з гуртківців залишається зі змієм, тримає його над головою за задні лонжерони, інший же з леєром відходить проти вітру на 80-100 м. Для моменту підйому існує сигналізація: один стоїть з котушкою і леєром, піднятими руками вгору зі змієм, щоб інший приготувався. Різке підняття руки вгору є сигналом для запуску змія. Коли змій підніметься на достатню висоту, можна поступово відпускати. У разі раптового пориву вітру леєр трішки відпускають і тим самим послаблюють тиск вітру на змія. При стиханні вітру змій треба негайно підтягнути до себе. Запобіжні заходи під час запуску змія. Кожен, хто запускає, повинен добре усвідомити всі небажані випадки, які можуть виникнути під час запуску змія, тим більше змійкових поїздів. Розповімо про деякі з них. 1. Потрібно знати і пам'ятати, що сила і напрям вітру на різній висоті можуть бути різними. Це залежить від багатьох причин. А головне - від рельєфу місцевості. 2. Небажано, щоб леєр запущеного змія зіткнувся з проводами або повис на проводах. Особливо небезпечно, якщо це електричні дроти високої напруги. Бажано обмежити висоту підйому змія 150-200 м. Що для цього 62

потрібно? Перш за все треба уважно оглянути місцевість: визначити, де проходять дроти, в якому напрямку дме вітер. Необхідно, щоб змії запускалися в протилежну від проводів сторону. Іноді запускають, і не враховують силу вітру, і міцність леєра. При наявності сильного поривчастого вітру леєр може обірватися, а змій вітром віднесе на дроти. Виникає небезпека, що трос або сам змій замкне ці дроти, це особливо небезпечно, коли змій або змійковий поїзд запускають на сталевому тросі. 3. Не слід трос змія накручувати на руку або навколо себе. Якщо змій великий, а вітер сильний, поривчастий, то в такому випадку можна тросом порізати руку або пошкодити одяг. 4. Великі змії найкраще запускати на леерній котушці, а змійкові поїзди - на леерній лебідці. Як запускати потяги із зміїв. Потягом повітряних зміїв називається кілька зміїв, запущених на одному тросі. Кількість зміїв може бути досить значна, іноді досягаючи півтора десятка. Чим більше зміїв запускається одночасно, тим більший вантаж вони можуть підняти. Існує кілька способів кріплення зміїв до леєрів. Перший спосіб. Кілька зміїв запускають на окремих леєрах, нижні кінці яких прикріплюють до одного, основного леєра (Рис. 69, а). При даній системі кріплення дуже легко запускати поїзд. Але при нерівномірному вітрі і неточному регулюванню змії можуть вести себе нестабільно в повітрі і переплутатися.

Рис. 69. Різні способи запуску змікового поїзда: а - перший спосіб; б - другий спосіб (паралельний запуск); в - третій спосіб (послідовний запуск) 63

Другий спосіб. Змії запускають також на окремих леєрах, але з'єднують їх з основним, більш міцним леєром за іншою схемою (див. Рис. 69, б). Таке розташування зміїв називається паралельним. Третій спосіб. Змії послідовно з'єднують з основним леєром (див. Рис. 69, в). Відстань між зміями - від 20 до 40 м залежно від довжини леєра і розміру зміїв. Змії прикріплюють верхньою площиною задньої коробки за допомогою кілочка до леєрів, причому вуздечкою встановлюється необхідний кут атаки. На рис. 70 показаний поїзд із зміїв, підготовлений до запуску.

Рис. 70. змійковий поїзд, підготовлений до запуску Третій спосіб кріплення зміїв заслуговує на особливу увагу, так як при такому способі поїзд тримає себе стійко в повітрі і створює найбільшу тягу. При запуску змія команду розставляють по одному, до кожного змія. При запуску стають ззаду зміїв і беруть їх за два задніх лонжерона. Капітан команди підняттям прапорця дає сигнал приготуватися. При різкому відпуску прапорця вниз всі стартові одночасно опускають змії, злегка підкидаючи їх вгору. За тією самою командою той, хто, стоїть біля лебідки, швидко накручує леєр на його барабан. Всі змії одночасно піднімаються вгору. Коли поїзд цілком встановився, леєр потроху відпускають доти, поки поїзд не підніметься на потрібну висоту. Потяги можна складати з зміїв найпростіших конструкцій (Поттера, Харграва), що дає можливість навіть початківцям авіамоделістів займатися запуском змійкових поїздів.

Рис. 71. Замок для кріплення змія до поїзда: 1 - трос; 2 - петля Для приєднання повітряних коробчатих зміїв з основним леєром існує кілька конструкцій замків. На рис. 71 показаний найпростіший саморобний замок, виготовлений зі звичайної дверної петлі. На тому ж малюнку показано кріплення зміїв до тросу за допомогою замка.

ІV. Ігри та атракціони зі зміями «Повітряний листоноша» Цей змій можна назвати парусним візком, який на роликах по леєрах рухається вгору до основного змія і назад. За допомогою цього візка, або «повітряного листоноші» можна посилати до ширяючого змія різні вантажі, скидати їх вниз. Найпростіше пристосування дозволяє вітрилу «листоноші» після скидання вантажу від сили вітру повертатися назад до змія. «Повітряним листоношею» (Рис.72, а) користуються при різних іграх зі зміями, особливо пов'язаних зі скиданням з них вантажів. Матеріалами для такого змія – це фанера товщиною 2-3 мм, соснові рейки перетином 20X10 мм, цвяхи довжиною від 10 до 25 мм, жерсть, сталевий дріт діаметром 2-3 мм, тканина. Рейку роблять перерізом 20X10 мм і довжиною 600 мм (див. Рис. 72, б). Остов «листоноші» повинен бути виготовлений зі свіжої прямошаруватої сосни без сучків. До остову кріплять дві коробки - передню і задню, всередині яких обертаються ролики. Кришки коробки вирізують з фанери товщиною 2-3 мм у формі чотирьох платівок. Пластинки прикріплюють клеєм і цвяхами попарно до хвостової і передньої колодків. Між укріпленими пластинками вставляють і прибивають вертикально по два брусочки перетином 10x10 мм і довжиною 60 мм. Ці брусочки, як і платівки, повинні мати прорізи для проходження леєра (див. Рис. 72, б, в). Після виготовлення коробок готують два ролика, для чого з тонкої жерсті вирізують дві пари гуртків діаметром 50 мм. Потім склеюють аркуші фанери до товщини 5-6 мм і з них випилюють два коліщатка діаметром 40 мм. Бляшані коліщатка з'єднують дрібними цвяхами з фанерними так, щоб їх центри точно збіглися. У виготовленому ролику просвердлюють отвір такого розміру, щоб він легко обертався на своїй осі - цвяху або дроті діаметром 2-3 мм і довжиною 18 мм. Ролики вставляють на своє місце у верхній частині коробок і закріплюють осями. Між роликами і стінками коробок необхідно прокласти для зменшення тертя прокладки - шайби, виготовлені з жесті. При установці роликів на кінці їх осей з обох сторін надягають шайби, зроблені з тонкої жесті, а самі осі злегка розклепуються. До остову «листоноші» з правого або лівого боку прикріплюють виготовлені з жесті напрямні вушка (див. Рис. 72, в). У вушках просвердлюють отвори так, щоб в них вільно ходив стрижень з сталевого дроту довжиною 706 мм і діаметром 2-3 мм. Дріт для стержня повинен бути абсолютно рівний і гладкий. Ретельно підігнавши задню, замкову частину стержня на місці, згинають кільце так, як вказано на рис. 72, б. Парус «повітряного листоноші» виготовляють з тонкої тканини, каркас вітрила - із соснових рейок (див. Рис.72, в). На горизонтальній верхній рейці 66

вітрила зміцнюють колодку з гніздом для з'єднання з середньою вертикальною рейкою. Колодку вітрила виготовляють з фанери товщиною 23 мм і двох соснових брусків відповідного розміру.

Рис. 72. Змій «повітряний листоноша»: а - загальний вигляд; б - деталі; в остов; г - каркас; д - рух вантажем по леєрах; е - скидання вантажу і спуск «листоноші»; 1 - рейка для кістяка; 2 - кільце

Після складання всі шорсткості поверхні і клей зачищають стамескою і нождачним папером. Дерев'яні деталі найкраще пофарбувати олійною фарбою. У розібраному вигляді вітрило з усіма його рейками дуже зручно згортається в рулон. На рис. 72, г показані креслення каркаса вітрила. На натягнутий парус тисне вітер, і візок на роликах котиться вгору по леєрах, піднімаючи з собою підвішений до замку вантаж (див. Рис. 72, д). Підійшовши до змія, «листоноша» своєю передньою частиною металевим кільцем, вдаряється об паличку, прикріплену до леєра на відстані 1-2 м від змія. Замок відкривається, і тягар падає вниз. Одночасно вуздечка «листоноші», що утримує парус в вертикальному положенні, випадає із замка. Під дією вітру вітрило відхиляється назад, і «листоноша» котиться вниз (див. Рис. 72, е). Запуск моделей планерів із змія. У повітря піднімають змія, по леєру якого пускають вгору «листоношу» з моделлю планера. При зіткненні зі змієм ударник «листоноші» пускає в хід, вимикає пристрій, модель зривається і летить. Один із способів запуску моделі планера зі змія показаний на рис. 73. До змія прикріплюють ролик 1, за яким за допомогою шнура підтягують вгору модель. Підтягуванням іншого шнура 2, прив'язаного до вимикаючого пристосуванню 3, домагаються від'єднання моделі. Модель до підйому потрібно відрегулювати так, щоб вона не могла обертатися в горизонтальному напрямку, інакше обидва шнури обкрутити і від'єднати буде неможливим.

Рис. 73. Запуск моделі планера підтягуванням шнура 68

Після від'єднання модель зазвичай падає вертикально, вирівнюється і лише потім починає свій політ. Легка модель вирівнюється швидше і летить далі, ніж важка. Заздалегідь встановити кут планування і відразу домогтися планування польоту моделі можна лише після досвіду і вдосконалення методів старту моделі зі змія. У 1930 р німецький моделіст Естерле розробив нове стартове пристосування. У місці з'єднання цього пристосування з моделлю планера леєр переривається, і тут кріплять два рівних шнура-леєра. За допомогою поперечної рейки-розпірки, яка встановлюється між ними посередині, їх розводять в сторони (Рис. 74, а). До рейки підвішена «стартова дорога» для моделі.

Рис. 74. Пристосування для висотного запуску моделі планера: а - шнурилеєра розведені поперечною рейкою; б - шнури-леєра встановлені паралельно «Стартова дорога» складається з рейки, до якої прибита маленька дощечка для опори моделі. На деякій відстані верху, паралельно нижній рейці, розташована друга, більш коротка. Обидві рейки з'єднані між собою фанерними дощечками, поверхні яких діють при підйомі як бічне кермо. Верхня рейка протягується по направляючй, прикріпленій посередині поперечної рейки, до тих пір, поки стартова дошка з моделлю не розташуються горизонтально, і модель не матиме установочного кута атаки 69

(рис. 74, б). Незначні коливання моделі в поздовжньому напрямку від вітру стабілізує кермо глибина. Модель планера прикріплюють у хвості тонкою мотузкою, протягнутою за допомогою голки через вузьку смужку окалини (стопіном). На стартовий гак моделі підвішують кільце з досить товстою гумкою, яку витягують і прикріплюють до переднього кінця нижньої рейки. Щоб модель в пристосуванні не перекинулася, до поперечної рейки прикріплені два зігнуті дугою дроти, на яких вільно лежить задній край несучих поверхонь. Змій або прив'язний літак піднімають в повітря, запускаючи його в залежності від умов вітру на довжину леєра від 100 до 150 м.

Рис. 75. Запуск моделі планера за допомогою пристосування Після підготовки, коли стартова установка підвішена горизонтально, запалюють окалину і пускають установку в повітря. Модель стає в нормальне польотне положення – це проти вітру. Коли окалина на кінцевій частині спалить тонку мотузку, модель звільниться. При ковзанні її уздовж стартової установки, нахиляється вперед, і модель зараз же набуває певний кут ковзання (Рис. 75). Таким чином вона на початку польоту отримає деяку швидкість від установки, що діє як катапульта. Для повторення старту один тримає міцно леєр, а інший бере шнур рукою і біжить назустріч змію, підтягуючи його вниз (Рис. 76).

Мал. 76. Спуск змія для повторного запуску моделі планера Для повторення старту модель знову прикріплюють до стартового пристрою. При піднятті змія запуск повертається назад, відпускаючи леєр. Виготовлення парашута. Парашут виготовляють двома способами. Перший спосіб показаний на рис. 77, а. З паперу вирізують викрійку довжиною 500 мм і шириною 250 мм і у вершини 30 мм. Потім тонку тканину розрізають за розміром викрійки. Заготовивши для купола парашута десять таких часточок, зшивають їх по довжині. По краях купола пришивають 10 строп, довжина яких дорівнює діаметру купола парашута. Стропи з'єднують зі складною сумкою парашута, яка знаходиться на спині «парашутиста». 71

Рис. 77. Парашути, що скидаються з повітряних зміїв: а - парашут з тканини; б - парашут з паперу Парашути з кольорової матерії, особливо при масовому запуску, виглядають ефектніше. Тому краще всього заздалегідь підібрати яскраві кольорові клапті і з них зшити парашути. Парашут складають в сумку і замикають шпилькою, що проходить через невеликі вушка. Булавка тонкою ниткою з'єднана з «листоношею. Сам «парашутист» підвішений до замка за допомогою колечка, пришитого до шолома. «Листоноша», вдаряється до ударника, відмикає замок, і «парашутист» падає вниз. Булавка вискакує з вушок, і парашут починає розкриватися. Для затяжних стрибків потрібно подовжити нитку, що йде від «листоноші» до «парашутиста». Можна з «листоношею» скидати одночасно кілька ляльок, підвішуючи їх до одного замка. В цьому випадку нитки для розкриття парашутів повинні бути короткими. Другий спосіб більш простий. Він дозволяє виготовити дуже багато парашутах з цигаркового або інший тонкого паперу. Для цієї мети беруть квадратний аркуш паперу розміром приблизно 250х х250 або 300X300 мм і складають по діагоналі на шістнадцять рівних частин (див. Рис. 77, б). Кінці складеного паперу обрізають ножицями. Перед виготовленням парашута бажано окропити папір з пульверизатора кольоровими чорнилом або тушшю. До парашута столярним, казеїновим або іншим клеєм приклеюють стропи з тонких ниток довжина, яких трохи більша діаметра парашута. До кінців строп прикріплюють невеликий грузик. Один з парашутом разом з обраним вантажем підкидають догори. Парашутик повинен опускатися плавно і 72

повільно. Якщо він опускається швидко, то вантаж занадто важкий, якщо він опускається повільно, то вантаж легкий. Паперові парашутики можна у великій кількості скидати з змія під час свят, демонстрацій тощо. Повітряний напад. Це одна з найбільш захоплюючих ігор зі зміями. Мета гри: розбити з повітря укріплені точки «противника». Для цього створюються дві групи. Кожна група складає бойовий екіпаж, причому один екіпаж нападає, а інший обороняється. Ще до початку гри встановлюють час для нападаючої сторони і розігрують жереб для визначення черговості. Під час гри ролі між екіпажами змінюються. Матеріальна частина кожного екіпажу включає в себе коробчатий повітряний змій, лебідку з леєром довжиною 150-200 м, «повітряний листоноша» і дві-три ляльки-«парашутистки», кілька іграшкових «бомб» різного призначення. «Бомби» виготовляють наступним чином. В пакетик з тонкого паперу насипають золу, терту крейду, охру або ще який-небудь кольоровий порошок. Колір порошку визначає призначення «бомби». Наприклад, крейдою начиняється «бомба» з шрапнеллю, охрою - хімічною, золою - фугасна. Скинута з «листоноші», до якого вона прив'язана ниткою, «бомба» розривається на будь-якій висоті, в залежності від довжини випущеної нитки. Падаючи вниз, «бомба» залишає в повітрі слід. Перед початком гри розмічаємо на землі укріплену фортецю, дорогу, міст, військові склади тощо. Розмічений майданчик повинен мати розміри 50x50 м. Нападник не повинен підходити ближче ніж на 150 м. Він висилає спостерігача-зв'язківця, що має право підходити до противнику на 50 м. у обов'язок спостерігача входить коригування стрільби, що дуже важливо у тому випадку, коли з місця запуску змія не видно цілі. У разі потрапляння «бомби» в коло зараховується очко. При підрахунку результатів «бою» посередником за кожне влучення в ціль нараховується 1 очко, за спуск «парашутиста» на територію противника - 2 очка. Екіпаж, який набрав більшу кількість очок, є переможцем. Підняття транспаранта. На тканини пишуть чітким шрифтом гасло. Розміри транспаранта і шрифту залежать головним чином від розміру змія і висоти його підйому. Цілком зрозуміло, що на змії невеликого розміру можна підняти великий транспарант. Після визначення загальної підйомної сили змія потрібно відняти від неї масу змія і леєра. За залишку корисної підйомної сили визначають масу, а значить, і розмір транспаранта. Розмір шрифту гасла повинен бути якомога більшим з тим, щоб його легко можна було прочитати з землі. Транспарант прив'язують іноді безпосередньо до змію або піднімають разом з «листоношею». 73

Рис. 78. Підйом транспаранта На кінцях тканини, щоб вона не згиналася, вшивають по одній поперечної планки. За верхню планку транспарант підвішують до змію або до «листоноші». (Рис. 78), до нижньої прив'язують дві нитки. Цими двома нитками запускають, утримують транспарант у вертикальному положенні. Транспарант можна писати і на товстому папері, але тоді по краях слід вшити міцні нитки, інакше порветься в польоті. Повітряна сирена. На рис. 79 подано докладне креслення пристрою сирени на парусному візку – «повітряному листоноші».

Рис. 79. Повітряна сирена, що встановлюється на «листоношу»: 1 - вітряк (крило з липи) - 2 шт .; 2 - конус (біла жерсть товщиною 0,3 мм); 3 храповик (біла жерсть); 4 - пружини дріт діаметрами 1,5 мм); 5 підшипник (дюралюмінієвий) - 2 шт .; 6 - рупор (фанера товщиною 1 мм) ,; 7 - обойма пружини (дюралюміній товщиною 1 мм, ставиться на алюмінієвих заклепках і паяется оловом); 8 - мембрана (жесть товщиною 0,3 мм); 9 75

притискне кільце 2X3 мм (бамбук, ставиться на клею); 10 - опорне кільце 2x5 мм (бамбук); 11 - вісь (сталевий дріт діаметром 2,5 мм, кінці розклепуються); 12 - диск діаметром 60 мм (фанера товщиною 2 мм); 13 смужка шириною 22 мм (фанера товщиною 1,5 мм); 14 - барабан; 15 парус; 16 - обмотка (нитка на клею) «Повітряний листоноша» з сиреною має вітрило, який при досягненні «листоношею» упору змія не відкидається назад і тому «листоноша» весь час знаходиться вгорі. Повітряний гвинт сирени обертається під дією вітру і обертає разом з собою барабан. Зубці барабана, відкидаючи сталевий дріт, змушують її битися в мембрану. Звук посилюється рупором, який можна зробити з тонкої фанери або картону. Сирену можна підняти і без вітрильної візки: для цього її потрібно зміцнити на леєрах до підйому в повітря. Велике значення має повітряний змій з сиреною при походах. При завершенні походу або просто при зборі повітряний змій з сиреною був незамінним сигналом.

V. РОЗРАХУНОК ПОЛЬОТУ ПОВІТРЯНОГО ЗМІЯ Аеродинаміка змія. Повітряний змій, як і планер, і літак, є літальним апаратом важчий за повітря. Основна причина, завдяки якій всі ці апарати піднімаються і тримаються на висоті, - рух повітря по відношенню до них. Різниця лише в тому, що літак рухається поступально і сам створює той зустрічний потік, що набігає повітря, який його підтримує, а змій піддається дії рухомого повітря (вітру) в нерухомому стані по відношенню до землі. Втім, якщо, наприклад, при відсутності вітру той хто запускає біжить, тримаючи в руці кінець леєра, або якщо прив'язати леєр до рухомого автомобіля, то змій також злітає, причому в цьому випадку його політ, по суті, вже нічим не відрізняється від польоту літака. Для полегшення розуміння аеродинамічних законів, що впливають на політ змія, можна уявити змій у вигляді прямокутної плоскої пластинки. Найскладніші повітряні змії в більшості є за своєю конструкцією поєднанням таких пластинок, розташованих один до одного під різними кутами. Для того щоб повітря могло підняти пластинку, вона повинна бути розташована під деяким кутом до потоку повітря (Рис. 80), горизонтально. Кут α, утворений платівкою і напрямком потоку повітря, називають кутом атаки.

Рис. 80. Схема дії сил на платівку: Р - підйомна сила; Q - лобовий опір; R рівнодіюча сил Р і Q .; α - кут атаки Потік повітря створює загальний тиск на платівку з силою R, спрямованої перпендикулярно платівці. Ця сила складається з двох сил лобового опору Q, що діє за напрямком руху повітря, і підйомної сили Р, що діє вертикально вгору, піднімає і утримує пластинку або змія в повітрі. Для того щоб змій тримався в повітрі, підйомна сила повинна бути рівною масі змія разом з леєром. Якщо підйомна сила менша за масу змія, то останній падає на землю або опускається, змінюючи кут атаки. Маса змія

позначається через т. Тепер можемо написати формулу Р = т. Підйомна сила повинна бути дорівнює масі змія. Величина підйомної сили залежить від швидкості вітру V, масової густини повітря ρ, рівній, приблизно 0,125, розміру площі змія S і кута атаки α. При дослідженні в аеродинамічній трубі встановлено, що між підйомною силою і перерахованими величинами існує залежність, що виражається наступною формулою: Р = Cy×ρ×SV2, де Су - коефіцієнт, що залежить від кута атаки α. При кутах атаки 10-15 ° (при яких літають змії) цей коефіцієнт дорівнює приблизно 0,32. Для подальших розрахунків зручніше спростити цю формулу, замінивши Су і ρ як постійні величини одним коефіцієнтом K. Су = 0,32; ρ = 0,125; тоді K = Су × ρ = 0,32 × 0,125 = 0,04, і формула підйомної сили прийме такий вигляд: Р = К × V2 S = 0,04 V2S. Так як Р = m, ми отримаємо просту формулу для розрахунку маси змія: m = 0,04V2S, (1) де V - швидкість вітру, м / с; S - площа змія, м2. Знаючи ці величини, ми можемо за формулою (1) визначити підйомну силу, або масу змія. Визначення сили вітру і навантаження змія Приклад 1. Визначити підйомну силу змія, що має площу S = 5 м2 при швидкості вітру V = 4 м / с. Замінимо значення букв у формулі (1) цифрами: m = 0,04 × 42 × 5 = 0,04 × 16 × 5 = 3,2 кг. Це означає, що даний вітер може підняти наш змій при повному завантаженні 3,2 кг. Якщо нам відома маса змія m і площа S, то ми можемо за формулою (1) визначити швидкість вітру V, при якій змій може піднятися. Вирішуючи формулу (1) як рівняння з невідомим V, отримаємо: Приклад 2. Визначити необхідну швидкість вітру для підйому змія, що важить разом з леером 3 кг і має площу 10 м2. Підставляючи в формулу (2) m = 3 кг і S = 10 м2, отримаємо Оскільки, то V = 5 × 0,55 = 2,75 м / с. Припустимо тепер, що ми маємо намір навантажити змій різними предметами масою б кг. Яка буде в цьому випадку необхідна швидкість вітру? Загальна маса змія буде m = 3 + 6 = 9 кг. За формулою (2) V = S√9 / 10 = 5 × 0,95 = 4,75 м / с. Дріб m / S, що стоїть під коренем у формулі (2), називається навантаженням р: р = m / S. 78

Навантаження показує, скільки кілограмів маси змія доводиться на 1 м2 його площі. Наприклад, якщо змій важить 3 кг, а площа його 10 м2, то навантаження дорівнює р = 3/10 = 0,3 кгс / м2. Формулу (2) тепер можемо написати так: V = 5√p. (3) З формули (3) видно, що необхідна швидкість вітру залежить безпосередньо і від навантаження змія і що два різних змія при одному і тому ж навантаженні будуть злітати при одній і тій же швидкості вітру. Щоб не займатися підрахунками перед кожним запуском змія, наводимо табл. 4, по якій можна відразу визначити можливе навантаження змія при будь-якій швидкості вітру. Цю таблицю потрібно переписати на дощечку (фанеру) і мати завжди при собі в поле. Заміривши швидкість вітру, визначають по таблиці навантаження, а знаючи площу змія, можна визначити і повну масу, яку він підніме. Таблиця 4. Залежність навантаження змія від швидкості вітру Швидкість вітру, м/с

навантаження змія, Швидкість кгс/м2 вітру, м/с

навантаження змія, кгс/м2

0,04

2,0

0,16

2,5

0,4

3,2

0,6

4,0

1,0

4,8

1,4

5,8

Визначення висоти польоту змія. У деяких випадках дуже важливо визначити висоту польоту змія. Роблять це за допомогою транспортира з фанери, вирізаного з ручкою, як у пістолета (Рис. 80). На транспортирі є дві мушки (або мушка і проріз прицілу) А-А і грузик В, вільно підвішений в точці О. Спираючись транспортир на штатив або іншу підставку, направляють лінію А-А на змій. Тоді вертикальна нитка покаже кут підйому змія (на рис. 81 він дорівнює 40 °).

Рис. 81. Визначення висоти польоту змія Потрібно знати і довжину відмотаного леєра. Перед підйомом через кожні 50 м або менше роблять позначку на леєрах, просмикуючи через леєр кольорову нитку і міцно зав'язуючи вузол (щоб уникнути зсуву). Висоту підйому моделі або змія легко визначають за графіком (Рис.81). Якщо, наприклад, кут підйому дорівнює 40 °, а довжина випущеного леєра 350 м, то на горизонтальній осі графіка (на шкалі транспортира) знаходять позначку 350 м і рухаються від неї по дузі до перетину з лінією кута 40 ° (див. пунктирну лінію) . Проводячи від місця перетину горизонтальну лінію наліво до перетину з покажчиком висоти підйому, знаходять там висоту 225 м. Проміжні величини кутів підйому, довжин леєра і висот підйому беруть приблизно.

Рис. 82. Графік для визначення висоти польоту змія Хороші підйомні якості змія при правильному виборі леєра забезпечують дуже незначне провисання останнього. Тому при розрахунку провисання можна не враховувати. Таким чином досягається лише орієнтовне визначення висоти, але для цілей запуску зміїв цієї точності цілком достатньо. Конструювання складних зміїв Майже у кожного авіамоделіста, після того як він навчиться робити літаючі моделі або змії за готовими кресленнями, з'являється бажання конструювати і винаходити самому. Але для того щоб винайти краще, необхідно знати існуючі конструкції, необхідно розібратися в їх позитивних і негативних якостях.

Описані вище конструкції зміїв Коді-Сакконея і Харграва настільки вдалі, що основні елементи їх містяться майже в кожній з сучасних конструкцій. До конструкцій зміїв пред'являються наступні основні вимоги: • змій повинен бути досить міцним і жорстким. Необхідно врахувати, що тиск на несучу поверхню змія при середній швидкості вітру 7-8 м / с доходить до 2 кгс / м2. Крім того, змій під дією вітру в польоті не повинен складатися; • змій повинен бути досить легким. Бажано, щоб його навантаження не перевищувала 0,3-0,4 кгс / м2, тоді змій може літати при вітрах зі швидкістю 3-4 м / с. Змій з малим навантаженням здатний підніматися на велику висоту, ніж змій з великим навантаженням; • змій повинен бути портативним, легко збиратися і розбиратися, в зібраному вигляді має займати невелике місце для зберігання, бути зручним в перевезенні і перенесенні. Всі ці вимоги може задовольнити м'яка, але одночасно міцна і тонка плоска пластинка. Її можна згортати в трубку, і в той же час вона витримує великі навантаження до розриву. Матеріалом для плоского змія служать звичайні тканини, а спеціальні змії будуються з синтетичної або прогумованої тканини. Найвигідніші форми поєднання пластинок. При практичних запусках повітряних коробчатих зміїв і при дослідженні в аеродинамічних трубах встановлено, що у звичайного змія, наприклад конструкції Харграва, задні несучі площини коробок використовуються в польоті тільки на 70-75%. Це є результатом шкідливого впливу завихрень повітря, що утворюються на передніх несучих площинах і шкідливо діють на задні площини. Конструктори для зменшення дії завихрень і для збільшення підйомної сили як одне з серйозних удосконалень вводять винос задніх площин коробок змія (Рис. 83), т. Е. Коробчатий змій робиться так, щоб його задні несучі площини Б-Б були вище, ніж передні А -А.

Мал. 83. Різні кути виносу у зміїв: А-А - передня площина: Б-Б - задня площину Випробування показали, що чим більше робиться кут виносу, тим більша створюється підйомна сила, а лобовий опір зростає незначно. Незважаючи на очевидну вигоду найбільшого виносу, конструктивні вимоги змушують обмежитися. При збільшенні виносу задньої площини центр ваги змія переноситься до його вершини, а з центром тяжкості змія пов'язано місце прив'язі і напрямок вуздечки. Надмірний винос з задніх площин коробок значно ускладнює конструкцію. Практично встановлено, що кут виносу доцільно робити в межах від 15 до 45 °. Зменшення навантаження змія. Вище було зазначено, що чим менше навантаження змія (відношення маси змія до його несучої площі), тим менша швидкість вітру потрібно для його підйому. Щоб зменшити навантаження, зазвичай підбирають найбільш легкі матеріали для каркаса і обтягування, а лонжерони виготовляють мінімального перетину. Але надмірне полегшення каркаса в більшості випадків веде до зниження міцності змія. Можна домогтися зниження навантаження без зменшення міцності шляхом збільшення площі змія за рахунок додавання компенсаторів. Компенсатори мають форми прямокутника, трапеції, двох трикутників тощо. (Рис. 84).

Рис. 84. Компенсатори в формі: а - прямокутника; б - трикутника; в трапеції; г - двох трикутників Практика і дослідження в аеродинамічних трубах показали, що компенсатори значно покращують аеродинамічні якості змія. Під час продування в аеродинамічній трубі моделі змія з компенсаторами виявилося, що: • найбільша ефективність змія була при польотному куті атаки, що дорівнює 20-25 °; • компенсатор доцільно встановлювати зверху (мається на увазі, що змій лежить попереду несучої площі на горизонтальній поверхні); • компенсатор в формі трикутника значно збільшує підйомну силу змія. На стійкість змія в польоті значний вплив мають місце прив'язі вуздечки (щодо центра ваги змія), а також форма і конструкція змія.

Рис. 85. Кріплення леєра до змія: а - плоского; б - коробчатого На рис. 85 показана схема сил, що діють на повітряні змії. Тут А-В поверхня змія; З - центр ваги (узятий в середині, але він може перебувати в залежності від конструкції і в іншому місці); Про - центр опору; а - кут нахилу поверхні змія до напрямку вітру, або кут атаки; АСВ - вуздечка змія і СТ - леєр. На змія діють сили: G - сила тяжіння, спрямована перпендикулярно до землі і прикладена в центрі ваги змія, в даному випадку посередині, R - повна сила опору повітря, спрямована перпендикулярно до АВ і лежить приблизно на 1/3 довжини змія, вважаючи від верхньої кромки. Перенісши перші дві сили по їх напрямку в точку К і побудувавши по ним паралелограм, отримаємо їх рівнодіюча силу Gp. Сила Gp буде прагнути забрати змій в повітря. Для протидії цьому до змію потрібно прикласти силу, рівну Gр, але діючу в зворотну сторону. Така сила створюється натягом леєра. Тому потрібно вуздечку помістити, так, щоб сила натягу леєра Т 85

лежала на одній лінії з силою Gp. Якщо цього не буде, то змій сам змінить кут атаки і повернеться. Зі зміною центра тяжіння змія змінеться і місце роз положення вуздечки, томущо рівносила Gp займе нове положення. При зміні сили вітру зміниться і сила R, що, в свою чергу, викличе необхідність зміни направлення леєра. За формулою (1) визначається сила Р - вона дорівнює силі тяжіння G. Сила Q (сила лобового опору) при льотних кутах атаки 10-15 ° приблизно в два рази менше сили Р. Накресливши в масштабі сили Р і Q, будують паралелограм і знаходять силу R (загальний опір змія). Довжина строп вуздечки визначається практично. Для визначення напрямку леєра і пристрої вуздечки у коробчатого змія слід в масштабі накреслити його бічну проекцію (див. Рис. 85, б). Якщо такий змій має однакові коробки і рівні перетину лонжеронів, то центр ваги його буде в середині лінії АВ. Центр тиску буде лежати також приблизно на 1/3 висоти коробки. За таким принципом знаходять напрям і місце прив'язі вуздечки. Прив'язні літаки Крім описаних вище конструкцій повітряних зміїв існують ще так звані прив'язні літаки. Прив'язний літак, за своєю формою схожий на справжній, стійкий в повітрі. Єдиний недолік прив'язного літака - досить значні розміри. Прив'язні літаки поділяються на моноплани (Рис. 86, а) і біплани. Вони мають фюзеляж, крило, тощо. Все те, що має справжній літак (крім двигуна). Тому прив'язний літак в більшій мірі відповідає навчальним вимогам, ніж звичайний коробчатий змій. Він значно швидше наближає авіамоделіста до можливості вивчення планера і літака, ніж повітряний змій.

Рис. 86. Прив'язний літак-моноплан: а - загальний вигляд; б - набір крила; в вузол кріплення стійок до лонжеронів фюзеляжу 87

З чого виготовляють прив'язні літаки? Найбільше для побудови каркасу підходять пластмасові і дюралюмінієві трубки, а також соснові рейки, а для обтягування – синтетична або звичайна тканина. Каркас повинен бути виготовлений по можливості з тонких рейок, товщина яких залежить, перш за все, від якості матеріалу. Чим краще матеріал, тим більш тонкі рейки можна виготовити. З'єднують рейки між собою на клею з цвяхами. Для забезпечення більшої міцності місця з'єднання підсилюють накладками зі шматочків фанери. На рис. 38, б дано з'єднання лонжерона з розпірні рейками, на рис. 38, в - з'єднання крайок крила з нервюрами. Моноплан. Представлений на рис. 86 прив'язний літак відрізняється хорошими польотні якості, особливо при рівномірному вітрі, швидкість якого 6-9 м / с. Незважаючи на свою легкість, моноплан здатний витримати багато польотів при сильних поривах вітру. Основні його дані: загальна довжина 3,4 м, розмах крил 2,4 м, навантаження 0,9 кгс / м 2. Для більш зручного зберігання моноплана несучі поверхні робляться розбірними. Ще менше місця для зберігання вимагає прив'язний літак з вузьким фюзеляжем, схожий на планер. При сильному вітрі зручніший прив'язний літак з малою площею несучих площин. Але було б неправильно для цієї мети зменшувати масштаб літака. Навпаки, слід зберегти розмах крила, довжину фюзеляжу, але в той же час зробити несучі поверхні вужчими і зменшити поверхню стабілізатора. Співвідношення ширини крила (хорди) до розмаху крил слід взяти приблизно 1: 6 або 1: 8. Чим на більш сильний вітер розрахований прив'язний літак, тим вже повинні бути крила. Прив'язний літак з меншою несучою поверхнею має велике навантаження на 1 м2 і тримає себе стійкіше при сильному вітрі, ніж прив'язний літак з меншим навантаженням. При однаковому навантаженні у прив'язного літака більшого розміру стійкість більше, ніж у меншого. Плоскі несучі поверхні при сильному вітрі менш придатні. Найкраще зробити для цієї мети прив'язний літак з профільованими площинами. Біплан. Додаванням другої несучої поверхні до моноплана перетворює його в біплан (Рис. 87), який має менше навантаження, ніж моноплан. Це дає біплану можливість піднімати більший вантаж. Біплан через менше навантаження не вимагає для свого підйому такого сильного вітру, як моноплан. Величини і форми стабілізатора відповідають площі крил і робляться такими, щоб забезпечити необхідний інсталяційний кут атаки.

Рис.87. Прив'язний літак-біплан Біплан повинен мати такі дані; довжину 2,7 м, розмах крил 2,3 м, яка несе площа 2,5 м2, навантаження 0,8 кгс / м2. Найкраще літають прив'язні літаки із загальною довжиною фюзеляжу від 3,4 до 4,5 м. Будувати фюзеляж коротше ніж 1,8 м не рекомендується. При підйомі прив'язного літака слід уникати близькості будинків або дерев, так як повітряний потік у таких перешкодах утворює шквали, що ускладнює старт і посадку. Слід уникати і безпосередній близькості проводів. Старт проводиться так само, як і звичайного змія. Прив'язний літак беруть за фюзеляж поблизу центра ваги, що визначається шляхом балансування, і тримають його похило проти вітру. Якщо в результаті занадто слабкий вітер прив'язний літак не піднімається, запуск припиняти не слід. Потрібно розгорнути леєр подвійної довжини і швидким бігом проти вітру спробувати підняти прив'язний літак на якомога більшу висоту, де зазвичай буває сильніший вітер. Посадка прив'язного літака. Найкраще посадити прив'язний літак тоді, коли він знаходиться на невеликій висоті під досить великим кутом. Потрібно прив'язний літак притягнути до землі і тримати його міцно 89

попереду у головній частині. Ловлять літак у задній частині фюзеляжу. Якщо посадка при сильному вітрі утруднена, потрібно побігти з леєром швидко назустріч прив'язному літаку; натиск вітру впаде, і літак знизиться. Перед початком роботи над моделлю кожен учень має ознайомитися з конструкцією повітряного змія, призначенням вузлів, деталей, аеродинамічними характеристиками. Усі моделі необхідно виготовляти за рисунками, ескізами та кресленнями. Література 1.

Драчинський А. Г. Повітряні змії. — Полтава: Технічна творчість, 2005.-с. 228.

Александрович М. «Змій-стриж». // Левша. — 2005. — № 1. — С. 6-7.

Алешкин. В. В небе - «парафлекс». // Левша. — 1993. — № 6. — С. 6.

Возвращение к бумерангу // Моделист-конструктор. — 1997. — № 6. — С.20.

Гаєвський О. К. Авіамоделювання. — М.: ДОСААФ, 1994.-с.173

Дельталет на привязи // Моделист-конструктор. — 1998. — № 7. — С. 24-28.

Зверик А. Стартует змей-ракета. — Юньш техник. — 1993. — № 1. — С. 64-66.

9. Рожков В. С. Строим летающие модели. — М.: Патриот, 1990, — С. 159. 10 . Програми з позашкільної освіти. Науково – технічний напрям. – К: Грамота, 2007, с. 359. 11. Концепція профільного навчання в старшій школі. 12. Положення про елективні курси допрофільної підготовки та профільного навчання.