Возраст: 13 лет
Место учебы: МБОУ “ Школа- гимназия №10”им. Э. К. Покровского г. Симферополя, Республика Крым, Российская Федерация
Руководитель: Кривощеков Роман Витальевич, методист физико- математического отдела ПДО ГБОУ ДО Республика Крым МАН “ Искатель”, г. Симферополя
Историко- исследовательская работа на тему:
Воздушные змеи: детские забавы или практическая аэронавтика?
План
1 Введение
2 История возникновения и применения воздушных змеев
3 Почему и как летает воздушный змей?
4 Виды воздушных змеев
6 Список использованной литературы
Введение
Многие родители, покупая своим детям воздушного змея, даже не догадываются, что изготовление и запуск воздушных змеев с одной стороны- детская забава, привлекающая к себе людей всех возрастов, с другой- увлечение, способствующее развитию наблюдательности, смекалки и творческого потенциала. И на первый взгляд такая простая и обычная для нас игрушка, не совсем уж проста, как может показаться.
Цель работы - изучить воздушный змей, как летательный аппарат, определить области применения, сконструировать и запустить воздушный змей.
Задачи: - изучить историю возникновения воздушных змеев;
Выяснить виды и области их применения;
Выяснить, почему и как летает змей;
Сконструировать змей и испытать его.
История возникновения и применения воздушных змеев
История воздушных змеев берет свое начало еще во времена древнего Китая и насчитывает, как минимум, 2000 лет. История происхождения воздушного змея основывается, прежде всего, на преданиях и легендах, т.к. материалы из которых изготавливали змеев (дерево, бумага, ткань, листья и ветки деревьев) разрушались довольно быстро. Самые старые археологические находки насчитывают около 200 лет.
Змеи строились в виде бабочек, птиц, рыб, жуков, которые раскрашивались в яркие цвета. Наиболее распространен был змей- дракон, похожий на полукрокодила - полузмею.
В более позднее время воздушные змеи стали строить в виде плоских рамок, обтянутых бумагой или тканью. Они уже ничем не напоминали сказочного змея, но название сохранилось до наших дней.
С самого начала своего существования воздушный змей применяли в трех основных направлениях - военные действия, обряды и быт. Применение змея в военных целях сводилось в первую очередь к измерению расстояния до вражеских объектов и устрашению врагов. В истории России тоже есть упоминания о воздушных змеях: в 906 году, во время взятия Царьграда, князь Олег приказал сделать много воздушных змеев в виде всадников и пеших воинов, чтобы внушить ужас защитникам города: они вдруг увидели, что на них с неба спускается несметное русское воинство.
Использовали воздушные змеи и в обрядах. Считалось, что немного приблизившись к небу, где жили боги и, привлекая их внимание своей яркой внешностью, было больше шансов обратить внимание богов на молитвы людей. Так, например, запуская змея, отпугивали нечисть и защищали от злых сил, болезней, просили богатый урожай.
Также воздушные змеи использовались в Азии для ловли рыбы, отпугивания птиц от зерновых культур, для поднятия строительных материалов к вершинам зданий, ну, и конечно, в качестве игрушек.
Приглядывались к этой детской игрушке и ученые. Знаменитый физик, математик и астроном Леонард Эйлер писал: “ Воздушный змей, детская игрушка, пренебрегаемая взрослыми, будет когда-нибудь предметом глубоких исследований”. И он не ошибся. Еще в 1749 году шотландский астроном А. Вильсон поднял на змее термометр для измерения температуры воздуха на высоте. Знаменитый американский ученый Б. Франклин с помощью воздушных змеев проводил исследования атмосферного электричества и доказал, что молния при грозе- не что иное, как электрический разряд огромной силы. Открыв в результате этих исследований электрическую природу молний, Франклин изобрел громоотвод.
Великий русский ученый Михаил Ломоносов тоже строил воздушные змеи для исследования электричества в атмосфере. 26 июня 1753 года Ломоносов “ при помощи змея извлек молнию из облаков”. Он запустил воздушный змей в грозу и по бечевке, используемой как проводник, извлек разряд статического электричества. Эти опыты едва не стоили ему жизни, а вот его последователь академик Рихман был убит разрядом электричества.
В 19 веке воздушные змеи также широко применялись для метеорологических наблюдений. В начале 20 века воздушные змеи внесли свою лепту в создание радио. А.С. Попов использовал змеи для подъема антенн на значительную высоту. Важно отметить использование воздушных змеев при разработке первых самолетов. В частности, А.Ф. Можайский, прежде чем начать строительство своего самолета, провел серию испытаний с воздушными змеями. На основании результатов этих испытаний были выбраны размеры самолета, которые должны были обеспечить ему достаточную подъемную 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 времена первой мировой войны войска различных стран применяли змеи для поднятия на высоту наблюдателей- корректировщиков артиллерийского огня, разведки вражеских позиций. Воздушные змеи использовались и на фронтах Великой Отечественной войны. Например, с их помощью наши бойцы разбрасывали листовки.
В послевоенные годы воздушные змеи стали увлекательным занятием для школьников. Но наряду с этим их еще часто применяют в области метеорологии для исследований и наблюдений нижних слоев атмосферы. Коробчатые змеи поднимают приборы, записывающие температуру, давление, влажность воздуха и направление ветра на высоте. В далекой Антарктиде наши ученые широко использовали змеи для изучения атмосферы до высоты примерно 1000 м.
В настоящее время воздушные змеи не то, чтобы не забыты, они живут полноценной, активной жизнью. Воздушные змеи помогают метеорологам в изучении верхних слоев атмосферы. На змее можно укрепить не только барометр и термометр, но и фото- и видеоаппаратуру, впоследствии используя полученные данные для топографических карт. Использование воздушного змея в таких целях значительно выгоднее, проще и дешевле, чем привлекать тяжелую летную технику. Также радиолюбители как и 100 лет назад, так и сейчас используют воздушного змея для получения устойчивого сигнала.
У воздушного змея есть и свой праздник. Ежегодно во второе воскресенье октября во всем мире празднуется Всемирный день воздушного змея.
Почему и как летает воздушный змей?
Воздушный змей принадлежит к летательным аппаратам тяжелее воздуха. Почему же змей поднимается и что удерживает его на высоте? Основное условие для этого - движение воздуха относительно змея. Скорость и направление ветра постоянно меняются. Не только горы, но и дома, мосты, строения, деревья отклоняют ветер у поверхности земли от его горизонтального направления. Так как же взлетает воздушный змей? Ответить на этот вопрос поможет упрощенный чертеж. Пусть линия АВ изображает разрез плоского змея, а - угол к набегающему потоку ветра. Рассмотрим, какие силы действуют на змей в полете. На взлете плотная масса воздуха препятствует движению змея, то есть оказывает на него некоторое давление. Обозначим силу давления F1 . Теперь построим параллелограмм сил и разложим силу F1 на две составляющие- F2 и F3. Сила F2 толкает змей на нас, а это значит, что при подъеме она снижает его первоначальную горизонтальную скорость. Следовательно, это сила сопротивления. Другая сила F3 увлекает змей вверх, это подъемная сила.
Поднимая змей в воздух, мы как бы искусственно увеличиваем силу давления F1 на поверхность змея. Но сила F1, как мы уже знаем, раскладывается на две составляющие: F2 и F3. Масса модели постоянна, а действию силы F2 препятствует леер. Значит, увеличивается подъемная сила- змей взлетает. Известно, что скорость ветра с высотой возрастает, ведь чем выше от земли, тем меньше предметов, которые препятствовали бы его движению. Вот почему при запуске стараются поднять змей на такую высоту, где ветер мог бы его поддержать.
Виды воздушных змеев
Все воздушные змеи можно разделить на две основные группы: неуправляемые и управляемые.
К неуправляемым относятся привычные всем воздушные змеи, которые, будучи подняты в небо, находятся там примерно в одной и той же точке, и влияние на перемещение которых, может оказать только набегающий поток воздуха.
Простейшие неуправляемые змеи- плоские. Родоначальники всех воздушных змеев, они обладают плоским каркасом. Стабилизация достигается за счёт формы змея, воздушных потоков в парусе, хвостов. В качестве примера можно привести русский змей, индийский змей, змей “ звезда”, змей с дельтакрылом.
Изогнутые воздушные змеи имеют поперечный изгиб в конструкции, который позволяет им быть более устойчивыми по сравнению с плоскими змеями, избавляет от необходимости использовать для стабилизации хвост, следовательно улучшает ветровой диапазон змея. Изгиб в конструкции достигается или за счёт специально изогнутого соединительного элемента, или за счёт натягивания поперечных элементов каркаса наподобие лука.
Познакомившись с конструкциями плоских змеев мы узнали, что ни длина, ни ширина большинства плоских змеев не превышают 1 м. Почему так? Чтобы ответить на этот вопрос, надо рассмотреть два важных параметра: подъемную силу и прочность змея. Плоский змей с большим размахом крыльев сделать трудно, существенно не увеличивая прочность его элементов. Но увеличение прочности приводит к увеличению ширины и толщины конструкционных элементов каркаса, что сказывается на массе змея. Беспредельно увеличивать массу нельзя- наступает момент, когда уже подъемной силы недостаточно для взлета змея. Изобретатели попытались обойти это противоречие. Так появились коробчатые змеи, прочность которых много выше прочности плоских змеев.
Коробчатые змеи. Воздушные змеи данной группы обладают пространственным каркасом, они по-настоящему трёхмерны, также за счёт каркаса ещё больше возрастает устойчивость, а увеличение рабочих плоскостей влечёт за собой увеличение подъёмной силы. Хорошо всем известны такие воздушные змеи, названые по имени их конструкторов, как змей Хараграва, змей Поттера.
Нежесткие змеи. Это гибридная группа змеев, основное отличие которой заключается в том, что форма принимается за счёт набегающего потока воздуха. При этом в конструкции всё-таки применяются отдельные жёсткие и полужёсткие элементы каркаса.
Бескаркасные змеи. Форма, принимаемая за счёт проникающего внутрь змея воздуха, и полное отсутствие каркаса как такового — отличительные признаки этой группы. Главными достоинством является полная свобода в размерах и форме воздушного змея, малый вес.
К управляемым воздушным змеям относятся змеи,полётом которых можно управлять за счёт наличия двух и более строп.
Двухстропные. Воздушные, так называемые спортивные или пилотажные, змеи обычно треугольной (дельтавидной) формы с двумя стропами, по одной в каждую руку. За счёт строп возможно управление направлением полёта этого змея. Кроме того за счёт конструкции воздушный змей способен осуществлять манёвры не только в двух плоскостях относительно пилота, но и в третьей плоскости.
Четырехстропные. Четыре стропы, прикреплённые к двум ручкам, позволяют полностью контролировать угол атаки этих воздушных змеев. Под управлением пилота змей способен лететь в любом направлении, вращаться и останавливаться в любой точке ветрового окна.
Бескаркасные. В этой категории управляемых змеев находятся змеи, предназначенные для буксировки, они могут быть двух- и четырёхстропными. Форму парус принимает как за счёт набегающего потока, так и за счёт каркаса, сформированного сжатым воздухом. Основное предназначение — буксировка человека.
Мы рассмотрели основные типы воздушных змеев, но есть змеи, которые по конструкции и применяемым материалам отличаются от них. Рассмотрим некоторые из них.
Змеи по принципу АВП . Известно, что аппараты на воздушной подушке (АВП) приподнимаются благодаря разности давлений: под днищем давление всегда больше, чем сверху. А устойчивость аппарата создается особым устройством, равномерно распределяющим поток газа по всему периметру. По такому принципу могут летать и змеи.
Змей- парашют. Воздушный поток ударяет в слегка наклоненный купол парашюта и поднимает его вверх. Для стабилизации полета к змею- парашюту прикрепляют хвост, а в центре под куполом закреплена телескопическая трубка. Она служит одновременно и жестким каркасом, и регулятором положения центра тяжести модели.
Змей- диск. Форма такого змея придает неплохую устойчивость в полете. Модель очень похожа на два невысоких конуса, сложенных вместе. Конструкция дополнена килем, а также небольшим грузиком, смещающим центр тяжести вниз и таким образом увеличивающим устойчивость аппарата, и отверстием в нижней части обшивки. Это отверстие позволяет использовать те перепады давления, которые создаются при сильных порывах ветра.
Змеи- вертушки. Вертушки, вращаясь под действием набегающего потока воздуха создают не только поверхность, играющую ту же ролью что и плоскость коробчатого или плоского змея, а и благодаря углу атаки с их помощью создается дополнительная подъемная сила. Это позволяет при прочих равных условиях делать змеев меньших размеров.
Змей- вертолет. В городе бывает трудно найти большую открытую площадку, где можно было бы свободно разбежаться с воздушным змеем. Змей- вертолет не требует много места для своего запуска, и непогода ему не помеха.
Змеи с диффузорами . Змей такого типа мы решили построить и испытать. Конструкция такого змея очень проста. Две рейки скреплены в центре крест- накрест и связаны по краям прочной нитью. Обшивкой змея служит не продуваемая плащевая ткань, на которую прикреплен диффузор из этой же ткани(фото 1). Мы запустили наш змей на школьном стадионе. (фото 2). Движущийся по диффузору со все возрастающей скоростью воздух, увеличивает скорость змея, а еще, что более существенно, придает ему дополнительную устойчивость в полете(фото 3,4,5).
фото 1 
фото 2
фото 3 
фото 4 
фото 5
Выводы
На основании проведенных мной исследований я пришел к следующим выводам:
1 Воздушный змей имеет многовековую историю. Их строили из разных материалов и придавали им различные формы.
2 Применение и использование воздушного змея была очень разнообразна: в военных действиях, обрядах, быту, а также для изучения физических явлений. Ну и конечно, его всегда использовали как детскую игрушку.
3 В наши дни змей не используют для оборонного значения и в научных исследованиях его роль не очень значительна, но для людей, заинтересованных в аэронавтики, он помогает понять основные принципы полета всех летательных аппаратов.
Поэтому можно с уверенностью утверждать, что такая детская забава, как воздушный змей, является, прежде всего, примером практической аэронавтики.
Список использованной литературы
- www.kite.ru/news/kitestaff/the-kite-story.php
Ермаков А.М. Простейшие авиамодели: Книга для учащихся 5-8 классов. — М.: Просвещение, 1984. — 160 с.: ил.
Заворотов В.А. От идеи до модели: Книга для учащихся 4-8 классов.- М., Просвещение, 1988.- 160 с.: ил. — (Сделай сам).
Перельман Я.И. Занимательная физика. Книга первая.-М.: Наука, 1976. - 224с.:ил.
prokite.ru/kites/tipyi-vozdushnyih-zmeev/
Возможно, кайты впервые появились в Микронезии, Полинезии и Меланезии. Там до сих пор кайты, изготовленные из листьев, традиционно используются для рыбной ловли. Рыбак в каноэ гребет себе подальше от берега с кайтом высоко летящим над водой. От кайта идет веревка с приманкой, изготовленной из паутины, волочащейся по воде. Тень кайта напоминает большую кормящуюся птицу, а приманка - небольшую летающую рыбку. Это привлекает мелкоротую маленькую (но вкусную) рыбу-иглу, которая атакует приманку, и запутывается в паутине. Рыбак сматывает веревку, снимает рыбку, и запускает кайт снова. Хороший рыбак с помощью одного кайта и приманки может наловить достаточно много рыбы.
У полинезийцев есть миф о двух братьях – богах, открывших людям кайт, в то время как они затеяли кайтовую дуэль между собою. Победивший брат поднял свой кайт выше кайта брата. До сих пор на островах Полинезии проводятся соревнования, где выше всех летающий кайт посвящается богам.
Точная дата появления или происхождения кайта неизвестна, однако считается, что змеи запускались над Китаем более 3 тысячелетий назад, что было подтверждено археологами, которые нашли останки древнего «летающего» артефакта! Были найдены материалы, из которых они изготавливались: бамбуковый остов и шелк для паруса, веревки. Но вероятно, что более ранние модели изготавливали из бумаги!
Согласно европейским историческим слухам, в Европе изобретение воздушных змеев приписывается греческому учёному, философу Архиту (Archytas), который, около 400 года до н.э., сконструировал деревянную птицу, основываясь на исследованиях полетов птиц. Называлась она «механический голубь».
В 200 г. до н.э. китайский генерал Хань Цинь из династии Хань запустил кайт над стенами осажденного им города для оценки того, насколько далеко придется рыть туннель, чтобы зайти за оборонительные ряды, исходя из реакции последних. Получив эту информацию, он успешно осуществил свой замысел, застав противника врасплох.
Ранние китайские кайты были далеко не игрушками, это были кайты, предназначенные для военных целей. Исторические летописи свидетельствуют, что они отличались большим размером. Некоторые из них были способны поднимать в воздух людей для наблюдения за передвижениями противника, другие же использовались для разброса пропагандистских листовок над неприятельскими рядами. Согласно книге «Летопись Странных Событий», когда император Ксяо Янь из династии Лиань был окружен повстанцами под предводительством Хоу Джинга, возле города Тайченг, он смог с помощью кайта послать сигнал с просьбой о помощи.
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, снаряженных звуковыми устройствами. Воздушные змеи были сделаны из бамбука, бумаги и шелка. Глубокой ночью эти воздушные змеи летали прямо над головами армии противников, которые, услышав загадочные завывания в небе, устрашенные гневом «богов» бежали с поля битвы!
Во времена династии Тань к кайтам стали приделывать куски бамбука. В полете они начинали вибрировать и звенеть подобно струнному инструменту (по-китайски "Жень"). С тех пор кайты в Китае стали еще называть «Фень Жень», то есть «струны ветра». Сегодня в некоторых районах страны на кайты приделывают шелковые струны или резиновые полоски, издающие под воздействием ветра приятный для слуха звон.
В древней Китайской хронике сохранилась запись об энтузиасте змее-ракетчике мандарине Ван Гу. Он построил два больших воздушных «змея» с 47 ракетами, а между ними приделал сиденье. Усевшись на него, он приказал слугам поджечь ракеты и... взлетел на воздух. Но не в том смысле взлетел, что улетел, а в том, что взорвался. Пусть мандарин был безрассуден, но он был прекрасен в своем безрассудстве, в своем нетерпеливом желании подняться в небо хоть и на воздушном змее. И люди не забыли Ван Гу. Его именем назван кратер, который разглядела советская автоматическая станция «Зонд-3» на обратной стороне Луны. Он лежит почти точно в центре невидимого нам лунного диска.
Культура пилотирования воздушных змеев, с помощью торговцев распространилась и в соседние Японию, Корею и Индию, где приобрела свои специфические и культурологические особенности. Около 600 года, во времена правления корейской династии Силла, генерал Джим Ю Син отдал своим солдатам приказ о подавлении мятежа. Однако те отказались его выполнять, так как незадолго до этого видели на небе комету, и восприняли это как дурной знак. Для восстановления управляемости армией генерал прибег к следующей хитрости: он запустил на кайте зажигательное ядро, имитировав «возвращение» кометы. Солдаты, увидев это, бросились в бой и разгромили мятежников.
В Японию кайты были завезены буддийскими монахами. Они использовали их для отпугивания злых духов и привлечения богатых урожаев. В период правления династии Эдо пилотирование кайтов приобрело в Японии необычайную популярность. Впервые японцам ниже самурайского класса было позволено запускать воздушные змеи. Городское управление Эдо (нынешний Токио) безуспешно пыталось отговорить население от этого «повального, пагубно влияющего на работу» увлечения. Даже в современном японском языке есть такое понятие как «помешанный на кайтах» или «кайто-маньяк». Рассказывается также такая история. Около 300 лет назад один авантюрист попытался залететь с помощью большого змея на крышу Нагойского замка, и украсть с нее золотую статую. Украсть ее ему не удалось, но он сорвал с нее несколько золотых чешуек. Вместо того чтобы молчать, он без устали хвастал о своей дерзкой выходке. За что, в конце концов, был схвачен и сурово наказан. Он и его семья были сварены в масле.
Не смотря на то, что японцы очень много позаимствовали из китайской культуры, их кайт-дизайн и кайтовые традиции сильно отличаются. Так, с самых давних времен они использовали кайты для чисто практических целей. К примеру, при строительстве гробниц и храмов использовались большие кайты для поднятия на крыши черепицы и других материалов.
В Японии “золотым веком” воздушных змеев поистине считается период Хэйан (1603-1868). До этого времени цены на бумагу были такими высокими, что только высшее сословие могло позволить себе развлекаться с воздушными змеями. Считалось также, что змеи могут отгонять злых духов. Для этого на них изображали демонов, лица которых зачастую были украшены длинными высунутыми языками.
Первое упоминание о русском воздушном змее появилось в летописи, которая описывала событие из русской истории. В 906 г. киевский князь Олег при осаде Царьграда (Константинополя) использовал для устрашения неприятеля поднятых в воздух "коней и людей бумажных, вооруженных и позлащенных", т.е. фигурных воздушных змеев.
В 105 году н.э. римляне запускали украшенные тканевые флюгеры как военные флаги (сейчас их называют ветровыми носками). Обычно они по форме были похожи на вытянутых животных с широкими открытыми ртами и поднимались на шестах, это позволяло воздушному змею попасть в потоки ветра. Ниспадающий цилиндрический хвост такого воздушного змея из ткани, извивающийся как туловище змеи, придавал «змеиным» наездникам уверенности в себе и создавал им более устрашающий вид, который был способен навести страх на врага. В добавок, подобные воздушные змеи указывали стрельцам направление и силу ветра. Любопытные записи в старинных византийских рукописях рассказывают о практических применениях воздушных змеев в военных целях. Так, 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. В книге Вольтера Мелиме, «Нобилитатибус», (1346 г.) есть иллюстрации, на которых изображаются различные «ветряные мешки» (носки) для бомбометания ядер с целью устрашения противника. Как мы видим из другой книги – «Рокуэль де Машинс», 1430 г., автор Конрад Киссер – в конце концов, в результате эволюции, воздушные змеи стали напоминать длинный плоский кайт. Этот летающий дракон и распространился по всей Европе.
Самое раннее свидетельство полета индийского кайта обнаруживается на расписных миниатюрах, датированных периодом правления Моголов, около 1500 года. Излюбленной их темой был молодой человек, искусно владеющий пилотированием воздушного змея для заброски посланий своей возлюбленной, находящейся под строжайшим домашним арестом.
Марко Поло доставил истории о кайтах в Европу в конце 13 века. В 15 веке Леонардо Да Винчи, в рамках изучения летательных аппаратов экспериментировал и с кайтами. Он разработал систему соединения двух обрывов ущелья с помощью кайта, что в последствии было осуществлено на практике через столетья при строительстве моста у Ниагарского водопада. В 1756 г. знаменитый математик Л. Эйлер написал следующие строки: «Воздушный змей, эта игрушка для детей, презираемая учеными, может, однако, заставить глубоко над собой задуматься». В 18 -19 веках кайты стали использоваться в качестве транспортных средств и практических инструментов в научных изысканиях. Люди подобные Бенджамину Франклину и Александру Вильсону использовали свои знания о кайтах для изучения ветра и погоды. Джордж Кейли, Самюэль Ленгли, Лоренс Харгрейв, Александр Белл, и братья Райт – все экспериментировали с кайтами, и внесли свой вклад в развитие самолетостроения. Погодная служба США запускала кайты, сконструированные Вильямом Эдди и Лоренсом Харгрейвом, для поднятия в воздух метеорологических приборов и фотоаппаратуры. Михаил Ломоносов тоже строил воздушных змеев – для исследования электричества в атмосфере. Его последователь Георг Вильгельм Рихман, во время такого опыта 26 июля 1753 года, был убит разрядом атмосферного электричества. Ломоносов, однако, и после этого отважился продолжать свои опыты. Змеи в то время были плоские, не очень устойчивые, хотя делали их для научных целей значительных размеров, площадью в несколько квадратных метров.
Одним из самых странных применений буксировочных кайтов были разработки школьного учителя Джорджа Покока. В 1822 г. он использовал пару кайтов для тяги коляски на скорости порядка 20 миль/час. Некоторые из его кайтпоездок, как запротоколировано в документах, превышали 100 миль. A так как дорожные пошлины в то время брались из расчета количества лошадей на одну повозку, то он ничего не платил. В 1844 г. швейцарец Перье Адор, экспериментируя с кайтами, придумал следующую систему: кайт (бамбук и холст), 300 м веревки и автоматическая система челночных корзинок. Корзинки наполнялись фруктами и цветами, подтягивались по веревке до кайтов, и не доходя 2-3 м до них, отцеплялись и медленно опускались на землю с помощью парашютика в сад какого-нибудь из его знакомых. Довольно оригинальный способ посылать подарки своим друзьям. Его двоюродный брат и известный врач того времени, Жан Колладон, зараженный увлекательными экспериментами родственника, придумал свой розыгрыш: подъем в воздух с помощью кайта сидящего на стуле манекена. Манекен в человеческий рост, был набит гагачьим пухом и весил 6 кг. Изумлению жителей Женевы не было предела.
В 1847 году жителями местности возле Ниагарского водопада было решено построить мост, соединяющий канадский и американский берега. Технологией строительства моста они обладали, но не могли придумать, как им перекинуть самую первую, но очень важную веревочную связь между берегами. Крутые утесы, мощные стремнины, холодные вихревые ветра и ледоход не давали возможности прибегнуть к обычному в таком случае методу прокладки веревочной связи. В конце концов им пришла в голову идея Леонардо Да Винчи об использовании для этих целей кайта. Было сделано много попыток, но удалось это только одному человеку – 10-летнему мальчику, Хоману Уолшу. Сперва, юному Хоману, пришлось пересечь реку ниже по течению на пароме, чтобы перебраться на канадскую сторону, откуда ветра были преобладающими. Инженер показал ему нужный утес, откуда парень запустил свой кайт и стал потихоньку разматывать за ним веревку. Казалось бы все очень просто. Кайт гордо реет в вышине, на заходе солнца ветер спадет, и кайт опустится на землю. Но первая попытка не удалась: ветер не ослабел к вечеру, как ему полагалось, а кайт из-за этого не садился, а когда он наконец сел среди ночи, веревка, успевшая упасть вниз, оказалась перетертой льдами. В общем, пришлось парню переправляться обратно на другой берег и ремонтировать свой кайт, но только уже через 8 дней, из-за жуткого ледохода. Родители его, конечно, были страшно недовольны тем, что ребенок пропадает неизвестно где. Но вторая попытка прошла с оглушительным успехом. После закрепления кайтовой веревки на другом берегу, по ней стали подавать все более и более толстые веревки, пока дело не дошло до стального троса, что и было нужно для строительства моста. За все свои усилия парень был награжден денежным призом в 10 долларов. По тем временам – большие деньги.
С 1850 года начинают разрабатываться различные кайтовые кабельно-корзиночные системы для спасения людей с терпящих бедствие судов в непосредственной близости от побережья. Здесь и кайт «транспортировщик» на швартовом канате капитана Броке (1851), и кайт лейтенанта Джорджа Наре (1861), и 4-стропный кайт Эстерно (1883). Интересные эксперименты производились возле Нью-Йорка в 1892 году. Их целью было доказать, что кайты можно посылать с терпящего бедствия корабля на расстояние до 1200 м от берега, для создания спасательной линии. Автор проекта, Вудбридж Дэвис, утверждал что, все что требуется – это собрать складной кайт на борту судна, специально обученными для этого моряками. Им был разработан специальный управляемый, в форме шестиугольной звезды, разборный кайт для доставки спасательного каната на берег.
Особенно активно велись работы со змеями у нас в России. Их конструируют многие исследователи, и в первую очередь талантливый изобретатель С.С. Неждановский. Он строил больших змеев, которые отличались удивительной устойчивостью и хорошей грузоподъемностью. Ученик знаменитого русского ученого Николая Егоровича Жуковского, профессор С.А. Чаплыгин, вспоминая о воздушных змеях Неждановского, в начале нашего века писал, что они были совершенно сходны по форме своих крыльев с нынешними бесхвостыми аэропланами и планерами, но имели больше вертикальных плоскостей.Прав был академик Эйлер: змей – это не игрушка. Вернее, не только игрушка. С его помощью удалось получить много полезных сведений и о строении атмосферы, и о движении тел в воздухе. В 1898 году русский воздухоплаватель С.А. Ульянин предложил интересный проект «змейкового поезда», чтобы поднимать в воздух наблюдателей и научную аппаратуру. Он придумал использовать для этих целей не один огромный змей, а целую связку их. Запущенные вместе, на одном тросе, они создавали не только необходимую подъемную силу, но и обеспечивали большую безопасность. Если один или даже два змея по какой-либо причине выходили из строя, то остальные – а их могло быть в «поезде» до семи и более штук – позволяли безопасно, как на парашюте, спустить на землю наблюдателей и научную аппаратуру. Была даже сформирована специальная «змеевая команда»: Ульянин и многие другие наблюдатели не раз поднимались на высоту свыше двухсот метров. Змейковые поезда применялись также на научных и военных судах, использовались для наблюдений и исследований в океанах и в Арктике. Они поднимали научные приборы на высоту до 4-5 километров. Был даже установлен своеобразный рекорд высоты подъема змеев – 9740 метров!
Следы кайтовой беллетристики были обнаружены и в русской литературе: почитайте А.С.Пушкина «Историю села Горюхина» или «Капитанскую дочку» и вы найдете там строки о воздушных змеях.
В 1902 г. на крейсере «Лейтенант Ильин» провели успешные опыты по подъему наблюдателя на высоту до 300 м с помощью поезда из воздушных змеев. В России 7 января 1904 года в Кронштадтском морском собрании лейтенант Н. Н. Шрейбер сделал сообщение "О применении воздушных змеев для подъема наблюдателей с судов флота". Свое выступление лейтенант закончил так: "...применение воздушных змеев на судах флота не только желательно, но даже необходимо". Большинство присутствующих согласилось с докладчиком. На этом докладе присутствовал командир Кронштадтского порта вице-адмирал С. О. Макаров. А 20 марта журнал "Воздухоплаватель" сообщил: "Известный знаток воздушных змеев лейтенант Шрейбер, проходивший в этом году курс в офицерском классе учебного воздухоплавательного парка, по требованию вице-адмирала Макарова, отправлен в Порт-Артур для производства подъемов на воздушных змеях с судов флота... В хорошую погоду со змея можно увидеть в море на 30-40 верст. Это будет первое применение воздушных змеев для военных целей". К сожалению, по причинам, не зависящим от лейтенанта Шрейбера, змеи для разведки применить не удалось. В письме подполковнику В. А. Семковскому он писал: "...со змеями ничего не успели сделать, 12-го (мая 1904 года) их запустили, но как только пять штук были в воздухе, неприятель сосредоточил по ним такой шрапнельный огонь, что людям пришлось ретироваться. Никого, благополучно, не ранили, а змеи летали и расстреливались старательно часа полтора. Таким образом, они отвлекали огонь с других пунктов, и свое дело сделали. (Нельзя было допускать и мысли, что на них сразу можно было подыматься, тем более, что меня не было.)" Также не осуществился план по развертыванию в Порт-Артуре воздухоплавательного парка, имущество которого вместе с транспортом "Манчжур" попало в руки японцев. Морской воздухоплавательный парк во Владивостоке удалось организовать только в конце 1904 года.
Офицеры флота живо интересовались воздухоплаванием и всеми новейшими достижениями в этой области. Это наиболее ярко иллюстрирует случай с эскадронным миноносцем "Бравый". 14 мая 1905 года корабль вышел из боя с неисправной машиной и двумя котлами, в результате чего не мог дать ход более 11 узлов. Командир "Бравого" принял решение идти во Владивосток. 17 мая, израсходовав весь запас угля, эсминец стал в нескольких десятках миль от Владивостока. Положение казалось безвыходным, но морякам помог телеграф, дальность действия которого удалось увеличить при помощи поднятого над кораблем воздушного змея. Навстречу "Бравому" был послан миноносец, который через минные заграждения привел его в порт. Командир "Бравого" был осведомлен об опытах, проводимых на крейсере "Посадник" моряками Балтийского флота в июне 1903 года. Целью этих опытов было определить возможность увеличения дальности действия радиотелеграфа. При помощи змеев удалось связаться на расстоянии до 63 миль, что было неплохим результатом для аппаратов системы Попова, изготовленных во флотских мастерских.
Во время 1-й мировой войны британская, французская, итальянская, русская армии – все использовали кайты для наблюдения за неприятелем и сигнализации. Определенных успехов моряки сумели добиться в применении воздушных змеев для морской разведки.
В Советском Союзе увлечение воздушными змеями началось почти одновременно с авиамоделизмом в 1926 г. В 1937 г. Звенигороде были организованы I Всесоюзные состязания воздушных коробчатых змеев. В 1938 г. в поселке Щербинка (ныне город Московской обл.) проводились II Всесоюзные состязания коробчатых змеев, на которых были показаны конструкции, представлявшие исключительный интерес. На III Всесоюзных состязаниях коробчатых змеев, происходивших в 1939 г. в Серпухове, были установлены рекорды полета змеев на высоту. Одиночный змей, сконструированный киевским авиамоделистом (так стали называть и создателей воздушных змеев) Громовым, был поднят на высоту 1550 м. Поезд, составленный из коробчатых змеев конструкции саратовского авиамоделиста Григоренко, был поднят на высоту 1800 м. В годы Великой Отечественной войны (1943 г.) А. Григоренко был награжден за боевое применение коробчатых воздушных змеев. На IV Всесоюзных состязаниях были четко определены технические требования к конструкции воздушных змеев.
Однако с появлением первых аэропланов использование воздушных змеев быстро сделалось нецелесообразным. Немецкий ВМФ продолжал использовать коробчатые кайты на подводных лодках для подъема человека, который обозревал горизонт в режиме надводного плавания лодки. Во 2-ю мировую войну ВМФ США нашел кайтам несколько применений. Заградительный кайт Гарри Сола не давал вражеским самолетам возможности опускаться низко к целям. Сбитые в море летчики поднимали в воздух коробчатый кайт Гибсон Герл, для быстрого их обнаружения. Кайты довольно успешно использовались ВМФ США во время 2-й мировой войны. В 1942 г. лейтенант Пол Гарбер был назначен в Отдел Спец. Средств ВМФ США для разработки авиа-подобных моделей и проходил службу на авианосце «Блок Айленд». До этого он был известен как большой энтузиаст кайтинга. Так в 1931 г. он написал руководство по пилотированию кайтов для бойскаутов. Сперва он сделал модель кайта и предложил пулеметному расчету сбить его. До этого учебная стрельба велась по облакам, за не имением лучшего. Пулеметчики пришли в полную ярость, так как несмотря на множество выпущенных очередей им никак не удавалось его поразить. Зато капитан корабля оказался очень доволен демонстрацией и заказал Гарберу еще кайтов-мишеней. По мере того как пулеметчики совершенствовались в точности стрельбы, Гарбер модифицировал свой кайт. Теперь он мог ходить из стороны в сторону, делать петлю, пикировать, уходить вверх и выписывать восьмерки. Управлялся этот 5-футовый ромбовидный кайт с помощью планки управления и специальной двойной катушки. На кайт наносился силуэт вражеского японского или немецкого самолета. Заменив деревянные стойки на алюминиевые, Гарбер добился того, что кайт смог тонуть после того как его сбивали.
Такому кайту-мишени приписывается спасение одного авианосца. Однажды утром, когда пулеметчики разместились уже по своим местам для проведения учебных стрельб, из-за облаков неожиданно вынырнул японский торпедоносец. Не будь они готовы к стрельбе, самолет мог бы серьезно повредить корабль. А так его успешно сбили.
Сотни тысяч таких кайтов были использованы для тренировки пулеметчиков, что в результате вылилось в большую экономию для американского правительства как в денежном отношении так и в человеческих ресурсах.
Гарбер также использовал треугольные коробчатые кайты для передачи важных документов с корабля на самолет. К кабелю натянутому между 2 кайтами привешивалась посылка. Пролетающий самолет цеплял кабель крюком и затем доставлял посылку по назначению.
По мере того, как авиация утверждалась все больше и больше, кайт все реже стал использоваться для военных и научных целей. Он перешел в разряд предметов культурно-оздоровительного досуга. Но последние 50 лет демонстрируют вновь возросший интерес к кайтингу. Применение новых видов материалов, таких как армированный нейлон, стекловолокно, карбон привело к тому, что кайты стали прочнее, легче, богаче по расцветке, и более износостойкими.
Изобретение гибкого крыла в 1949 г. Френсисом Рогалло и парафойлового кайта в 1964 г. Доминой Джалберт способствовало развитию таких современных летательных аппаратов, как параплан и спортивный парашют.
В 1964г. зарегистрирована первая ассоциация кайтинга: "Американская Ассоциация Пилотируемых Кайтов". А в 1969г. в США зарегистрирован новый рекорд высоты запуска кайта, которая составила 10 830м над землёй.
С появлением в 1972 году на рынке 2-стропного игрового фигурно-пилотажного кайта Питера Пауэлла, народ стал запускать кайты уже не только для развлечения, а и с целью спортивного пилотирования. Энтузиасты начали экспериментировать с формой, дизайном, что привело к появлению кайтов, способных лететь быстрее и выполнять более точные маневры и замысловатые трюки. Стали популярными соревнования, где участники состязались под музыку.
В 70-е годы несколько англичан использовали круглые парашюты для создания необходимой силы тяги на водных лыжах. В 1977 году голландец Гисбертус Панхюс получил патент. Спортсмен стоял на доске, которая приводилась в движение парашютом. Швейцарец Рен Кугн плавал в середине 80-х годов на конструкции, похожей на кильватерную доску, и для создания тяги использовал параглайдер. Вероятно, он был первым спортсменом, который сумел сделать высокий прыжок при легком ветре.
И, наконец, в 1984 году французы Доминик и Бруно Леганю, занимавшиеся виндсерфингом и серфингом, получили патент на «морское крыло», которое легко перезапускалось с поверхности воды. Братья Леганю целиком посвятили себя развитию кайтсерфинга, начиная с ранних 1980х. Особенностью конструкции их кайта стал передний надувной баллон, который позволял достаточно легко поднимать кайт в случае падения его на воду. После 1995г., когда братья Леганю продемонстрировали возможности своего кайта в Италии, это стало очередной знаменательной датой в кайтсерфинге, так как в основу конструкции большинства кайтов используемых в наши дни положен принцип братьев Леганю, т.е. надувной передний баллон.
В 80-х годах, основоположник кайтбагги спорта - Питер Линн из Новой Зеландии, создал багги конструкцию из нержавеющей стали. Кайт багги - специальная трехколесная тележка для катания за кайтом, воздушным змеем.
Пионеры кайсерфига из США Билл Рослер, инженер из отдела аэродинамики в компании «Боинг», и его сын Кори, так же инженер и первоклассный спортсмен по водным лыжам на протяжении ряда лет экспериментировали с кайтами, буксирующими яхты на воде и багги на твёрдой поверхности. Успех к ним пришёл, когда они получили патент на систему "Kiteski" (Кайтовая лыжа). Эта система представляла собой водную лыжу, приводимую в движение тягой двухстропного дельтавидного кайта, управляемого при помощи планки на которую устанавливалась специальная маленькая лебёдка. С 1994г под маркой Kiteski стали выпускать снаряжение для кайтсерфинга. Запуск кайта с воды производился путём сматывания строп до момента, когда до кайта можно было дотянуться рукой и придать ему импульс для запуска в воздух, после чего стропы разматывались и кайт взлетал, создавая необходимую тягу для буксировки человека. Эта конструкция работала достаточно надёжно, но из-за того, что в конструкции кайта были использованы жесткие рейки, кайт при падениях часто ломался! Так же неудобным было то, что для запуска требовалось использование специальной планки с лебедкой, которая была достаточно громоздкой. Он так и не прижился на рынке кайтсерфинга и был полностью вытеснен легкими надувными кайтами братьев Леганю из Франции!
После 1995 года появились коммерческие компании, занимающиеся разработкой и изготовлением специального снаряжения для катания на воздушных змеях.
В 1997 году Владимир Бобылев создал первый в России и в СНГ кайтклуб "Змеиное логово". Так кайтинг и кайтсерфинг появились в России и в Украине. Логовом зарождения кайтсерфинга в России стало Строгино, а на Украине Коктебель.
С 1998, после того как прошел первый Чемионат мира по кайтсерфингу на Гаваях и появились первые видеофильмы об этом новом виде «парусного спорта», кайтсерфинг можно было рассматривать как уже сложившийся вид спорта.
В 1999 г. одна из экспедиций использовала кайт для буксировки саней к Северному полюсу.
Современные технологии и материалы позволили заново взглянуть на воздушные змеи.
Кайты нового времени стали гораздо красочнее своих предшественников, появился класс спортивных змеев для экстремальных видов спорта. И в последнее десятилетие наблюдается всплеск интереса к игровым воздушным змеям, который доходит, наконец, и до России. Но воздушные змеи - это не только развлечение, хобби, активный отдых, это ещё и замечательный спорт - кайтсерфинг.
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
О.БУЛАНОВА
Воздушные змеи были изобретены в Китае еще до того, как историки начали писать свои хроники. Первые воздушные змеи китайцы начали делать из бамбука и листьев растений. После изобретения шелка в 2600 г. до н.э. китайцы стали делать воздушные змеи из бамбука и шелка.
В китайских рукописях рассказывается, о воздушных змеях в форме птиц, рыб, бабочек, жуков, человеческих фигур, которые раскрашивали в самые яркие цвета.
Наиболее распространенным типом китайского змея был дракон – фантастический крылатый змей. Огромный дракон, поднимаемый в воздух, являлся символом сверхъестественных сил.
В китайском фольклоре много историй о том, что воздушных змеев запускали как для удовольствия, так и для дела. Наиболее часто их применяли в военных целях. Кроме этого, китайцы использовали воздушных змеев для того, чтобы измерить расстояние между своей армией и стенами замка противника.
Рассказывают, что полководец Хань Синь, пытаясь вызволить императора, запустил змея из своего лагеря и по длине веревки определил точное расстояние до стены осажденной столицы, благодаря чему сумел устроить подкоп.
Еще при помощи змеев в небо поднимали разведчиков – наблюдателей.
Существует легенда о том, что в 202 г. до н.э. 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, снаряженных звуковыми устройствами.
Согласно китайским хроникам, осажденный в своей столице китайский император Лю Бан запускал их над лагерем мятежников. Якобы невидимые ночью, снабженные свистульками змеи издавали страшные звуки, деморализуя солдат противника.
Глубокой ночью эти воздушные змеи летали прямо над головами армии противников, которые, услышав загадочные завывания в небе, запаниковали и убежали.
Однако в Юго-Восточной Азии и Новой Зеландии умеющее парить в воздухе устройство, видимо, придумали независимо от Китая. Его сооружали из пальмовых листьев и использовали в рыбной ловле, подвешивая к парящей над водой нити крючки. Кроме того, он применялся крестьянами в качестве огородного пугала.
Не стоит забывать и о религиозном значении воздушных змеев: в большинстве культур Дальнего Востока уходящая в небо нить служила символом связи с богами воздуха и душами предков. В Таиланде она призвана была отгонять муссонные дожди.
В VII в. воздушный змей долетел до Японии. Возможно, они были принесены в страну Буддийскими миссионерами в давние времена, около 618-907 гг.
В Японии воздушные змеи приобрели популярность, ему стали придавать форму журавля, рыбы, черепахи. Стали появляться воздушные змеи в виде красочно раскрашенных полотен.
На древних японских рисунках также можно встретить изображение воздушных змеев, по форме значительно отличавшихся от китайских.
Воздушные змеи в этой стране служили как бы связующим звеном между человеком и богами. Змеев запускали для того, чтобы отпугнуть злые силы, защититься от несчастий, обеспечить хороший урожай и здоровье.
Рассказы о том, как эти устройства поднимали в воздух “шутихи”, строительные материалы и даже людей, весьма многочисленны. Например, самурай Тамемото был вместе с сыном сослан на остров Хатидзе. Этот японский Дедал соорудил гигантский воздушный змей, на котором его сын сумел улететь с острова.
Сюжет, видимо, сказочный, однако исторически засвидетельствованы змеи “Ван-Ван” с размахом крыльев 24 м и длиной хвоста 146 м. Такая махина весом под 3 тонны легко могла поднять в воздух человека.
В Индии популярность приобрели сражения змеев, они и сейчас во время праздника Макар Санкранти собирают огромные толпы зрителей.
Широкое распространение воздушные змеи получили в Корее. Вначале их применение носило чисто религиозный характер, а затем запуск змеев стал увлекательным видом занятий и зрелищ.
В Малайзии воздушные змеи тоже были популярны. Типичный малайский воздушный змей имеет форму криволинейного симметричного треугольника. Каркас его состоит из трех пересекающихся прутьев, обтяжка – из грубой ткани.
В Европе, разумеется, тоже имели представление о подъемной силе ветра. Наверняка у греческих моряков не раз срывало парус и он трепыхался в воздухе, а у римских простофиль порывом сносило шляпу, и она взмывала на тесемках.
Какой-то особенной изобретательности для создания воздушного змея не требуется. И все-таки факт остается фактом: единственное, до чего додумался Запад, это “дракон” (греческое слово, обозначавшее змею).
Так примерно с 100 г. н.э. именовали римское кавалерийское знамя в форме современного сачка для бабочек, только подлиннее. “Дракон” надувался от ветра (указывая лучникам его направление), извивался и пугал неприятеля свистом. Ниспадающий цилиндрический хвост флюгера из ткани, извивающейся как туловище дракона, придавал всадникам уверенности в себе и создавал угрожающий вид, который придавал страх врагу.
Также флюгера указывали стрельцам направление и силу ветра. Но короткое древко – это не уходящая ввысь нить. По сравнению с восточными шедеврами идею “дракона” следует считать весьма приземленной.
Вообще же, согласно европейским традициям, изобретение воздушных змеев приписывается греческому математику Аркитасу Тарентскому, который около 400 г. до н.э. сконструировал деревянную птицу, основываясь на исследования полетов птиц. Считается, что его воодушевил увиденный китайский воздушный змей – птица.
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.
В 906 г. киевский князь Олег воспользовался воздушными змеями при взятии Царьграда. Летопись говорит, что над неприятелем в воздухе появились “кони и люди бумажны, вооружены и позлащены”.
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.
С парящим змеем земляков познакомил вернувшийся из Китая в 1295 г. неугомонный Марко Поло. Игрушка понравилась, но популярной не стала. Первый (незаконченный) европейский рисунок змея типа “тайская кобра” датируется 1326 г.
В 1405 г. появляется первое верное описание воздушного змея – в трактате по военной технологии. А на картинке 1618 г., изображающей жизнь голландского Миддельбурга, мы видим мальчишек, запускающих змеев знакомой нам и сегодня ромбовидной формы.
Но только к XVII в. воздушные змеи стали обычным явлением в Европе. В начале XVIII в. увлечение запуском воздушных змеев было уже чрезвычайно популярно. Воздушные змеи использовались в завораживающих зрелищах и различных шоу, а не только как безобидная игрушка для детей.
Таким образом, в Европе этот предмет не приобрел ни мистического, ни религиозного значения. Зато приобрел научное, правда, не сразу. В 1749 г. шотландский метеоролог Александр Вильсон поднял на высоту 3000 футов градусник.
Тремя годами позже Бенджамен Франклин в Филадельфии поставил знаменитый эксперимент с электричеством: во время грозы он запустил змея с прикрепленным к нему куском проволоки. От дождя все сразу же намокло. Результат: металлический ключ в руках Франклина заискрил. Открыв при помощи змея электрическую природу молнии, Франклин изобрел молниеотвод.
Воздушные змеи применялись для изучения атмосферного электричества великим русским ученым Михаилом Ломоносовым и английским физиком Исааком Ньютоном.
Ньютон, когда он был еще школьником, провел несколько фактически незафиксированных экспериментов касательно наиболее экономной формы воздушного змея.
В 1826 г. Джордж Покок запатентовал тележку, приводимую в движение воздушным змеем: она развивала скорость до 30 км/ч, и Покок пугал крестьян, разъезжая по окрестностям Бристоля на повозке без лошадей.
В 1847 г., когда протягивали переправу над Ниагарским водопадом, первую веревку с берега на берег (250 м) перебросили с помощью воздушного змея.
Возникало много и других идей: например, использовать змеев для спасения людей с тонущего корабля. Исследователи делали множество экспериментов связанных с подъемом всяческих грузов, а также людей. Начиная с 1894 г., воздушный змей систематически применяется для изучения верхних слоев атмосферы.
Значительное усовершенствование змея произвел австралийский ученый Лоренс Харграв в 90-х гг. XIX в. В 1893 г. Харгрейв создал змея в виде коробки без дна. Это было первое принципиальное усовершенствование конструкции с древнейших времен.
Летающие коробки Харграва явились не только большим толчком для развития “змейкового” дела, но и, несомненно, помогли при конструировании первых самолетов.
Но вскоре началась эра аэропланов и о змеях забыли. Хотя во время обеих мировых войн их использовали – на подводных лодках для улучшения обзора и в спасательных наборах летчиков для поднятия антенны радиоприемника.
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- Фаундлен большой воздушный змей, который летал на проволоке, служившей приемной антенной.
В начале XX в. работу над змеями продолжил капитан французской армии Сакконей. Он создал еще более совершенную конструкцию воздушного змея, являющуюся одной из лучших и по настоящее время.
Новая жизнь воздушного змея началась в 50-х гг., когда Фрэнсис Рогалло изобрел конструкцию без перекладин – распростертой в воздухе ее держал ветер. Это был параплан, стирающий грань между парашютом, дельтапланом и воздушным змеем.
Воздушные змеи относятся к древнейшим летательным аппаратам. Первые документы о них встречаются еще за несколько веков до начала нового летосчисления. В китайских рукописях рассказывается, что воздушные змеи запускались во время народных праздников. Китайцы строили змеи в форме птиц, рыб, бабочек, жуков, человеческих фигур, которые раскрашивали в самые яркие цвета (рис. 1).
Наиболее распространенным типом китайского змея был дракон - фантастический крылатый змей. Огромный дракон, поднимаемый в воздух, являлся символом сверхъестественных сил. В ряде местностей Китая до недавнего времени сохранялись следы обычая массового запуска воздушных змеев в девятый день девятого месяца - день змея.
Летающий дракон конструктивно сложен. Два-три десятка легких бумажных конусов образовывали длинное круглое тело чудовища, живописно извивающегося в полете. Змей-дракон имел крупную голову с оскаленной пастью. Сквозь пасть ветер проникал в пустое туловище и, надувая его, поддерживал в воздухе. Иногда вместо конусов в конструкцию остова дракона входили постепенно уменьшающиеся круглые диски, которые были связаны между собой шнурами. Каждый диск пересекался тонкой бамбуковой планкой, на конце которой укреплялись большие перья (рис. 2).
Для усиления эффекта была придумана специальная "змеиная музыка", напоминающая завывание ветра в дымовой трубе. Приспособление, издающее эти звуки, изготовляли из сухих головок мака, в которые вставляли камышовые свирельки. К пасти дракона прикрепляли леер, а к хвостовой части - две длинные шелковые ленты, которые извивались в воздухе вместе со змеем.
Интересное зрелище представляли фонарики, изготовлявшиеся из тонкой цветной бумаги (рис. 3), и фейерверки (рис. 4), прикреплявшиеся к змеям.
Широкое распространение воздушные змеи получили в Корее. Вначале их применение носило чисто религиозный характер, а затем запуск змеев стал увлекательным видом занятий и зрелищ.
Японский змей "Керо"
На древних японских рисунках также можно встретить изображения воздушных змеев, по форме значительно отличавшихся от китайских (рис. 5).
Японские змеи: а - "бабочка"; б - "Ятсухана"; в - "Гонбо"; г - из округи Нагасаки; д - "Бозо"; е - "Ато"
Типичный малайский воздушный змей (рис. 6) имеет форму криволинейного симметричного треугольника. Каркас его состоит из трех пересекающихся прутьев, обтяжка - из грубой ткани.
Изобретение змея, независимо от существовавшего в странах Востока, европейские историки приписывают древнегреческому ученому Архиту Тарентскому (IV в. до н. э.).
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. В 906 г. киевский князь Олег воспользовался воздушными змеями при взятии Царьграда. Летопись говорит, что над неприятелем в воздухе появились "кони и люди бумажны, вооружены и позлащены". 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.
Змей "жалюзи" конструкции Ракка
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 молний. Открыв при помощи змея электрическую природу молнии, Франклин изобрел молниеотвод.
Воздушные змеи применялись для изучения атмосферного электричества великим русским ученым М. В. Ломоносовым и английским физиком И. Ньютоном.
Змей начинает оказывать науке ценные услуги. Поэтому неудивительно, что в 1756 г. знаменитый математик Л. Эйлер написал следующие строки: "Воздушный змей, эта игрушка детей, презираемая учеными, может, однако, заставить глубоко над собой призадуматься".
Значительное усовершенствование змея произвел австралийский ученый Л. Харграв в 90-х гг. прошлого столетия. Воспользовавшись работами первого планериста, немецкого инженера О. Лилиенталя, Харграв впервые применил в качестве воздушного змея две сквозные коробки, соединенные друг с другом. Лилиенталь, конструируя свои планеры, заметил, что такие аппараты имеют хорошую устойчивость в воздухе. Харграв терпеливо искал выгодные пропорции своих коробок. В конце концов, появился первый коробчатый воздушный змей, уже не требующий хвоста для устойчивости в полете (рис. 7).
Летающие коробки Харграва явились не только большем толчком для развития змейкового дела, - но и, несомненно, помогли при конструировании первых самолетов. Это положение подтверждается сходством с двухкоробчатым воздушным змеем бипланов Вуазена, Сантос-Дюмана, Фармана и аппаратов других первых авиаконструкторов.
Первый подъем человека на коробчатых воздушных змеях был осуществлен также Харгравом. Пассажир был поднят на четырех змеях общей площадью 22 м 2 .
Бескаркасный "монах"
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 магнито-метеорологической обсерватории, где в 1902 г. было открыто специальное змейковое отделение.
Широкое применение воздушный змей нашел в метеорологических обсерваториях Германии, Франции и Японии. Змей (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-Фаундлен большой воздушный змей, который летал на проволоке, служившей приемной антенной.
Коробчатым змеем Харграва заинтересовалось английское военное ведомство. Лейтенант английской армии Коди видоизменил змей Харграва. Он увеличил его площадь путем добавления боковых крылышек, размещенных на всех углах коробок, усилил прочность конструкции и ввел совершенно новый принцип сборки и разборки змея. На таких змеях стали подниматься в воздух военные наблюдатели.
В начале XX в. работу над змеями Коди продолжил капитан французской армии Сакконей. Он создал еще более совершенную конструкцию воздушного змея, являющуюся одной из лучших и по настоящее время. Сакконей, пользуясь богатыми субсидиями военного ведомства, имел возможность широко поставить свои опыты. Он основательно разработал принцип буксирного подъема змеев: одна группа змеев поднимала в воздух основной леер (трос), другая - буксировала по тросу груз. Сакконей установил первые рекорды высоты и грузоподъемности воздушных змеев.
Работы Сакконея нашли своих продолжателей во многих армиях Европы. В России полковником Ульяниным был создан для армии специальный воздушный змей (рис. 8 и 9). Ценным и остроумным новшеством в змеях его конструкции были шарнирные крылья, автоматически увеличивающие площадь змея при ослабевании ветра. Кроме Ульянина, змеями увлекались Кузнецов, Прахов и др., создавшие удачные конструкции. Во время русско-японской войны 1904-1905 гг. в русской армии были специальные змейковые подразделения.
Параллельно с работами Коди в Европе, главным образом во Франции, проводили свои эксперименты и другие конструкторы. Из них следует упомянуть Плоттера, который изменил место крепления уздечки и создал змей с килевыми плоскостями, увеличивающими грузоподъемность.
Интересную конструкцию оригинального однокоробчатого змея предложил французский инженер Лекорню. Он создал змей, коробка которого напоминает пчелиные соты (рис. 10). Идею постройки своего змея Лекорню обосновал, наблюдая полет птиц. Если смотреть на летящую птицу, то можно заметить, что плоскости корпуса и крыльев образуют некоторый угол. Такой же установочный угол в 30° Лекорню сделал у горизонтальных плоскостей змея.
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. Попадания же в шар одной зажигательной ракеты было достаточно для его гибели, так как он наполнялся легковоспламеняющимся водородом.
Змей "моноблок" конструкции Роша-Донзеля
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. Германия применила такие заграждения для защиты верфи подводных лодок и ангаров в Бельгии.
Для змейковых заграждений ангаров у Брюсселя были изготовлены змеи больших размеров в виде привязных самолетов. Змеи копировали очертания самолетов различных конструкций (монопланов, бипланов) с целью ввести в заблуждение летчиков противника.
Весной 1915 г. в Германии произошел интересный случай, когда привязной самолет ввел в заблуждение не летчиков противника, а собственную зенитную батарею. Однажды рано утром в воздух был поднят привязной самолет-биплан. Вскоре после подъема он скрылся в облаках. Когда к полудню облака рассеялись, в их разрыве внезапно показался этот самолет. У немецких наблюдателей создалось впечатление, что облака неподвижны, а биплан летит с довольно большой скоростью. Вскоре он исчез в облаке с тем, чтобы тут же снова появиться в следующем разрыве. Посты воздушного наблюдения и связи сообщили: "Вражеский самолет". Зенитные батареи открыли заградительный огонь. Вокруг аэродрома гремели пушки, стараясь уничтожить воздушного врага. Самолет то исчезал в облаках, то снова показывался, и заградительный огонь продолжался до тех пор, пока немцы, наконец, не поняли, что обстреляли собственный привязной самолет. Последний не был сбит лишь потому, что при стрельбе делалась поправка на мнимую скорость движения самолета и снаряды неизменно оказывались впереди неподвижное мишени.
Змейковое дело в Европе достигло наивысшего расцвета к концу войны, в 1918 г. После этого интерес к воздушным змеям ослабел. Бурное развитие авиации начало вытеснять змей из военного дела.
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.
Змей "звезда" конструкции Бабьюка
В Советском Союзе увлечение воздушными змеями началось почти одновременно с авиамоделизмом. Уже на первых всесоюзных состязаниях летающих моделей в 1926 г. были представлены довольно хорошо летавшие коробчатые змеи, построенные киевскими авиамоделистами под руководством И. Бабьюка. Одиннадцать полотняных змеев с общей рабочей площадью 42,5 м 2 были запущены на стальном тросе толщиной 3 мм со специальной аэростатной лебедки. Конструкция этих змеев - видоизменный классический тип Сакконея.
Количество поездов из коробчатых змеев, представляемых на всесоюзные авиамодельные состязания, увеличивалось. В состязаниях 1935 г. участвовало 8 поездов. Тогда впервые наиболее полно было показано разнообразное применение воздушных змеев. По лееру вверх и вниз бегали "воздушные почтальоны", при помощи которых прыгали куклы-"парашютисты", сбрасывались "бомбочки" и листовки, демонстрировалась дымовая завеса. Куклы-"парашютисты" совершали затяжные прыжки вслед за сброшенным живым "десантом" - белыми мышами в клетке. Сбрасывание со змеев моделей планеров стало обычным явлением. С высотного старта улетало за несколько километров немало моделей планеров.
В пионерских лагерях воздушные змеи все чаще и чаще применяли для сигнализации во время военных игр. Нередко зимой можно было видеть легко скользящего по снегу лыжника, буксируемого воздушным змеем.
Змейковое дело стало одним из разделов первоначальной авиационной подготовки пионеров и школьников, а воздушные змеи - полноправными летательными аппаратами наряду с моделями самолетов и планеров.
При серпуховском Доме пионеров в 1931 г. была создана и успешно работала детская змейковая станция. Руководителей этой станции ежегодно приглашали с их змейковой командой на всесоюзные авиамодельные соревнования.
Вскоре опыт серпуховичей стал широко известен. Ежегодно всесоюзные соревнования стали проводиться самостоятельно. На соревнования свои команды представляли змейковые станции Саратова, Киева, Тулы, Сталинграда и других городов.
Руководители детских змейковых станций и юные "змейкачи" с большим увлечением конструировали змеи и запускали их, проводили работу среди пионеров и школьников.
В 1937 г. в Звенигороде Центральным советом Осоавиахима СССР были организованы I Всесоюзные состязания воздушных коробчатых змеев. Неблагоприятные метеорологические условия (отсутствие необходимого ветра) не дали возможности добиться рекордных полетов змеев. Но все же, хотя и на небольшой высоте, удалось проверить их конструктивные особенности.
В 1938 г. в поселке Щербинка (ныне город Московской обл.) проводились II Всесоюзные состязания коробчатых змеев, на которых были показаны конструкции, представлявшие исключительный интерес. Например, серпуховская детская змейковая станция представила змей видоизмененной конструкции "Грунд" с несущей площадью 20 м 2 . Змей поднимал груз массой до 60 кг. Были показаны змей-парашют, змей-планер и другие.
На III Всесоюзных состязаниях коробчатых змеев, происходивших в 1939 г. в Серпухове, были установлены рекорды полета змеев на высоту. Одиночный змей, сконструированный киевским авиамоделистом (так стали называть и создателей воздушных змеев) Громовым, был поднят на высоту 1550 м. Поезд, составленный из коробчатых змеев конструкции саратовского авиамоделиста Григоренко, был поднят на высоту 1800 м. В годы Великой Отечественной войны (1943 г.) А. Григоренко был награжден за боевое применение коробчатых воздушных змеев.
На IV Всесоюзных состязаниях были четко определены технические требования к конструкции воздушных змеев. Например, каждый змей должен был держаться в воздухе при скорости ветра не более 4-5 м/с у земли, несущая площадь у каждого змея должна быть не менее 5 м 2 , общая площадь змейкового поезда должна быть такой, чтобы при ветре не более 7 м/с можно было поднять груз массой не менее 80 кг. Количество воздушных змеев должно быть не более 10 шт. Головной змей мог иметь большую площадь, конфигурация и окраска змеев произвольная.
На каждом змейковом поезде молено было установить различные приспособления и механизмы, например "воздушные почтальоны", способные поднять груз массой до 2 кг, замки для составления змейкового поезда (при диаметре леера не менее 3 мм), приспособления для аэрофотосъемки и другие.
По условиям соревнований каждая команда должна была представить сценарий игры, в процессе которой предполагалось запустить змейковый поезд. В сценарии можно было включить, например, бомбежку, т. е. сбрасывание "бомб" на какую-то, ранее намеченную цель, выброску "воздушного десанта" (сбрасывание кукол), гонки на лыжах, перевозку раненого на санях, которые тянет змей, звуковую, световую и другие виды сигнализации со змея, сбрасывание донесений и листовок.
Соревнования проводились на высоту полета одиночного змея, на высоту запуска змейкового поезда, на максимальную грузоподъемность змейкового поезда, на быстроту сборки и запуска одиночного змея.
Для обеспечения успеха на соревнованиях во многих коллективах кружков делали различные вспомогательные средства. Например, в серпуховском Доме пионеров школьники-авиамоделисты изготовили динамометр для испытания прочности леера. Динамометр, установленный на змее, при критическом напряжении включал красную лампочку. В этом же коллективе был изготовлен анемометр из старого будильника, и с помощью этого прибора записывалось изменение силы ветра.
Школьники устанавливали на змее барограф, устройство для сбрасывания в заданную точку одиночной куклы-"парашютиста" или грунтового "десанта".
Юные авиамоделисты Коломенской станции юных техников (Московская обл.) построили коробчатые змеи с подкрылками, что обеспечивало змею большую устойчивость при угле стояния около 50°. Авиамоделисты Воронежской станции юных техников строили профилированные коробчатые змеи.
Саратовские авиамоделисты привезли на соревнование змейковый поезд из пяти коробчатых змеев. Каждый змей массой до 9 кг. Головной змей имел общую площадь 17 м 2 . На змейковом поезде был установлен фотоаппарат, который делал 12 фотоснимков. Поезд способен был буксировать одного лыжника.
Команда киевских авиамоделистов привезла на соревнования змейковый поезд из шести змеев. С него можно было сбрасывать большую куклу-"парашютиста" (до 70 см, при этом купол парашюта составлял в диаметре 4 м).
Юные авиамоделисты напряженно работали, готовились к новым стартам. В Ленинграде на городские соревнования по воздушным змеям весной 1941 г. вышли более 150 участников.
После Великой Отечественной войны соревнования не проводились.
В наши дни строительство змеев не может иметь ни оборонного, ни научного значения. Однако, как простейшее, весьма доступное и увлекательное занятие, создание и запуск воздушных змеев не потеряли и не потеряют своего значения.
За рубежом, прежде всего в социалистических странах, воздушные змеи чрезвычайно популярны среди детей и молодежи. Особенно ими увлекаются на Кубе. Часто можно видеть, как кубинские дети, даже находясь на пляже, не расстаются со своим любимым занятием - в воздухе над морем парят змеи самой разнообразной конструкции, самых ярких цветов.
