Авиатехника, Железнодорожная техника, Автотехника, Водная техника, Космическая техника, Военная техника, Сельскохозяйственная техника, Бытовая техника, Радиоэлектроника, Электрика, Энергетика, Механика, Мебель своими руками, Строительство, Ремонт, Приусадебное хозяйство, Инструменты, Полезные советы, Конструктор-конструктору, Технические статьи, Исторические хроники, Неопознанное, Из области фантастики, Полезные ссылки, Обмен ссылками, Размещение статей, рекламы
 

Все о конструировании, в помощь конструктору, советы бывалых, статьи для детского и взрослого творчества

Дата создания сайта: 24/02/2013
Дата обновления главной страницы: 23.02.2015 19:17

Воздушные змеи

Кто из вас не хотел бы запустить воздушного змея? Но знаете ли вы, когда они появились, какие бывают?

Первый воздушный змей поднялся в небо несколько десятков веков назад. В то время вряд ли кто мог объяснить, почему он взлетает и какие силы на него действуют в полете.

Долгое время змеи использовались только для забавы и развлечений. В странах Юго-Восточной Азии, например, устраивались битвы воздушных змеев. В небо запускали двух змеев, предварительно смазав клеем и посыпав толченым стеклом бечевки, удерживающие их на привязи. Победителем считался тот, кому первому удавалось перепилить бичевку противника.

Применение змеев для научных наблюдений началось около 200 лет назад. Пионерами в этом деле были американский физик Б. Франклин и русские ученые М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман. Опыты с воздушными змеями помогли им доказать электрическое происхождение молнии, установить наличие положительного и отрицательного зарядов, проверить идею молниеотвода.

А в конце XIX в. большие коробчатые змеи послужили прообразами первых конструкций летательных аппаратов тяжелее воздуха А. Ф. Можайского, братьев Райт. В это же время воздушные змеи стали широко использовать для метеорологических исследований. С их помощью ученые поднимали самопишущие приборы на высоту нескольких сот метров и измеряли там скорость ветра, температуру и влажность воздуха, атмосферное давление.

И в наши дни интерес к воздушным змеям не потеряй. Творческая 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.

Немного теории

Почему взлетает воздушный змей? Ответить на этот вопрос поможет упрощенный чертеж (рис. 1). Пусть линия АВ изображает разрез плоского змея. Предположим, что змей взлетает справа налево под углом а к горизонту или набегающему потоку ветра. Рассмотрим, какие силы действуют на модель в полете. На взлете плотная масса воздуха препятствует движению змея, другими словами, оказывает на него некоторое давление. Обозначим силу давления Теперь построим так называемый параллелограмм сил и разложим силу F1 на две составляющие - F2 и Р3. Сила F2 толкает змей от нас, а это значит, что при подъеме она снижает его первоначальную горизонтальную скорость. Следовательно, это сила сопротивления. Другая сила F3 увлекает змей вверх, поэтому назовем ее подъемной.

Итак, мы определили, что на воздушный змей действуют две силы: сила сопротивления F2 и подъемная сила F3. Поднимая модель в воздух (буксируя ее за леер), мы как бы искусственно увеличиваем силу давления на поверхность змея, т. е. силу F1. И чем быстрее мы разбегаемся, тем больше становится эта сила. Но сила Fl как вы уже знаете, раскладывается на две составляющие: Р<2 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 поддерживать.

В полете змей всегда находится под определенным углом к направлению ветра. Понять это поможет простой опыт. Возьмите прямоугольный лист картона (рис. 2). Точно по центру прикрепите его к оси ОО. Предположим, что лист вращается вокруг оси без трения и в любом положении находится в состоянии равновесия. Допустим также, что ветер дует с постоянной силой перпендикулярно плоскости листа. В этом случае он не может повернуть лист вокруг оси ОО, поскольку действие его распределяется равномерно на весь лист. Теперь попробуйте установить лист под некоторым углом к ветру. Вы увидите, как воздушный поток тотчас возвратит его в первоначальное положение, т. е. поставит под прямым углом к направлению своего действия. Это значит, что из двух равных частей листа, разделенных осью ОО, большее давление испытывает та часть, которая наклонена в сторону ветра. Поэтому, чтобы плоскость листа оставалась в наклонном положении, нужно поднять ось вращения ОО. Чем меньше угол наклона листа, тем выше нужно передвинуть ось. Так определяется центр давления. А сила ветра, поддерживающая плоскость в наклонном положении,- это подъемная сила, приложенная в центре давления. Но угол наклона змея не остается постоянным: ведь ветер никогда не дует с одной и той же скоростью.

Рис. 1. Разрез плоского змея и силы, действующие на него.

Рис. 2. Опыт, демонстрирующий возникновение подъемной силы.

Рис. 3. Опыты, показывающие неустойчивое (а) и устойчивое (б) закрепление палочки (змея) к уздечке.

Вот почему, если бы мы привязали к змею бечевку (дальше ее будем называть леером) в одной точке, например в точке совпадения центра давления и центра тяжести, он начал бы кувыркаться в воздухе. Как вы уже поняли, положение центра давления зависит от угла а, и при порывистом ветре эта точка постоянно смещается. Поэтому, чтобы сделать модель более устойчивой, между ней и леером привязывают уздечку из двух-трех и более бечевок.

Проделайте еще один опыт. Возьмите палочку АВ (рис. 3, а). Пусть она символизирует сечение плоского змея. Подвесьте ее за нитку в центре так, чтобы она приняла горизонтальное положение. Затем прикрепите недалеко от центра тяжести О грузик. Действующий с силой R, имитирующий центр давления. Палочка сразу же потеряет равновесие и примет почти вертикальное положение. А теперь попробуем эту палочку подвесить на двух нитках, как показано на рис. 3, б, и снова привяжем к ней тот же грузик: палочка будет сохранять равновесие независимо от положения грузика. Этот пример наглядно демонстрирует роль уздечек, которые позволяют центру давления свободно перемещаться, не нарушая равновесия.

На примерах нескольких простейших моделей легко уяснить положения, объясняющие полет воздушных змеев. Описание конструкций этих моделей дано ниже. Одни из них можно изготовить за час-два, а другие - всего за несколько минут. Такие змеи хорошо летают и не требуют сложного управления. Итак, сначала....

Бумажные птички

Плоские змеи

Змей с дельтакрылом

Змей "Чайка"

Коробчатые змеи

Змеи с диффузорами

Змеи по принципу АВП

Змей-парашют

Змей-диск

Надувные змеи

Змеи-вертушки

Еще один змей-вертушка

Змей-вертолет

Змей-автожир

Змей Магнуса

Моталка

Воздушный почтальон

Читать далее про летающие модели, воздушные змеи...

Читать далее про летающие модели, модели в свободном полете...

p.s. При копировании материалов и фотографий ссылка на сайт обязательна.

Саратов 2007-2013 г.

  Жизнь людей науки

  Энциклопедия юного техника

  На главную страницу

Авиатехника, Железнодорожная техника, Автотехника, Водная техника, Космическая техника, Военная техника, Сельскохозяйственная техника, Бытовая техника, Радиоэлектроника, Электрика, Энергетика, Механика, Мебель своими руками, Строительство, Ремонт, Приусадебное хозяйство, Инструменты, Полезные советы, Конструктор-конструктору, Технические статьи, Исторические хроники, Неопознанное, Из области фантастики, Полезные ссылки, Обмен ссылками, Размещение статей, рекламы
 

Смотрите также интересные ссылки:
Автохимия для авто  Мойка вагонов, разработки для железнодорожного транспорта и метрополитена  Бесконтактная мойка авто и транспорта  Средства для Ультразвука и ультразвуковых ванн   Дезинфицирующие средства