Воздушный змей

VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Воздушный змей

Ахмедова Д.Д. 1
1МБОУ СОШ № 7 г.Туймазы
Хусаинова О.В. 1
1МБОУ СОШ № 7 г.Туймазы
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Рвется в небо что есть мочи,
Трудно очень удержать,
Видно, очень, очень хочет
С белой тучкой поиграть.
Я не против, пусть несется,
Если хочет пошалить,
Он ко мне всегда вернется -
Держит змея крепко нить!
(А. Ясноокий)

[4]

На прошлый Новый год я попросила Деда Мороза подарить мне воздушного змея. Долгожданный подарок ждал меня под ёлкой в ночь на 1 января. Подарку я была очень рада (Приложение 1), но его запуск решила отложить до мая. И вот в один день, когда и ветер был, казалось подходящий для запуска, я, следуя инструкции, собрала своего змея, но он не полетел так, как я хотела бы: чуть-чуть приподнялся над землёй и всё! Каково было моё разочарование, не передать словами. Папа сказал, что дело в хвосте, который у моего змея отсутствовал. Он дал мне длинную верёвку, которую я привязала к змею, и тут случилось чудо: змей полетел. Но опять не так высоко, как мне хотелось бы. Тогда мы с мамой отправились в магазин для рыбаков и купили 100 метровую катушку с леской. Вот тогда супер запуск удался. Мой змей парил над нашим селом Тюменяк на всю длину лески (Приложение 2). И даже не думал падать. Тогда я задалась вопросом: все ли покупные воздушные змеи летают лишь после усовершенствования. После покупки трёх воздушных змеев, разной стоимостью, мы сделали вывод, что их нужно усовершенствовать, чтобы они радовали своим полётом. Тогда меня посетила мысль: а что если самим научиться делать воздушных змеев и не тратить много денег на его усовершенствование.

Целью исследования является изучение летательных свойств воздушных змеев.

Исходя из цели, необходимо решить следующие задачи:

1.Познакомиться с историей появления и применения воздушных змеев.

2.Ознакомиться с классификацией воздушных змеев.

3.Узнать из каких элементов состоит воздушный змей.

4.Узнать от чего зависит пролет воздушного змея.

3.Изучить способы изготовления воздушных змеев в домашних условиях.

4.Сравнить воздушных змеев из магазина и сделанных своими руками.

5.Создать свой канал на youtube с рекомендациями по изготовлению и запуску воздушных змеев.

Объект исследования: воздушный змей.

Предмет исследования: летательные свойства воздушного змея.

Гипотеза: предполагаем, что змей, созданный своими руками, летает лучше, нежели змей, приобретённый в магазине.

Теоретическая значимость: расширение знаний о воздушных змеях.

Практическая значимость:выпуск буклета с рекомендациями по конструированию воздушных змеев, создание канала на youtube.

Методы исследования:

изучение специальной литературы;

наблюдение;

опрос.

 

Глава I

I.1.История возникновения и применения воздушного змея

История воздушных змеев берет свое начало еще во времена древнего Китая. Там он и назывался змеем, так как в праздник Дракона, который проходил 9 сентября, огромные туловища из бумаги, у которых на конце была змеиная голова, запускались в небо. Начиная со второго века, эта традиция не забывается и сегодня. Первые документы о воздушных змеях встречаются ещё во II веке до н.э. в Китае. Появились же первые воздушные змеи, как считается, 3-4 тысячелетия назад. В китайских рукописях рассказывается о воздушных змеях в форме птиц, рыб, бабочек, жуков, человеческих фигур, которые раскрашивали в самые яркие цвета. Однако, наиболее распространенным типом китайского змея был дракон -фантастический огнедышащий крылатый змей, считавшийся в Китае символом власти и благополучия. Отсюда и пошло название «воздушный змей». Огромный дракон, поднимаемый в воздух, являлся символом сверхъестественных сил. Воздушных змеев в Китае изготавливали из бумагишёлкабамбуковых палочек и перьев. Летающий дракон конструктивно сложен. Два-три десятка лёгких бумажных конусов образовывали длинное круглое тело чудовища, живописно извивающегося в полёте. 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. По-видимому, даже такое безобидное изобретение, как воздушный змей, было направлено, в первую очередь, 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 змеевснабженных трещётками и трубами. Враг в страхе бежал с поля боя под вой и оглушительный треск.

Позже военное изобретение стало служить мирным целям: запуск змеев сопровождал народные гуляния. В ряде местностей Китая до недавнего времени сохранились следы обычая массового запуска воздушных змеев в девятый день девятого месяца - день змея.

«Благородный муж, достигнув непревзойдённых высот ума, должен жить в праздности и запускать воздушных змеев» (Конфуций).

В 559 году в королевстве Северный Вэй был задокументирован полёт человека на воздушном змее. После смерти императора Юань Ланга (513-532 г.г.) его генерал ГаоХуань стал императором. После смерти Гао Хуаня его сын Гао Ян запустил Юань Хуантоу, сына бывшего императора, в качестве наказания на воздушном змее с башни в его столице Е. Юань Хуантоу пролетел над городскими стенами и приземлился живым, однако вскоре был казнён.

Широкое распространение воздушные змеи получили в Корее. Вначале их применение носило чисто религиозный характер, а затем запуск змеев стал увлекательным видом занятий и зрелищ.

На древних японских рисунках также можно встретить изображение воздушных змеев, по форме значительно отличавшихся от китайских.

Типичный малайский воздушный змей имеет форму криволинейного симметричного треугольника. Каркас его состоит из трёх пересекающихся прутьев, обтяжка - из грубой ткани.

Из Китая воздушные змеи распространились в Азию, позднее - в Европу, в Америку, Австралию и т.д. Хотя, независимое изобретение змея европейскиеисторики приписывают древнегреческому ученому АрхитуТарентскому, который около 400 года до н.э. сконструировал деревянную птицу, основываясь на исследованиях полетов птиц[3].

Любопытны старинные записи о первых практических применениях воздушных змеев. В одной из них говорится, что в IX веке византийцы якобы поднимали на воздушном змее воина, который с высоты бросал в неприятельский стан зажигательные вещества.

В древних летописях славян и византийцев находятся разные упоминания о подобиях воздушных змеев. Только это скорее была военная техника, чем игрушки. Для того чтобы запутать врага или просто его напугать, князь Олег применял «кони и люди бумажны, вооружены и позлащены». А при взятии Англии Вильгельм Завоеватель в 1066 году использовал змеев для военных спецсигналов.На данном этапе времени история замолчала и змеи стали просто развлечением, которое было далеко от науки. Однако, не полетел еще такой самолет, что был построен без закона аэродинамики. А такой закон помогла открыть именно эта игрушка.

Раньше знали только несколько видов воздушных змеев — это одноплоскостные, то есть имеющие хвост, и составные, которые соединены в гибкую систему. Известный математик Л. Эйлер в 1756 году сказал, что змей — это детская игрушка, которую недооценивают ученые, но она заставляет серьезно над собой задуматься. Достижения Икара и Дедала попробовали повторить через 140 лет немецкий инженер Лилиенталь и австриец Харграв. Харграв впервые запустил в воздух человека при помощи этого устройства и не остановился на достигнутом. Результатом чего стал коробчатый воздушный змей, который не требовал хвоста для устойчивости во время полета. Такие летающие коробки, которые придумал Харграв, протолкнули понятие об аэродинамике и помогли при создании первых самолетов, и стали 3-ей возможной конструкцией – многоплоскостной.

Не прошел стороной воздушного змея и Михаил Васильевич Ломоносов – хранитель нашей науки. Он тоже баловался игрушкой. Природу молний и верхние слои атмосферы Ломоносов изучал с ее помощью. Михаил Васильевич использовал воздушного змея, как проводника, 26 июня в 1753 году, запустив его во время грозы на бечевке. Только этот эксперимент чуть ли не лишил его жизни, но стал успешным, так как ученый получил разряд статического электричества.

Коробчатых воздушных змеев военные и инженеры постоянно видоизменяли, включая период начала первой мировой войны. Во время технологического прогресса это изобретение служило не только мирным целям. Змеи применялись во время военных действий для защиты. Над особо важными военными объектами поднимали примерно на 3000 метров небольшие шары, а также воздушных змеев, чтобы их троса из проволоки могли сбить самолеты врагов[2].

В XIX веке змеи также широко применялись для метеорологических наблюдений.

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

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

Практические возможности воздушного змея привлекали внимание военных. В 1848 г. К. И. Константинов разработал систему спасения судов, терпящих бедствие вблизи берега, с помощью воздушных змеев. Во время первой мировой войны войска различных стран применяли змеи для подъёма на высоту наблюдателей-корректировщиков артиллерийского огня, разведки вражеских позиций[7].

I.2.Классификация воздушных змеев

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 (Приложение 3 Таблица 1)

Подразделюятся 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. Уздечка задает змею определенный угол атаки змея относительно ветра, что и вызывает подъемную силу. Практически все расчеты подъемной силы змея, приведенные в разных источниках, производят расчет именно такой модели змея прямоугольной формы. Все плоские змеи требуют наличие большого хвоста для поддержания устойчивого полета.

Bowed — категория воздушных змеев, с земли очень напоминающая плоских. Однако данный вид воздушных змеев является дальнейшим развитием плоских в плане устойчивости. Для придания устойчивости данные 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. Так же как и плоских змеев, существует очень большое разнообразие подобных змеев, выраженное в форме. Но некоторые модели, скорее всего изза простоты и технологичности конструкции, представляют отдельные категории.

Рассмотрим основные из них:

Прямоугольный воздушный змейявляется 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. Змеи были могли быть огромных размеров.

Diamond (boweddiamond) – ромбовидныйзмей. 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 натягивание 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. Есть исполнения, когда вместо уздечки используется кусок ткани треугольной формы, дополнительно выполняющий роль киля (однако использование киля уже переводит данный змей в другую категорию).

Delta (дельта, boweddelta) – змей, в плане напоминающий дельтакрыло. 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.

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.

Коробчатые воздушные змеи(Приложение 3 Таблица 2)

 

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.

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(Приложение 3 Таблица 3)

 

К бескаркасным относятся змеи не имеющие жестких частей. Форму змей принимает раздуваясь за счет набегающего потока воздуха. Отсюда два достоинства этих змеев - вероятность поломки при падении равна нулю и компактность при транспортировке. Второе преимущество позволяет изготавливать змеев очень больших размеров. К слову, все змеи, производимые нашей компанией AVIAtoys, относятся как раз к этой категории воздушных змеев.

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.

Sledfoil – 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.

SuperSledfoil – 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. Змей очень часто используют для подъема предметов (Lifters), проведения аэрофотосъемки путем подъема фотокамеры (KAPing). 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. Для уменьшения лобового сопротивления змея, и как следствие, увеличения угла затяжки, на задней кромке есть отверстие, способствующее сквозному проходу воздуха сквозь змей - отличительная черта всех "Флоуформов".

КайтNasaParaWing (NPW) - результат исследований национального космического агенства 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, но теперь 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 [1].

I.3.Основные элементывоздушного змея

Независимо от модели и класса воздушного змея, он состоит из нескольких элементов: полотно, каркас, соединительные детали, привязка (уздечка), хвост, нить (леер), катушка для намотки  нити (Приложение 4).

1. Каркас. Это две, три или несколько реек, формирующих змея. Их взаимное расположение обуславливает модель воздушного змея. Каркас служит для поддержки полотна в натянутом положении и отвечает за прочность и жесткость конструкции.
2. Полотно (парус). Оно натягивается на каркас и создает препятствие потоку воздуха, тем самым отвечает за возникновение подъемной силы. Полотно всегда находится впереди каркаса по отношению к ветру. 

3. Соединительные детали. Позволяют делать змеев разборными. Они должны быть прочными. Если змей разборный, возможно множество решений в зависимости от используемого материала и размера змея.

4. Уздечка (привязка) - место крепления воздушного змея. Существует много разных типов уздечек:

Уздечка с одним местом крепления. Самая простая, не требует никакой регулировки, в этом случае угол наклона змея к ветру устанавливает хвост.

Уздечка с двумя местами крепления. В этом случае необходимо специальное регулирующее кольцо, чтобы было возможно менять угол атаки. 

Уздечка с тремя местами крепления. Требует установки специальных кольца и регулирующей детали.

Уздечка с четырьмя местами крепления. Как и в предыдущих случаях, угол атаки будет изменяться посредством специальной стяжки, соединяющей две вспомогательные уздечки.

Очень часто можно встретить модели змеев с килем - цельной деталью из того же материала, что и полотно, который заменяет уздечку с двумя местами креплениями. В этом случае угол атаки остается фиксированным и его уже нельзя менять. В этом случае, чтобы изменить угол атаки, к змею прикрепляются хвосты. 

5. Нить (леер). Леер должен соответствовать размеру змея. Он должен быть крепким и легким. Желательно, чтобы леер легко отцеплялся и прицеплялся к воздушному змею. Для этого обычно используют маленький карабин. Таким же образом можно прикреплять хвосты. Вертлюг предотвратит скручивание леера.

6. Хвост. Является не только украшением воздушного змея, но и зачастую его стабилизатором, устраняя недостатки полета. Он может быть выполнен в виде нескольких тонких лент, одной широкой или в виде тонкой ленты с завязанными на ней бантиками.

7. Катушка для намотки нити. Не пренебрегайте этим аксессуаром. Если запускать змея забавно и весело, то несколько по-другому обстоит дело с его возвращением. Запутанный леер быстро портит удовольствие от полета. Можно спускать змей, не скручивая леер, но тогда разложенная на земле веревка займет много места, а на ее сматывание и распутывание уйдет много времени. Поэтому леер должен быть по возможности намотан на катушку как во время хранения змея, так и во время запуска [5].

I.4.От чего зависит полет воздушных змеев

Глядя на парящего в воздухе воздушного змея, оператор, то есть человек, запускающий его, может быть, захочет узнать, отчего это происходит. Ведь змей тяжелее воздуха, и тот не поддерживает его, как вода поддерживает лодку. Более того, воздушный змей обладает способностью подниматься в воздух, словно аэроплан. Он то подастся назад, то нырнет вниз, и в обоих случаях важную роль играет линь, на котором его запускают. Если линь подтянуть на себя, то змей немного поднимется. Если побежать, одновременно отпуская линь, то змея можно поднять еще выше. А после полета змей снова опускается на землю.

На воздушного змея действуют четыре силы, о которых стоит рассказать подробнее. Это — сопротивление, подъемная сила, сила тяжести и движущая сила. Можно сказать, что змей летает благодаря взаимодействию всех этих сил. Но рассмотрим все их по порядку.

Первая — сила сопротивления. Это означает, что воздух оказывает сопротивление любому движущемуся в нем телу. В этом можно убедиться на простом примере. Возьмите лист картона, придайте ему горизонтальное положение и поводите им из стороны в сторону. Лист легко перемещается сквозь воздух» встречая лишь небольшое сопротивление. А теперь используйте картон как веер, придав ему вертикальное положение. И вы тут же почувствуете разницу. Появилось явное противодействие движению листа, когда воздух действует словно тормоз.

Сопротивление воздуха легко ощутить во время бега. Даже в тихий день можно почувствовать, как вас обтекает воздух, а в ветреный день ветер становится серьезным препятствием, и, чтобы преодолеть его, пешеходу приходится прилагать определенные усилия.

На этих примерах видно, как движущийся объект рассекает воздух, словно лодка рассекает воду. Воздух создает сопротивление движению объекта, тормозя его. Он будто «прилипает» к поверхности предмета, стараясь замедлить и даже остановить его движение, другими словами, преодолеть силы, которые движут предметом.

Но существует сила, направленная вверх. В этом можно легко убедиться. Положите на стол лист писчей бумаги и подуйте поверх стола. Бумага приподнимется и двинется вперед. Подобным образом ученый Джордж Кейли демонстрировал подъемную силу воздуха. Эта сила движет летящим по воздуху листом, обрывком бумаги, поднимающимся самолетом или воздушным змеем.

Из сказанного следует, что змей может летать только тогда, когда расположен под углом к направлению ветра. Другими словами, чтобы взлететь, змей должен находиться под углом по отношению к потоку воздуха. Этот угол называется углом атаки или углом подъемной силы. Если змей занимает положение близкое к вертикальному, то увеличивается сопротивление воздуха и увеличивается подъемная сила. Наоборот, когда змей располагается почти горизонтально, то подъемная сила убывает, и змей не поднимается.

Уже говорилось, что в полете на змея действуют три силы — сила тяжести, сила сопротивления и подъемная сила. Но есть и четвертая, о которой было упомянуто лишь вкратце, это — движущая сила. Сначала покажется удивительным, почему мы говорим о движущей силе, ведь у воздушного змея нет мотора. Но читатель тут же поймет, что движущая сила создается самим оператором и передается змею с помощью линя. Линь действует на воздушного змея как мотор, то есть передает усилие от оператора к самому змею.

Движущая сила эффективна лишь при натянутом лине. Представьте, что мы запускаем воздушного змея при слабом ветре и линь не натянут. Тогда змей будет перемещаться назад и падать вниз. Чтобы исправить это положение, оператор должен натянуть линь и побежать вперед. Это действие равносильно включению мотора. Отвечая на эту движущую силу, змей начнет подниматься вверх. Движущая сила заставляет змея принять такое положение, при котором сила сопротивления превращается в подъемную силу.

Чем больше отпускать линь, тем большее возникает сопротивление. И чем длиннее линь, тем больший вес передается на воздушного змея. В результате змей может начать падать вниз. Движение назад уменьшает угол атаки, и подъемная сила убывает. Это подтверждает, как важна движущая сила, передающаяся змею через линь [6].

Выводы по главе I

Изучив источники информации, мы узнали, что воздушные змеи относятся к древнейшим летательным аппаратам.

Ранее воздушные змеи использовались в проведении научных исследований атмосферы, метеорологических наблюдений, во время военных действий. В настоящее время воздушные змеи применяются исключительно в развлекательных и спортивных целях. Кайтинг — вид спорта, при котором спортсмен передвигается по местности с помощью воздушного змея.

Воздушные змеи бывают разные. Одноплоскостные – это простейшие конструкции. Обладают невысокой подъёмной силой и малой ветровой устойчивостью. Многоплоскостные или коробчатые, которые состоят из отдельных ячеек в форме тетраэдров или параллелепипедов. Важной их особенностью является высокая устойчивость.

Основные конструктивные элементы воздушного змея: жёсткий каркас, поверхность из материи или бумаги, покрывающая каркас, наматываемый на лебёдку или катушку леер (пеньковая верёвка, стальной трос, прочная нить); уздечка для крепления к воздушному змею леера и органы устойчивости (хвост).

Змей поднимается и парит в воздухе, потому что на него действует подъёмная сила. Появление подъёмной силы связано с разной скоростью движения воздуха, создающей разное давление с нижней и верхней сторон летящего предмета. В воздухе змей находится в наклонном положении, потому что его удерживает бечёвка. При таком положении давление воздуха в передней части змея ниже, поэтому он не только поднимается, но и летит вперёд, набирая скорость.

Глава II. Воздушный змей. Какой лучше?

В рамках практической части исследования мы выделили следующие этапы:

1.Изучение способов изготовления воздушных змеев в домашних условиях.

2.Сравнивание воздушных змеев из магазина и сделанных своими руками.

3.Созданиеброшюры и канала на youtube с рекомендациями по изготовлению и запуску воздушных змеев.

II.1.Изготовление воздушных змеев в домашних условиях

Рассмотрев схемы изготовления воздушных змеев в источниках информации и апробировав некоторые из них, мы сделали подборку самых удачных схем, усовершенствовав их (Приложение 5).

В летнем школьном лагере мы провели опрос, с целью узнать запускают ли мои сверстники воздушных змеев. Выяснилось, что ребята любят смотреть как запускают воздушных змеев, сами запускали лишь 2-е опрошенных. Остальным ребятам родители воздушных змеев не покупали. Тогда мы спросили о том, хотели бы ребята научиться сами делать воздушных змеев. Все ответили положительно. Тогда мы провели мастер-класс по изготовлению воздушных змеев, с последующим их запуском. Ребятам это очень понравилось (Приложение 6).

II.2.Сравнивание змеев, приобретённых в магазине и сделанных самостоятельно

Конечно же змеи, приобретённые в магазине, намного красивее и аккуратнее, но, к сожалению они не летают так, как хотелось бы. Их приходится усовершенствовать, прикрепляя или удлинняя хвост. Тогда они радуют полётом на высоте 100м. Но покупные змеи быстро ломаются и рвутся. Тогда становится жалко денег (от 99 р. и больше) и времени, потраченное на их переделывание.

Воздушные змеи, которые мастеришь сам или с друзьями, родителями, доставляют больше радости, потому что это твоё изобретение.На материал для их изготовления тратится намного меньше денег, тем более, если всё можно сделать из подручных средств (2 трубочки для коктейля – 1рубль+ лист цветного картона по 4р, или цветная бумага по1р.). Можно сделать воздушного змея из пакета для мусора и реек.

Проведя запуск воздушных змеев из магазина и сделанных дома, мы сделали вывод, что служат они одинаковое количество времени.

II.3. Создание канала на youtube

Научившись делать воздушных змеев быстро и качественно, мы решили создать свой канал на youtube и туда выкладывать видео с моими мастер-классами по изготовлению воздушных змеев (https://www.youtube.com/watch?v=qJbZOIOWEu8). Также разработали брошюру по изготовлению и запуску воздушных змеев (Приложение 5).

Выводы по главе II

В практической части нашего исследования мы:

1.Изучили способы изготовления воздушных змеев в домашних условиях и составили брошюру со схемами.

2.Сравнили воздушных змеев из магазина и сделанных своими руками по качеству полёта и затратам и сделали вывод, что змеи, сделанные своими руками, запускать намного интереснее и расходы на их изготовление намного меньше.

3.Создали свой канал на youtube с рекомендациями по изготовлению и запуску воздушных змеев.

Заключение

В результате проведенного исследования, мы решили поставленные задачи и получили следующие результаты.

На первом этапе мы подобрали и проработали литературу по теме исследования.

Познакомились с историей появления и применения воздушных змеев.Узнали, что ранее воздушные змеи использовались в проведении научных исследований атмосферы, метеорологических наблюдений, во время военных действий. В настоящее время воздушные змеи применяются исключительно в развлекательных и спортивных целях.

Ознакомились с классификацией воздушных змеев.Воздушные змеи бывают разные. Одноплоскостные – это простейшие конструкции. Обладают невысокой подъёмной силой и малой ветровой устойчивостью. Многоплоскостные или коробчатые, которые состоят из отдельных ячеек в форме тетраэдров или параллелепипедов. Важной их особенностью является высокая устойчивость.

3.Узнали из каких элементов состоит воздушный змей: жёсткий каркас, поверхность из материи или бумаги, покрывающая каркас, наматываемый на лебёдку или катушку леер (пеньковая верёвка, стальной трос, прочная нить); уздечка для крепления к воздушному змею леера и орган устойчивости (хвост).

4.Узнали от чего зависит пролет воздушного змея: змей поднимается и парит в воздухе, потому что на него действует подъёмная сила. Появление подъёмной силы связано с разной скоростью движения воздуха, создающей разное давление с нижней и верхней сторон летящего предмета. В воздухе змей находится в наклонном положении, потому что его удерживает бечёвка. При таком положении давление воздуха в передней части змея ниже, поэтому он не только поднимается, но и летит вперёд, набирая скорость.

5.Изучили способы изготовления воздушных змеев в домашних условиях, провели мастер-класс по изготовлению воздушных змеев среди сверстников и составили брошюру.

4.Сравнили воздушных змеев из магазина и сделанных своими руками. Пришли к выводу, что змеев, сделанных своими руками запускать интереснее.

5.Создали свой канал на youtube с рекомендациями по изготовлению и запуску воздушных змеев.

В результате проведённого исследования мы достигли поставленной цели: изучили летательные свойства воздушных змеев.

Наша гипотеза о том, что змей, созданный своими руками, летает лучше, нежели змей, приобретённый в магазине, подтвердилась.

В дальнейшем хотим продолжить работу по изготовлению воздушных змеев более сложной конструкции.

Источники информации

1.http://www.aviatoys.ru/docs/o-vozdushnyh-zmeyah/klassifikaciya-vozdushnyx-zmeev - классификация воздушных змеев.

2.http://история-вещей.рф/igryi/istoriya-vozdushnogo-zmeya.html- история воздушных змеев.

3.http://itgsol.ucoz.com/news/vsemirnyj_den_vozdushnykh_zmeev/2013-10-13-373 история воздушных змеев

4.https://krylat2.livejournal.com/21816.html стих

5.https://lubagira.livejournal.com/2975.html- элементы воздушного змея

6.http://stydopedia.ru/2x30ac.html- почему летают воздушные змеи

7.https://ru.wikipedia.org/wiki/Воздушный_змей- применение воздушных змеев

Приложение 1

Долгожданный подарок от деда Мороза

Приложение 2

П
арение воздушного змея после усовершенствования

Приложение 3

Классификация воздушных змеев

Таблица 1 «Плоские воздушные змеи»

Flat и Bowed

 

Прямоугольный воздушный змей

 

Ромбовидный воздушный змей

 

Delta - Дельта

 

Роккаку-шестиугольный японский змей

 

Bermuda- Бермудский воздушный змей

 

Таблица 2 «Коробчатые воздушные змеи»

Ромбический

 

Поттера

 

Таблица 3 «Бескаркасные воздушные змеи»

Sied(сани)

 

Sledfoil

 

SuperSledfoil

 

Таблица 3 (продолжение)

FlowForm

 

КайтNasa Para Wing (NPW)

 

Parafoil (Парафойл)

 

Надувной

 

Приложение 4

Р исунок «Основные элементы воздушного змея»

Приложение 5

Схемы по изготовлению воздушных змеев

Змей-монах.

Вначале нужно вырезать избумаги квадрат. Лучше использовать лист А4, поскольку оптимальная длина стороны квадрата составляет около 25 см;

2.Сложите квадрат по диагонали, в полученном треугольнике сверните стороны к диагонали. В результате получится всем известный бумажный самолетик. Края согнутых сторон (крыльев самолетика) сверните еще раз к диагонали квадрата. Таким образом, у вас получится гармошка. Места сгиба тщательно проглаживаем;

3.Разворачиваем полученную конструкцию. В уголках гармошки, расположенных в центре, делаем небольшие отверстия, куда будет крепиться уздечка;

4.Для изготовления уздечки берем нитку длиной около 30 см. Продеваем нитку в отверстие, завязываем на узелок (для прочности можно эти места проклеить скотчем). Чтобы проверить правильность длины уздечки, сложите вдвое нитку, прикрепленную к бумаге, она должна достигать середины линии носа змея. Точно по центру готовой уздечки делаем петлю для крепления леера;

5.Для того чтобы сделать хвост, берем ленту шириной около 1,5-2 см. Длину вычисляем по диагонали квадрата или линии носа змея (она должна быть не менее 50 см). Чтобы прикрепить хвост в нижнем углу конструкции, сделайте отверстие, проденьте хвост и закрепите его скотчем или клеем. Для хвоста можно также использовать тонкую бумагу или несколько отрезков ниток, соединенных в одну;

6.К петле на уздечке привязываем леер с катушкой для намотки. В качестве катушки можно использовать часть соломинки для коктейлей или небольшую палочку;

7.На последнем этапе разукрасьте полученного воздушного змея.

Воздушный змей из палочек для коктейлей.

1.Берём лист цветного картона формата А4. По ширине находим середину, по высоте 1/3. Ставим точки и соединяем их. Получаем ромб.

2.По центру, при помощи скотча прикрепляем палочки для коктейля, перекрещивая их. Это место можно заранее сцепить степлером.

3.В месте перекрещивания палочек прикрепляем катушку с нитками (можно изготовить самостоятельно).

4.Снизу прикрепляем хвост (лента шириной 1,5-2 см и длиной не менее 50 см).

Змей готов.

Змей из полиэтилена.

1.Две рейки (60 и 30 см) сложите крестом так, чтобы короткая пересекала длинную на высоте одной четверти от общей длины.

2.Свяжите их скотчем или верёвкой.

3.Наложите получившийся крест на полиэтиленовый пакет (можно использовать цветные мешки для мусора либо пакет из магазина).

4.Вырежьте полотно в форме ромба, оставляя небольшой запас.

5По периметру можно натянуть леску.

6.Натяните полиэтилен на реечный крест, запас подверните и проклейте скотчем.

7.К месту пересечения палок и к нижнему углу ромба привяжите по леске. На всякий случай сделайте несколько оборотов и хорошо зафиксируйте.

8.Свяжите лески между собой узлом, к которому прикрепите леску с катушкой. Получается уздечка.

9.К концу осевой палки скотчем прикрепите хвост, также вырезанный из целофана.

Для того чтобы змей хорошо летел, его хвост должен быть в 10 раз длиннее основания.

Приложение 6

Мастер – класс по изготовлению воздушных змеев в летнем лагере

Приложение 7

Изготовление воздушного змея в домашних условиях

Просмотров работы: 385