Воздушный змей — это одна из любимейших игрушек и развлечений на свежем воздухе наших родителей, а также дедушек и бабушек, которые по известным причинам не имели всевозможных гаджетов и дорогих игрушек. Простота конструкции и доступность материалов сделали воздушного (или бумажного, как его еще называют) змея распространенным развлечением, в былые времена его умел делать каждый мальчишка. Пришло время и нам познакомиться с его нехитрым устройством. Ведь, несмотря на огромное количество известных моделей самых разных размеров и форм (не говоря уже о расцветках), в основе всех их лежит один аэродинамический принцип.
Оглавление:
Немного истории
Первые зафиксированные упоминания о воздушных змеях относятся к Китаю 2-го века до нашей эры (это, считайте, 22 столетия или две тысячи двести лет!), только тогда их именовали “драконами”. Там они, в основном, использовались в войсках с целью передачи информации (сигнальная функция), а также для устрашения суеверных противников.
И лишь полторы тысячи лет спустя изобретение, доведенное до высочайшего технологичского уровня тех времен, попало в Европу, где на протяжении пятисот лет ему не находилось лучшего применения, чем в качестве игрушки. Простая конструкция змея была доступна даже детям из самых низких и бедных слоев общества и служила одной из немногих радостей в их трудной жизни.
Ситуация изменилась, когда в середине 18-го века воздушные змеи попали в поле зрения ученых, а затем и военных. Способность этих летательных аппаратов подниматься на большую высоту послужила развитию метеорологии, зарождению авиации (знаменитые эксперименты А.Ф.Можайского),
делу изучения свойств грозы и защиты от нее (Бенджамин Франклин таким образом выяснил электрическую природу молнии и изобрел громоотвод, а Михайло Васильевич Ломоносов тоже вроде как, параллельно с американским коллегой и независимо от него, пришел к тем же выводам); один из изобретателей радио А.С.Попов поднимал с воздушными змеями свои первые радиоантенны.
Военное применение интересующего нас аппарата было довольно развито, преимущественно на флоте: поднимаемый в воздух на конструкции из нескольких коробчатых змеев разведчик мог наблюдать за передвижениями кораблей противника на немыслимых по тем временам расстояниях в 35 миль и более, оставаясь при этом незамеченным из-за выпуклой формы земной поверхности. В сухопутных военных операциях воздушные змеи применялись реже.
Сегодня запуск воздушных змеев — это увлекательный и зрелищный вид спорта: управляемые 2-х и 4-леерные аппараты способны даже выполнять фигуры высшего пилотажа! Кайтинг — еще один вид спорта с использованием управляемого воздушного змея, только в качестве движущей силы, наподобие паруса. К стати, змей-парус, использованный на грузовых морских судах в качестве дополнительного движителя, позволил сэкономить за рейс около 30% топлива!
Ну а нам остается только смастерить простого змея и отправиться с ним на открытую площадку, чтобы поймать ветерок и насладиться видом парящего на высоте потомка древних “драконов”. Кто знает, может эта невинная забава станет вашим большим хобби на всю жизнь, а в изготовлении воздушных змеев вы станете настоящим мастером, наставником и примером для других энтузиастов.
Надо сказать, что, начиная с 1985 года, каждую второе воскресенье октября (независимо от выпадающего на этот день числа) отмечается Всемирный день воздушных змеев!
Конструкции воздушных змеев
Все разнообразие воздушных змеев сегодня представлено несколькими основными типами в зависимости от конструктивных особенностей. Вариантов же расцветки, раскраски и стилизаций может быть множество в зависимости от фантазии конструктора: главное, чтобы были соблюдены правильные соотношения основных элементов, о которых расскажем чуть ниже.
Основная классификация воздушных змеев выглядит так:
Каркасные:
- Плоские:
— управляемые;
— неуправляемые.
- Коробчатые.
Бескаркасные:
- Кайт — используется в качестве тягового движителя в упоминавшемся выше виде спорта кайтинге.
- Парафойл — принцип действия заключается в наполнении ветром специальных внутренних полостей через воздухозаборники. Парафойлы часто делают в виде различных животных, драконов и птиц.
- Флоуформ — отличается от парафойла тем, что воздух, поступая в передние воздухозаборники, выходит через отверстия сзади и внизу змея, обеспечивая более стабильное положение в воздухе, поэтому нередко используются для фото- и видеосъемки.
Нас же интересует первая категория — каркасные неуправляемые и простые коробчатые воздушные змеи, которые реально построить в домашних условиях (в отличие от бескаркасных) и научиться запускать.
Для изготовления змеев нужно запастись:
- листами плотной бумаги;
- другими воздухонепроницаемыми материалами вроде полиэтиленовой пленки;
- легкими и прочными деревянными рейками;
- прочными нитками, клеем, скотчем;
- разноцветными ленточками, бантиками и т.п. для оформления хвоста вашего змея;
- длинной (100-200 метров), крепкой рыболовной леской на катушке.
Мы опишем лишь три конструкции — две плоских и одну коробчатую, однако в действительности умельцами создано намного больше моделей, в основном, за счет стилизаций. Однако всегда начинать нужно с самого простого.
Плоский воздушный змей
Ромбовидный змей
Простейшая и потому наиболее популярная конструкция воздушного змея — плоский, в виде неправильного ромба, с длинным хвостом-стабилизатором. На иллюстрациях ниже хорошо видно, что основа змея — две деревянные рейки или прямые палочки, скрепленные накрест со смещением перпендикулярной (которая чуть короче) ближе к одному концу основной. В неприхотливых сельских условиях часто каркас змея делали из достаточно прочных и необычайно легких стеблей сухого камыша. В месте соединения крепко свяжите палочки нитью, которую для надежности пропитайте клеем.
По периметру получившегося крестообразного каркаса следует натянуть прочную нитку, которая создает тот самый контур неправильного ромба. Чтобы нитка прочно сидела на каркасе, в торцах всех четырех концов проделайте неглубокие пазы, в которые она должна надежно лечь.
И вот тут маленький нюанс: поскольку рейки тонкие и легкие, они с большой долей вероятности расщепятся под давлением нити. Чтобы этого избежать, каждый конец крепко обмотайте ниткой в 1-2 слоя, для надежности промазывая каждый слой клеем. Современные умельцы нередко в данном случае используют скотч.
Что ж, каркас мы сделали, теперь его надо чем-то обтянуть. Нужен легкий воздухонепроницаемый материал. Раньше для этой цели часто использовали бумагу, иногда даже газетные листы (что поделаешь, изобилия материалов в то время не наблюдалось), что вполне могло сойти для одного-двух запусков в не очень ветренную погоду: бумага, особенно газетная, легко рвалась. Сегодня же в нашем распоряжении есть плотный полиэтилен, который, при том, что легкий, обладает достаточной прочностью и не разрушается от порывов ветра, который на высоте всегда сильнее, чем возле земли.
Проще всего взять старый дождевик (дождевой плащ) или разрезать по краю непрозрачный, лучше белый, полиэтиленовый пакет, создавая полотно достаточного размера. На него укладываем наш каркас и вырезаем по контуру требуемый неправильный ромб, оставляя допуски по всему периметру шириной полтора сантиметра. Эти допуски нужны для того, чтобы обернуть их вокруг натянутой по контуру нити. Завернутую кромку фиксируем клеем, в нескольких местах можно дополнительно аккуратно сколоть степлером. И снова обратимся к современным реалиям: у нас ведь есть скотч, так почему бы не проклеить им места соединения завернутой кромки? Скотч легкий, а соединение получится достаточно прочным.
Хвост — обязательный элемент любого плоского воздушного змея. Помимо декоративной функции (украшенный многочисленными яркими разноцветными ленточками и бантиками, он смотрится очень эффектно) хвост осуществляет продольную стабилизацию змея. Сделать хвост можно, привязав несколько длинных разноцветных ленточек к нижнему концу каркаса (более длинная часть продольной палочки).
Другой способ, более популярный, состоит в том, чтобы к длинной прочной нити или леске привязать большое количество декоративных элементов — бантиков, цветочков, бабочек и т.д.
Наличие хвоста, который все время извивается на ветру, повторяя траекторию парящего полета основной части, действительно напоминает мифического змея-дракона, особенно, если раскрасить его соответствующим образом.
Наконец, приступим к самому главному элементу — уздечке, которая и отвечает за то, чтобы змей мог подниматься вверх. Состоит уздечка из трех нитей (поводков), один конец которых прикреплен к одному из углов (вершин) ромба, а другие соединены вместе и к точке соединения привязывается леер (иногда его называют фал) — та самая длинная и очень крепкая леска-поводок, за которую вы будете удерживать своего змея, чтобы он не улетел.
Форма уздечки должна быть правильной, поскольку от этого зависит угол наклона плоскости змея по вертикальной оси (т.н. угол атаки), чтобы ветер, толкая змея под правильным углом, создавал подъемную силу.
Немного расчетов
Хотя воздушный змей и прост, такие узлы, как уздечка и хвост, должны иметь правильные параметры.
Начнем с хвоста. Его длина — главный фактор, который, напомним, влияет на стабилизацию полета змея. Существуют специальные формулы для расчета всех параметров воздушного змея, в т.ч. и хвоста, однако нас они пока не интересуют, отметим лишь, что для змея, длина планок которого (как в нашем “ромбическом” случае) составляет 60х40 сантиметров, расчетная длина хвоста составляет от 2-х до двух с половиной метров: наиболее точно следует подбирать опытным путем в указанных пределах.
Уздечка же рассчитывается так. В нашем “ромбическом” варианте длина боковых поводков равна расстоянию от верхней части до одного из концов поперечной палочки (напомним, низ нашего змея — это наиболее длинный конец палочки, к нему привязывают хвост). Длина же верхнего поводка уздечки подбирается опытным путем, добиваясь правильного угла атаки, который должен составлять 45о по отношению к вертикальной оси. Поэтому верхнюю нить берут с некоторым запасом по длине и сам узел делают регулируемым.
Могут быть и другие конструкции уздечек, однако предложенная считается самой “классической” и надежной.
Прямоугольный змей
Еще одна популярная “плоская” конструкция воздушного змея, которую несложно сделать самому. В данном случае берут большой лист плотной бумаги (А3, ватман), по диагонали которого Х-образно (крест-накрест) располагают две деревянные рейки или палочки, прочно соединяя при помощи клея и ниток. В верхней части “икса” из реек (по короткой стороне прямоугольника) к их концам крепится палочка немного большей, чем нужно длины: немного стянутая с концов ниткой, она слегка выгибается наружу, сообщая бумаге (или полиэтилену либо легкой плотной ткани, как пожелаете) в той части форму как бы слегка наполненного ветром паруса.
В ходу разные способы крепления листа к каркасу. Можно прикрепить его только по углам, а можно натянуть периметр из прочной нити или лески, как мы делали в предыдущей конструкции, к которому таким же образом прикрепить полотно, подвернув оставленные полуторасантиметровые допуски и склеив при помощи скотча.
Иногда деревянные рейки крепят по всему периметру змея:
Хвост прямоугольному воздушному змею нужен такой же, как и ромбовидному: можно уменьшить его длину, однако полет змея будет не таким стабильным. Традиционно хвост крепится посередине нижней части прямоугольника к нитке, обеими концами привязанной к концам реек.
С уздечкой, точнее, с ее расчетом, в данном случае проще и ничего подбирать опытным путем не нужно. Здесь также уздечка в форме трехгранной пирамидки, делается из трех нитей (поводков). Две симметричные одним концом привязаны к концам реек в верхней части прямоугольника, их длина соответствует точно половине диагонали прямоугольника и свободными концами сходятся в перекрестье. Третий поводок, центральный, одним концом крепится к перекрестью и его длина равна половине длины прямоугольника, т.е. доходит к его верхней кромке. Все три нити соединяются свободными концами, образуя как бы вершину пирамидки. Напомним, для формирования узла оставьте на каждой нити примерно по одному сантиметру допуска по длине. Соединенные вместе, они образуют уздечку, форма которой обеспечит змею правильный угол атаки. К месту соеднения можно привязать небольшое металлическое кольцо, к которому затем при помощи карабина или надежным узлом крепится леер.
БОНУС: японский змей Роккаку
Предлагаем посмотреть очень подробное видео о том, как в домашних условиях сделать популярного змея Роккаку, который пришел к нам из Японии, где также, по примеру Китая, изготовление воздушных змеев является настоящим искусством.
Коробчатый воздушный змей
Коробчатые воздушные змеи, своей объемной формой действительно напоминающие большую коробку, обладают лучшими летными качествами, чем плоские, хотя многие скажут, что тут все дело в умении запускать. Верно, однако для новичка разница может показаться существенной.
На картинках видно, что представляет собой коробчатый воздушный змей в его простейшем варианте. Это четыре длинные деревянные рейки (лонжероны), соединенные между собой двумя-тремя крестообразными перемычками (крестовинами), сделанными из таких же планок. Крестовины должны быть строго симметричными — планки соединяются под прямым углом и все четыре луча одинаковой длины. В итоге должен образоваться правильный параллелепипед с квадратным сечением.
Главная проблема может получиться с креплением лонжеронов к крестовинам. Предлагается несколько вариантов:
- специальными пластиковыми соединительными тройниками;
- при помощи плоских треугольных косынок или выпиленных лобзиком из фанеры Т-образных тройников по размеру реек — по 8 шт. для каждой крестовины;
- с помощью тонких длинных гвоздиков, заранее просверлив подходящие отверстия в плоскости лонжерона и в торце луча крестовины. Место соединения смазывают клеем, садят на шпильку-гвоздь и плотно стягивают нитками, промазывая слои клеем;
- в торцах крестовины выпиливают треугольное углубление по размеру сечения лонжерона, куда он и усаживается на клей. Далее работаем с нитками, стягивая соединение и промазывая слои клеем.
Вот некоторые варианты соединений крестовины с лонжероном:
Дополнительно всегда можно воспользоваться скотчем или изолентой с хорошим липким слоем.
Получившийся каркас с краев покрывают обтяжкой — полосами воздухонепроницаемого легкого материала (в современных условиях чаще всего используют полиэтилен, например, от мусорных пакетов или дождевика, но можно использовать и плотную бумагу). Придерживаемся простого расчета: каждая из полос обтяжки по ширине составляет одну треть от общей длины каркаса. Таким образом, одна треть змея посередине остается открытой.
Что касается хвоста, то коробчатый змей в нем особо не нуждается, можно запускать и так. В то же время, в сильный ветер хвост поможет змею оставаться в более стабильном положении и не кувыркаться в воздухе с потерей высоты.
Чтобы порывы ветра не разорвали обтяжку, обе ее кромки можно обернуть вокруг заблаговременно натянутой прочной нитки, как мы делали на плоском змее.
Дополнительную прочность и симметричность конструкции может придать равномерно натянутая нить крест-накрест с каждой из четырех сторон нашего параллелепипеда. Затем, после установки обтяжек, можно повторить процедуру, таким образом дополнительно упрочняя конструкцию и укрепляя полотно обтяжки, чтобы оно не обтрепалось под действием ветра. Учитывая ничтожно малый вес всех этих нитей, не бойтесь перегрузить конструкцию, главное внимание обращая на ее прочность.
Уздечка у коробчатого воздушного змея, как правило, состоит из двух или трех нитей-поводков, которые одним своим концом сходятся вместе, а другим крепятся к верхнему концу лонжерона и к этому же лонжерону возле начала второй обтяжки. Третья нить, если решите ее использовать как в некоторых конструкциях, вторым своим концом привязывается к тому же самому лонжерону у нижней кромки верхней обтяжки и служит больше для прочности всей конструкции уздечки; длина ее подбирается таким образом, чтобы при натяжении всех нитей получился нужный угол атаки.
Иногда две нити уздечки крепят ближе друг к другу, с обеих сторон верхней обтяжки. Хорошо зарекомендовали себя такие пропорции: при ширине обтяжки в 48 см более короткий передний поводок составляет 36 см, а задний поводок — 53 см.
Обычно, невзирая на все самые точные расчеты, длину стропок приходится регулировать в полевых условиях, на месте запуска змея.
Напоминаем, на уздечку и леер приходится очень большая нагрузка, особенно с набором высоты: чем выше поднимается змей, тем сильнее ветер, а научные расчеты указывают на то, что подъемная сила увеличивается в геометрической прогрессии, т.е. с увеличением скорости ветра в два раза, подъемая сила увеличивается в четыре! Поэтому позаботьтесь, чтобы для изготовления этих узлов подобрать материал попрочнее.
Запускаем воздушного змея
Лучший друг любого воздушного змея — ровный, без резких порывов, ветер со скоростью 3-5 м/сек. Пробовать запуски можно, впрочем, уже со скорости в 2 м/сек.
Место для запуска должно быть обязательно открытым, чтобы поблизости не было деревьев и линий электропередач.
Сам запуск производится против ветра, с рук или с земли. В некоторых случаях понадобится небольшой разбег, держа змея за уздечку.
Как только вы почувствуете, что змей “поймал” ветер, плавно и понемногу отпускайте леер, наблюдая за подъемом вашего аппарата к небесам.
Для набора высоты немного потяните за леер, делая как бы небольшой “клевок” змеем. Для безопасной и безаварийной посадки нужно плавно, понемногу подтягивать воздушного змея к себе, идя по направлению его движения.
