Воздушный змей — родственник самолете
Планерный спорт очень увлекателен. Хотя планер и тяжелее воздуха, он способен долго парить высоко над землей, поддерживаемый мощными потоками воздуха. Сейчас начинает распространяться новый интересный вид спорта — полет на дельтаплане. Он похож на воздушный змей и планер. Правда, планер значительно упрощенный— от планера остались только крылья, превращенные в большую несущую плоскость, а фюзеляж заменен летящим человеком. Да и спортивные воздушные змеи поднимают человека при благоприятном встречном ветре, при разгоне на лыжах на горном склоне или при разгоне с помощью катера на водных лыжах. Если для движения парусных лодок и кораблей желателен попутный ветер, то для полета планера или змея совершенно необходим встречный ветер.
Во всяком движущемся потоке (воздушном или водяном) давление по сравнению с давлением в окружающей среде уменьшается. Проделаем несколько опытов и посмотрим, что при этом происходит.
Нам понадобятся толстая резиновая трубка диаметром 0,5–1 сантиметр и целлулоидный шарик от настольного тенниса. Возьмите в рот конец трубки (предварительно вымойте ее), загните вверх другой ее конец и, дуя в нее, поместите над открытым концом трубки шарик. Шарик будет подпрыгивать на струе, но в сторону не упадет. Он как бы находится в воздушной воронке.
В этой воздушной воронке воздух, как и во всяком потоке, имеет пониженное давление, а атмосферное давление окружающего воздуха поддерживает шарик, не дает ему соскочить со струи.
Для этого опыта не требуется никакой тренировки, его может проделать каждый с первого раза. Надо только непрерывно дуть.
Чтобы посмотреть, что происходит, когда мы имеем дело с водяным потоком, проделайте следующее. Прилепите пластилином к тому же шарику нитку, откройте кран водопровода или умывальника и поднесите к водяной струе шарик, держа натянутую нитку в руке. Вода как бы присосет к себе шарик, и он, прилипнув к струе, будет около нее находиться, даже если вы конец нитки отведете в сторону. Шарик будет висеть на наклонной нити, натягивая ее. В струе давление понижено, и окружающий воздух прижимает шарик к струе.
Нам нужно проделать несколько опытов, связанных с большой высотой. Для этого мы построим воздушный змей и даже не один, а разных конструкций. Они дадут нам возможность осуществить миниатюрный спуск на парашюте и мягкую посадку без парашюта. Ведь на тех планетах, где нет атмосферы или она сильно разрежена, парашют бесполезен, а чтобы спускаемый аппарат или сам корабль не разбился, ему нужно обеспечить мягкую посадку.
Прежде чем приступить к изготовлению воздушных змеев, рассмотрим, как змей взлетает, почему он держится в воздухе.
Когда плоская поверхность змея обтекается быстрым воздушным потоком, попросту говоря — ветром, и немного наклонена в нем, воздух нажимает на плоскость змея, создается так называемая подъемная сила, которая и поднимает змей в воздух. Если ветер отсутствует, змей не полетит. При слабом ветре для запуска змея нужно обеспечить подъемную силу, создав воздушный поток искусственно. Для этого следует разбежаться со змеем, и если выше над землей ветер дует сильнее, то он подхватит змей, и тогда можно будет, стоя на земле, управлять его полетом.
У самолетов есть двигатели, и для них встречный поток создается искусственно во время быстрого движения самолета, сначала по земле, а потом и в воздухе.
Воздушные змеи разных конструкций
Изготовим самый простой воздушный змей. Материал для его изготовления — бумага и тоненькие сухие планки, вырезанные из сосновой доски. Чем тоньше вы вырежете планки, тем легче будет змей, но при этом, конечно, не должна нарушаться его прочность.
Склейте рамку со сторонами 65x45 сантиметров. По диагоналям рамки приклейте еще две планочки, а в месте пересечения крепко их свяжите суровой ниткой. Да и все склеенные соединения рамки хорошо для надежности связать нитками. Затем нужно взять кусок тонкой, но прочной бумаги и приклеить его к рамке и ее перекрещивающимся диагоналям. Бумага должна быть немного больше каркаса.
Выступающие края нужно загнуть вокруг планок и заклеить. Чтобы не утяжелять змей, вполне достаточно, если заклеиваемые полоски будут шириной 1–1,5 сантиметра.
Возьмите тонкую прочную бечевку, привяжите ее к двум углам узкой стороны змея. Петля, если ее натянуть, должна образовать равнобедренный треугольник с боковыми сторонами по 39 сантиметров. К середине крестовины привяжите еще одну тонкую бечевку длиной немного больше 33 сантиметров. Второй конец привяжите к середине петли. К месту соединения привяжите тонкую бечевку, намотанную на катушку или на деревянную дощечку с вырезами на концах. К противоположной стороне змея привяжите за углы каркаса длинный хвост — в 2–3 метра. Хвост может быть сделан из полосок материи, связанных вместе. Хвост нужен для придания змею устойчивости в полете. После пробного запуска вы сами увидите, надо ли хвост удлинить, или укоротить, или просто утяжелить его конец. Возможно, поправлять хвост придется при каждом запуске змея, это будет зависеть и от ветра.
Когда все готово, нужно дождаться подходящего ветра. Слабый ветер может быть недостаточен для подъема змея, а очень сильный моментально его поломает.
Запускать змей лучше всего вдвоем. Один держит змей и бежит с ним против ветра, другой держит катушку с бечевкой, или, как ее называют, леером. Разбежавшись, попробуйте отпустить змей. Если ветер его подхватил, то теперь нужно постепенно отпускать, «травить» леер. Отпуская леер, можно добиться, что змей постепенно начнет набирать высоту. И, поднявшись на большую высоту— 100–200 метров, будет висеть в воздухе.
Для успешного запуска змея нужно, чтобы его «уздечка», бечевки, к которым привязан леер, так располагала плоскость змея, чтобы она имела наклон примерно в 30–40 градусов по отношению к горизонту. Этому наклону способствует и хвост.
И еще одно важное требование: никогда не запускайте змей вблизи проводов, деревьев, домов… Змей можно запускать только за городом, на открытом месте.
Добившись успеха с простым змеем, научившись хорошо его запускать, сделайте более устойчивый в полете коробчатый змей. Этому змею хвост не нужен, устойчивость в полете ему обеспечивает его форма.
Для его изготовления понадобятся тонкие сосновые рейки (их можно вырезать из толстой доски) и немного ситца. Для запуска в качестве леера используем капроновую рыболовную леску. Она легка и прочна.
Приступим к изготовлению.
Из сухой сосновой доски надо выпилить четыре рейки квадратного сечения (8x8 миллиметров) длиной до 100 сантиметров.
Это будут продольные рейки каркаса змея — лонжероны.
Нужно выпилить еще четыре рейки: две рейки по 50 сантиметров и две рейки по 87,5 сантиметра сечением 8х4 миллиметра. Это будут поперечные распорки каркаса. На их концах сделайте «вилки», чтобы они не соскальзывали с лонжеронов, когда змей будет собран.
Змей сделаем разборный. Тогда его будет удобно перевозить. Возможно, вы живете в городе, а запускать змей поедете за город. Собрать змей можно быстро.
Вилки на концах распорок делаются из коротких кусочков реек с меньшим сечением — 8х2 миллиметра, крепко привязанных к рейкам распорок. Перед тем как их привязывать, смажьте соответствующие стороны столярным клеем. Привязывать лучше всего суровой ниткой.
Соберите каркас. Распорки нужно поставить по концам продольных реек и места их пересечений перевязать суровой ниткой. Для того чтобы каркас не рассыпался, обвяжите его посередине в двух местах шпагатом. Теперь перейдем к изготовлению несущих плоскостей. Нужно замерить периметр ромба каркаса и изготовить из ситца две ленты шириной по 25 сантиметров. Края должны быть загнуты и прошиты на швейной машинке. Укрепите четырьмя мелкими гвоздиками или временно кнопками один конец ленты на конце одного из лонжеронов (лучше на той рейке, которая образует один из острых углов ромба). Промажьте клеем те места рейки, на которые ляжет материя, и натяните на них ткань. Обойдя ромб, хорошо натянув материю, закрепите с помощью клея и трех-четырех мелких гвоздиков конец полоски. Чтобы обеспечить хорошее натяжение материи, ее следует предварительно намочить и натягивать в мокром виде. Когда она высохнет, будет плотно облегать каркас змея. То же самое проделайте и со второй полоской. Если будет нужно, поправьте распорки, придайте змею правильную форму, чтобы он не был перекошен.
Можно прикреплять материю и другими способами, например пришив к полоске материи в тех местах, где она огибает лонжероны, специальные «карманы», в которые будут вставляться лонжероны.
От тщательности изготовления змея будут зависеть и его летные качества. «Уздечку» из тонкой крепкой бечевки надо прикрепить к лонжерону тупого угла ромба. Один конец бечевки прикрепите к самому концу лонжерона. Второй конец этой бечевки (длина ее один метр) привяжите к рейке в том месте, где проходит внутренний край задней матерчатой полосы, то есть на расстоянии 25 сантиметров от конца змея. Привяжите еще одну бечевку к рейке у внутреннего края передней полоски материи, то есть на расстоянии 25 сантиметров от начала змея. Второй конец второй бечевки привяжите к первой бечевке на расстоянии 25 сантиметров от ее переднего конца.
Леер нужно привязывать к «уздечке» в зависимости от силы ветра. Чем сильнее ветер, тем ближе к месту соединения двух бечевок его надо привязывать. В этом вы убедитесь на практике. Подробности конструкции коробчатого змея вы найдете на рисунке.
Запускать змей нужно вдвоем при достаточно сильном ветре. Один держит змей, второй держит моток с леером. Пробежав против ветра, держа змей над головой, попробуйте его отпустить, но если он не поднимается, нужно успеть поймать его, чтобы он не поломался, упав на землю. Если ветер достаточной силы и подхватил змей, постепенно отпускайте («травите») леер, и змей постепенно будет набирать высоту.
У коробчатого змея больше несущих плоскостей, чем у простого, его можно сравнить с бипланом, самолетом, у которого две пары крыльев.
Когда вы научитесь оценивать силу ветра и приобретете навыки в запускании змеев, проделайте несколько занимательных опытов, для которых нужна большая высота. На большой высоте змей ведет себя более устойчиво. Ветер на большой высоте дует спокойнее. У поверхности земли происходят завихрения воздушного потока, поэтому при запуске нужно поскорее поднять змей повыше.
Воздушная почта
Это самый простой опыт со змеем. Его можно проделать со змеем любой конструкции. Из плотной бумаги нужно вырезать бумажный круг диаметром 20–30 сантиметров, проделать в его центре отверстие и разрезать круг по радиусу. Затем из той же плотной бумаги надо свернуть цилиндрик длиной 5–8 сантиметров, диаметром меньше одного сантиметра. Когда змей будет запущен, попросите товарища подержать леер, а теперь можно, развернув цилиндрик, надеть его на леер и снова свернуть трубкой. На цилиндрик наденьте бумажный кружок, заведите один край разреза за другой и сколите края булавкой. Получился бумажный конус, плотно сидящий на бумажной трубке. Продвиньте его вверх по лееру. Ветер его подхватит и доставит к самому змею. Но обратно он к вам не вернется, пока не спустится змей.
Спуск на парашюте
Вы хорошо знаете, что когда космонавты возвращаются из космоса на Землю, они заключительную стадию приземления осуществляют в спускаемом аппарате на парашюте.
Изготовьте из тонкой медной проволоки диаметром не больше 0,5 миллиметра рамочку, которую можно легко подвесить на леере, загнув свободные концы в петельки. Петельки должны охватывать леер свободно.
Вдоль рамочки в дополнительные петельки проденьте кусочек медной проволоки (назовем его «подвижным стержнем»). Один его конец, который ближе к змею, нужно загнуть свободной петелькой вокруг леера на несколько сантиметров впереди рамочки. Другой конец подвижного стержня, после того как он будет продет в петельки подвижной рамки, загните на 180 градусов. К этому концу нужно подвесить наш «спускаемый аппарат» — резиновый мячик с привязанным к нему небольшим парашютиком, сшитым из материи. Чтобы парашютик не складывался, сделайте для него из тонкой проволоки ободок. В верхней части купола парашютика должно быть небольшое отверстие.
У самого змея, на метр не доходя до него, на леере сделайте упор (кусочек палочки, захлестнутый двумя петлями леера).
Когда змей будет запущен и вы подвесите к лееру рамку с парашютиком и «спускаемым аппаратом», проверьте, чтобы все детали устройства передвигались свободно и чтобы парашютик не соскользнул с крючка подвижного стержня (см. рисунок), когда ветер понесет его вверх по лееру. Когда все проверено, можно запустить наш автомат. Ветер подхватит парашютик, и вся система заскользит вверх по лееру.
Передний конец подвижного стержня дойдет до упора около самого змея, стержень остановится, а рамка будет еще немного скользить — ведь ее тянет вперед парашютик. Нижний конец стержня сдвинется в рамке, петля, на которой висит «спускаемый аппарат», соскользнет с крючка подвижного стержня, парашютик освободится и, подхватив «спускаемый аппарат» (мячик), доставит его на землю. Автоматическое приспособление, которое выполнило свою задачу, лишившись парашютика, который тянул его вверх, соскользнет по лееру к вам в руки.
Этот опыт может сразу и не удаться — все зависит от силы ветра. Следите за тем, чтобы все соединения были свободны, а автомат и парашют достаточно легкими. Возможно, подвижной стержень автомата нужно будет сделать из более толстой проволоки. Может быть, потребуется изменить размер рамки. К этому опыту следует подойти творчески, проявить свою инициативу и смекалку. Пусть первая неудача не огорчает вас. Дождитесь подходящего ветра и повторите опыт.
Опыт мягкой посадки
Чтобы «спускаемый аппарат» опустился на землю, не испытав сильного удара, мы воспользуемся реактивным двигателем, который сможет погасить скорость падения.
Наш опыт будет носить условный характер, потому что на Земле есть атмосфера. Будем считать, что мы находимся не на Земле, а на Марсе, Меркурии или на Луне, и применим для гашения скорости реактивный двигатель.
К автоматическому приспособлению, которым мы пользовались для спуска с летящего змея на парашюте, к крючку подвижного стержня подвесьте на петле «спускаемый аппарат» с реактивным двигателем. А к рамочке привяжите парашютик, которым мы уже пользовались в прошлом опыте. Парашютик нам понадобится, чтобы доставить «спускаемый аппарат» вверх к месту, с которого аппарат полетит вниз.
«Спускаемым аппаратом» в этом опыте будет шарик из пластилина. Внутри него должна быть вставлена тонкая мягкая резиновая трубка. Роль реактивного двигателя у нас будет выполнять воздушный шарик. Прежде чем его надуть, вставьте в него конец мягкой резиновой трубки, проходящей через наш пластилиновый «спускаемый аппарат». Место соединения трубки и воздушного шара обмотайте ниткой, а другой конец трубки после надувания шара загните и хорошо зажмите прищепкой для сушки белья. К прищепке нужно приделать суровую нитку. Второй конец нитки привяжите к подвижному стержню автомата. Надутый шарик со спускаемым аппаратом подвешивается к концу подвижного стержня точно так, как в предыдущем опыте мы подвешивали «спускаемый аппарат» — мячик.
Когда все будет готово, змей запущен, автоматическое приспособление со «спускаемым аппаратом» надето на леер змея, ветер потянет парашютиком наше устройство вверх. Как только конец подвижного стержня дойдет до упора и остановится, «спускаемый аппарат» соскользнет с крючка стержня и полетит вниз, нитка выдернет прищепку. Воздушный шарик со «спускаемым аппаратом» начнет падать вниз. Воздух из шарика будет с силой выходить через трубку по направлению к земле. «Спускаемый аппарат» мягко опустится на землю.
Конечно, это не «чистый опыт», на мягкость посадки повлиял окружающий воздух, но все-таки был применен реактивный двигатель.
Чтобы успешно провести этот опыт, нужно заранее отработать все его элементы.
Во-первых, проверить, достаточно ли силен ветер, чтобы поднять вверх по лееру наше устройство.
Во-вторых, добиться, чтобы бельевая прищепка обеспечивала сохранение воздуха в воздушном шарике и в момент освобождения «спускаемого аппарата» легко соскакивала со своего места, открывая воздуху выход из шара.
Все эти элементы опыта отработайте на земле и воспользуйтесь такой силой ветра, чтобы опыт получился хорошо.
Стыковка воздушных змеев
Сейчас слово «стыковка» стало очень популярным. Оно сразу напоминает о соединении двух космических кораблей или соединение космического корабля с орбитальной станцией. Это очень трудный маневр. Здесь требуется большая точность во время запуска космических кораблей и большое умение и находчивость экипажей.
Стыковка — термин, обозначающий соединение. На железнодорожном транспорте происходит сцепка соединительных устройств вагонов. Это происходит довольно просто. Вагоны катятся по рельсам, и им ничего не остается, как соединиться.
Когда нужно соединить в космосе два корабля, где отклонения возможны и вверх и вниз и в стороны, надо проявить большое мастерство.
Мы с вами попробуем произвести стыковку, вернее, сцепление двух коробчатых змеев, парящих в воздухе. Этот маневр не всегда удается, потому что зависит не только от качества змеев и искусства операторов, но и от ветра.
Во время выполнения этого маневра очень важно, чтобы ветер был не порывистый, чтобы он дул ровно. Тогда змеи могут довольно устойчиво «стоять» на месте. Конечно, успешное проведение этого опыта будет зависеть и от сноровки и находчивости его участников.
Подберите две бригады по три человека в каждой и одного «диспетчера», который будет руководить проведением опыта.
Что нужно для опыта?
Прежде всего у вас должно быть два совершенно одинаковых коробчатых змея. Каждый змей будет запускаться на двух леерах. Крепиться леера будут в одной точке, где они привязываются к уздечке. Место крепления следует строго подобрать по силе ветра.
Нужно сделать приспособления для сцепки змеев. На том змее, который будет находиться впереди, в его задней части крепко привяжите полукольцо, изготовленное из ивового прута, с которого предварительно снята кора. После снятия коры прут надо согнуть в дугу и хорошо высушить в согнутом виде.
На втором змее к лонжеронам передней части привяжите приготовленный таким же способом, как и полукольцо первого змея, крючок, согнув петлей ивовый прут. Ивовый прут для второго змея должен быть немного длиннее, чем заготовка для полукольца первого змея. Гнуть прут следует постепенно. Когда согнете петлю будущего крючка, свяжите суровой ниткой место пересечения концов прута, немного согните петлю и, согнув концы прута, привяжите их к продольным рейкам змея. Применяя суровые нитки и легкие вспомогательные планки, крючку можно придать нужную форму. Когда петлеобразный крючок и полукольцо хорошо высохнут, их можно будет отвязывать для удобства перевозки, а на месте запуска снова привязывать к змеям.
При запуске змеев, а запускать их нужно последовательно и на большом расстоянии друг от друга, у каждого змея должно быть три человека. Двое держат по одному лееру, а один держит над головой змей. Впереди должен находиться змей с полукольцом, а сзади змей с крючком. Когда змеи достигнут одинаковой высоты, нужно задний змей приблизить к переднему. Седьмой участник— «диспетчер» нашего эксперимента — должен издали следить за сближением змеев и четко подавать команду. Если с первого захода сцепление не произошло, надо передний змей немного увести вперед и затем повторить маневр.
Если почему-либо во время опыта один леер обмотался вокруг другого, не пытайтесь распутывать их, когда змеи в воздухе. Опустите, распутайте и запустите снова.
Ни в коем случае нельзя запускать змеи во время грозы и перед грозой.
Очень может быть, что когда змеи будут сцеплены, их аэродинамические качества несколько нарушатся, и тогда змеи придется быстро опустить. К этому надо быть готовым.