WikiZero - Повітряний змій
- Каркасні [ правити | правити код ]
- плоский [ правити | правити код ]
- керований [ правити | правити код ]
- коробчатий [ правити | правити код ]
- безкаркасні [ правити | правити код ]
- Кайт [ правити | правити код ]
- парафойл [ правити | правити код ]
- Флоуформ [ правити | правити код ]
open wikipedia design.
слово « змій »Має також інші значення.
Повітряний змій - літальний апарат , Утримуваний з землі за допомогою леера і піднімається за рахунок сили вітру .
Перші згадки про прив'язних літальних пристроях зустрічаються в II столітті до н. е., в Китаї - зовні подібних образу міфічного безкрилого дракона . Приблизно в XII-XIII ст. в Європі вперше дізналися про широке застосування в китайській і монгольської арміях (для залякування супротивника і в якості сигнальних засобів) - прив'язних літальних апаратів особливої конструкції - зовні подібних казковим істотам - « літаючим драконам »- (у вигляді безкрилою товстої змії з короткими лапами і зубастою пащею), що використовують для польоту аеродинамічний принцип створення підйомної сили - вперше створених в Китаї і запозичених в Монголії. Найбільш складні в конструктивному відношенні «дракони» представляли собою наповнюються вітром, порожнисті довгі оболонки складної конфігурації, підкріплені легким каркасом. Технологія виготовлення та техніка застосування «драконів» була відпрацьована на високому рівні. Від повітряних «драконів» згодом сталося власну назву « повітряний змій »Для всіх - аналогічних за принципом створення підйомної сили прив'язних літальних апаратів, різного конструктивного виконання - створюваних в XIII-XIV ст. і в наступні часи [1]
Довгий час змії не знаходили практичного застосування. З другої половини XVIII ст. їх починають широко використовувати при проведенні наукових досліджень атмосфери. У 1749 р А. Вільсон за допомогою повітряного змія виробляв вимірювання температури повітря на висоті. У 1752 р Б. Франклін провів експеримент, в якому за допомогою змія виявив електричну природу блискавки і згодом завдяки отриманим результатам винайшов громовідвід . М. В. Ломоносов проводив аналогічні експерименти і незалежно від Франкліна прийшов до тих самих результатів.
Проводилися досліди по дослідженню атмосферної електрики були надзвичайно небезпечними. 26 червня 1753 року за запуску змія в грозу загинув колега Ломоносова, академік Г. В. Рихман .
У XIX столітті змії також широко застосовувалися для метеорологічних спостережень.
На початку XX століття повітряні змії внесли свою лепту у створення радіо . А. С. Попов використовував змії для підйому антен на значну висоту.
Важливо відзначити використання повітряних зміїв при розробці перших літаків. Зокрема, А. Ф. Можайський , Перш ніж почати будівництво свого літака , Провів серію випробувань з повітряними зміями, які тягнула упряжка коней. На підставі результатів цих випробувань були вибрані розміри літака, які повинні були забезпечити йому достатню підйомну силу.
Практичні можливості повітряного змія привертали увагу військових. У 1848 р К. І. Константинов розробив систему порятунку суден, що зазнають лиха поблизу берега, за допомогою повітряних зміїв. Під час першої світової війни війська різних країн застосовували змії для підйому на висоту спостерігачів-коректувальників артилерійського вогню, розвідки ворожих позицій.
Починаючи з 1985 року, другу неділю жовтня відзначається Всесвітній день повітряних зміїв ( англ. World Kite Day) [2] .
В кінці XIX - початку XX століть повітряних зміїв застосовували для метеорологічних досліджень верхніх шарів атмосфери, фотографування місцевості, в військовій справі [3] , В спортивних цілях і так далі. З розвитком повітроплавальних і авіаційних літальних апаратів повітряні змії стали застосовувати виключно в розважальних і спортивних цілях.
В кінці XIX ст. ÷ початку XX ст. (Аж до широкого впровадження гідролітаків ) Повітряні змії, здатні підніматися на висоту до 1000 фут. (300 м), застосовувалися у військових флотах ряду держав, як допоміжний засіб при веденні розвідки і дозору. Змій виявився досить ефективним на море, де умови для його запуску є найбільш сприятливими; навіть при дуже слабкому вітрі судно може запустити змій, давши відповідний хід; змій портативний і легкий, тому їм можуть забезпечуватися найдрібніші суду. На море змій і повітряна куля доповнювали один одного; при сильному вітрі, коли куля сильно крениться і розгойдується - вести спостереження з нього вкрай незручно; запуск змія найбільш зручний при вітрі; при повній тиші запуск змія утруднений, а куля піднімається найкраще в штиль. При сприятливих погодних умовах по видимості, змій і куля забезпечували скритність виявлення і спостереження ворожих судів, навіть малого розміру, за умови, якщо ці судна значно більші кулі і тим більше змія. На рівній і одноманітній поверхні моря суду виділяються надзвичайно різко, а димлять суду можуть бути виявлені з величезних відстаней. Наприклад, з відстані 35 миль (близько 60 верст), візуально виявити в повітрі куля або змій практично неможливо; з цього ж відстані, внаслідок опуклості землі, неможливо візуально виявити судно, з якого куля або змій запущені; при цьому ворожі суду з цього відстані можуть бути виявлені з висоти польоту змія і кулі. крейсерське судно з запущеним кулею або змієм, тримаючись від противника на встановленої дистанції, мало можливість в світлий час доби абсолютно таємно відстежувати всі переміщення його судів; змій і куля забезпечували спостереження внутрішніх рейдів (оточених з боку моря піднесеними берегами) - виявлення наявності та розташування ворожих судів на рейді; виявлення наявність і розташування берегових батарей, особливо замаскованих - мортирних; висотну коригування ведення вогню силами флоту по противнику. Крім того, досвідченим шляхом було встановлено, в глибину тим краще видно, чим вище підіймаєшся над водою, тому передбачалося, що з висоти можна відкривати міни та стежити за рухом підводних човнів. Ефективність використання повітряних куль і зміїв на море виявилася значно вище, ніж на сухому шляху, де неминуче виникали труднощі з вибором відповідного відкритого вільного місця, де вітер дув б правильно, і була можливість для розбігу - щоб змій піднявся над місцевістю. На сухому шляху виявилося дуже малоймовірно таємно виявити з висоти вилучені, важко помітні ворожі об'єкти легко приховувані складками місцевості, будовами і рослинністю - розміри яких менше кулі і навіть змія (люди, коні, гармати, намети), тоді як куля, або змій в небі , виділяючись над місцевістю видно дуже добре. [4]
В останні роки розвиток отримали так звані пілотажні змії - повітряні змії спеціальної форми, керовані за допомогою двох лееров. Пілотажний змій, на відміну від будь-якого іншого, здатний до вільного планування в повітрі, що і забезпечує його особливі властивості. Вони призначені для виконання комплексу пілотажних фігур різної складності. також розвивається кайтінг - вид спорту, при якому спортсмен пересувається по місцевості за допомогою повітряного змія.
Застосування повітряного змія дозволяє використовувати недоступні традиційному вітрилу можливості:
- Значно більші швидкості вітру на висоті.
- Напрямок вітру на висоті завжди не збігається з напрямком приземного.
- Відсутність консольно навантажених елементів конструкції.
Німецька компанія SkySails застосувала змій в якості додаткового джерела енергії для вантажних суден, вперше випробувавши його в січні 2008 року на судні MS Beluga Skysails. Випробування на цьому 55 метровому кораблі показали, що при сприятливих умовах витрата палива знижується на 30%. [ Джерело не вказано 2888 днів ]
По всьому світу створюються Клуби та спільноти, які об'єднують любителів повітряних зміїв, одним з відомих є KONE - Клуб Повітряних Зміїв Нової Англії [5] , Що входить до складу Американської Асоціації кайтинга [6] .
За формою і пристрою аеродинамічних поверхонь розрізняють:
- одноплощинні - найпростіші конструкції. Мають невисоку підйомної силою і малої вітрової стійкістю. Таким зміям обов'язково потрібен хвіст - шнур з підвішеними до нього важком.
- багатоплощинні - етажерочние, коробчаті і багатокоміркової з окремих осередків у формі тетраедрів або паралелепіпедів. Коробчаті змії винайдені Л. Харгравом. Важливою їх особливістю є висока стійкість.
- складові або групові, що складаються з групи повітряних зміїв (т. н. змейковий поїзд), з'єднаних в одну гнучку систему. Змейковие поїзда застосовувалися у військовій справі, так як при пошкодженні одного з ланок відбувалося лише зменшення підйомної сили і зменшення висоти підйому, що дозволяло безпечно посадити спостерігача або продовжувати розвідку.
Основні конструктивні елементи повітряного змія:
- натягнута на жорсткий каркас або м'яка, без каркаса, що підтримує (аеродинамічна) поверхня з матерії або паперу;
- намотуваний на лебідку або котушку леєр (прядив'яна мотузка, сталевий трос, міцна нитка);
- вуздечка для кріплення до повітряного змія леера і органи стійкості (хвіст).
Поздовжня стійкість забезпечується хвостом або формою аеродинамічної поверхні, поперечна - кільовими площинами, що встановлюються паралельно прив'язному канату, або вигнутими і симетричністю аеродинамічної поверхні. Стійкість польоту повітряного змія залежить також від положення центра ваги змія.
Каркасні [ правити | правити код ]
Підтримка форми такого змія забезпечується каркасом з рейок.
плоский [ правити | правити код ]
Некерований [ правити | правити код ]
Найпростіша у виготовленні конструкція, чим пояснюється її популярність. Складається з трьох скріплених між собою планок (дві по діагоналях змія і одна - по його верхній стороні), приклеєних до листа щільного паперу. Вуздечка такого змія складається з трьох ниток, дві з них прикріплюються до кінців верхньої планки, третя - до центру змія. Довжина верхньої частини вуздечки така, що її нитки точно укладаються по діагональним планок, довжина третьої нитки становить половину висоти змія. Для забезпечення стійкості слід злегка стягнути верхню планку ниткою, надавши їй форму дуги. Також плоскому змію обов'язково потрібен хвіст. Довжина його підбирається при запусках досвідченим шляхом - змій не повинен розгойдуватися з боку в бік при відсутності сильних поривів вітру. Зазвичай довжина хвоста для змія розмірами 40 на 60 см становить 2 - 2.5 метра. На хвіст слід повісити невеликий грузик.
керований [ правити | правити код ]
Керовані плоскі змії (також як і кайти, див. Нижче) бувають дво- і четирёхстропнимі. Серед таких зміїв виділяють клас спортивних зміїв для виконання різних трюків. Класичний спортивний змій має дельтовидную форму і управляється за допомогою двох строп.
коробчатий [ правити | правити код ]
Основою коробчатого змія є каркас з рейок квадратного перетину (6 мм): чотирьох поздовжніх лонжерона (Довжиною 710 мм) і двох хрестовин з пари з довжинами 700 мм і 470 мм. Лонжерони з'єднуються з хрестовинами на відстані 105 мм від кінця. Обтягається змій смугами (шириною 200 мм) мікастрічкових папером або лавсанової плівкою; приклеїти до лонжеронів. Вуздечка коробчатого змія складається з трьох ниток, прикріплених до одного з ребер: двох однакових (довжиною 210 мм) по краях верхньої коробки і третя (430-450 мм: підбирається для отримання оптимального кута атаки змія) - до внутрішнього краю нижньої коробки; корисно паралельно третьої нитки закріпити гумову нитку для амортизації різких поривів вітру.
Шестикутний плоский змій
Змейковий поїзд з плоских зміїв
Двустропний спортивний змій
Четирёхстропний спортивний змій
коробчатий змій
безкаркасні [ правити | правити код ]
Безкаркасні повітряні змії не мають в своїй конструкції жорстких частин, повністю виконані з повітронепроникної тканини. Форма змія підтримується потоком, що набігає повітря (за принципом парафойл: див.нижче) або попереднім накачуванням повітря в герметичні порожнини змія.
Кайт [ правити | правити код ]
Кайт ( англ. kite «повітряний змій») - великий керований повітряний змій (приблизна площа 4-12 м²), призначений для пересування людини по поверхні води або по снігу (буксирувальний кайт). Також, кайтом називають і його зменшену версію, призначену для навчання керуванню кайтом (пілотажний кайт, приблизна площа 1-3 м²). Основні види кайтов по конструкції: парафойл і надувні.
парафойл [ правити | правити код ]
парафойл ( англ. parafoil від foil «плівка») - повітряний змій із замкнутим внутрішнім простором і повітрозабірним отвором, зверненим у бік вітру. Проникаючи в повітрозабірник, потік повітря створює усередині змія надлишковий тиск, що розправляє оболонку змія і надає їй задану форму. Буває Одностропні (некерований, декоративний змій), дво- і четирёхстропним (кайт-парафойл).
Флоуформ [ правити | правити код ]
Флоуформ ( англ. flowform від flow «протікати») - некерований Одностропні змій, в якому потік повітря проходить через все його внутрішній простір і виходить через отвори в задній частині і в нижній поверхні крила змія. Завдяки своєму стабільному польоту, флоуформ (а також плоский шестикутний змій роккаку) добре підходить для авіас'ёмкі: підняття фотокамери на леєрах (див. Kite aerial photography (англ.)). Орієнтовна площа флоуформов 1,5-4 м².
кайт - типовий представник зміїв конструкції парафойл
декоративний Змей- парафойл; зліва видно повітрозабірник
Змей- флоуформ з підвішеною за леер фотокамерою
Змей- флоуформ; праворуч видно випускні отвори
Підйомна сила - сила, з якою повітряний змій тягне вертикально вгору. Підйомна сила залежить від площі поверхні крила змія, швидкості вітру, щільності повітря і кута атаки поверхні змія по відношенню до напрямку вітру. Обчислюється за формулою m = 0, 04 * V 2 * S {\ displaystyle m = 0,04 * V ^ {2} * S} 
Швидкість вітру, м / с 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Підйомна сила, кгс / м² 0,04 0,16 0,4 0,6 1,0 1,4 2,0 2,5 3,2 4,0 4,8 5,8 6,8 7,8 9 10,2 11,6 13 14,4 16
З таблиці видно, що при посиленні швидкості вітру в 2 рази, підйомна сила збільшується в 4 рази, тобто залежність квадратична.
За допомогою вищенаведеної формули можна обчислити мінімальну швидкість вітру, необхідну для підйому змія: V = 5 m / S {\ displaystyle V = 5 {\ sqrt {m / S}}} 
При певних умовах, вітер короткочасно може дути в крило змія під прямим кутом (кут атаки 90 °), тому значення підйомної сили будуть більше приблизно в 2 рази наведених даних.
Швидкість вітру на висоті
Додатково необхідно враховувати, що зі зростанням висоти збільшується і швидкість вітру. Швидкість вітру на заданій висоті обчислюється за формулою V 2 = V 1 * (h 2 / h 1) α {\ displaystyle V_ {2} = V_ {1} * (h_ {2} / h_ {1}) ^ {\ alpha }} 
- Рівна тверда і пласка поверхня землі (водна гладь) - 0,1.
- Рівне поле з невисокими чагарниками - 0,2.
- У районі з деревами, пагорбами, будівлями - 0,3.
- Недалеко від дерев, пагорбів, будівель - 0,4.
- Поруч з деревами і будівлями - 0,5.
- Серед високих дерев і будівель - 0,6.
Приклад розрахунку: необхідно дізнатися сокрості вітру (V2) на висоті 100 м (h2). Вимірювання швидкості вітру вироблялося анемометром на відстані витягнутої руки над головою (висота приблизно 2 м (h1)), вона склала 5 м / с (V1). Вимірювання проводили в районі з деревами, пагорбами і будівлями (коефіцієнт α = 0,3). Обчислення: V 2 = 5 * (100/2) 0, 3 {\ displaystyle V_ {2} = 5 * (100/2) ^ {0,3}} 
Леєр (стропа, фал) змія повинен витримувати прикладену на нього навантаження на розрив, при цьому бути досить тонким для зменшення власної парусність, і легким для полегшення підйому змія. Також леер повинен бути стійкий до перекручення і стирання.
Навантаження на леер визначається рівнодіючої силою, що складається з сили лобового опору і підйомної сили.
Фактори ослаблення міцності леера:
- Перегини леера і зав'язування його в вузол (зниження до 30-50% міцності).
- Вплив ультрафіолетового випромінювання сонця.
- Механічне стирання.
- Зберігання леера в натягнутому стані.
З головною підкупольної стропой змія леер з'єднується за допомогою коров'ячого вузла . При цьому, на кінці стропи зав'язаний простий вузол , При затягуванні коров'ячий вузол леера впирається в простий вузол стропи.
- Пантюхин С.П. Повітряні змії. - М.: ДОСААФ, 1984. - 88 с.
- Пантюхин С.П. Дитяча змейковий станція. - М.: Державне видавництво оборонної промисловості, 1941. - 112 с.
- Поворожити В. А. Світлий місяць-змій паморочиться - Східна колекція , № 4, 2009, с. 129-134
- Поворожити В. А. Вільний, подібно захмарною птиці - Азія і Африка сьогодні , № 10. 2017, с. 67-71.
- Рожков В.С. Будуємо літаючі моделі. - М.: Патріот, 1990. - С. 5-25. - 159 с.
- Заворотом В.А. Авіація на прив'язі // Від ідеї до моделі. - Изд. 2-е, перераб. і доп .. - М.: Просвещение, 1988. - С. 6-43. - 160 с.
- Заворотом В. А., Вікторчік А. Повітряні змії. - «ЮТ для умілих рук» (додаток до журналу «Юний технік» ), № 7, 1977.