Воздушные змеи

1.

Управление образования администрации Копейского городского округа
Муниципальное учреждение дополнительного образования
«СТАНЦИЯ ЮНЫХ ТЕХНИКОВ»
ТО «АВИАМОДЕЛИРОВАНИЕ»
Педагог: Поздов. С.А.

2.

Содержание
История
Применение
Конструкция
Подъёмная сила
Леер
Задание

3.

Воздушный змей
летательный аппарат, удерживаемый с земли при
помощи леера и поднимаемый за счёт силы ветра.

4.

История
Первые упоминания о привязных летательных устройствах
встречаются во II веке до н. э., в Китае — внешне подобных
образу мифического бескрылого дракона.

5.

Долгое время змеи не находили практического применения. Со
второй половины XVIII в. их начинают широко использовать
при проведении научных исследований атмосферы. В 1749 г. А.
Вильсон с помощью воздушного змея производил измерение
температуры воздуха на высоте. В 1752 г. Б. Франклин провёл
эксперимент, в котором с помощью змея выявил электрическую
природу молнии и впоследствии благодаря полученным
результатам изобрёл громоотвод. М. В. Ломоносов проводил
аналогичные эксперименты и независимо от Франклина пришёл
к тем же результатам. В XIX веке змеи также широко
применялись для метеорологических наблюдений. В начале XX
столетия воздушные змеи внесли свою лепту в
создание радио. А. С. Попов использовал змеи для подъёма
антенн на значительную высоту.

6.

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.
Начиная с 1985 года, второе воскресенье октября
отмечается Всемирный день воздушных змеев

7.

Применение
В конце XIX - начале XX веков воздушных змеев применяли для
метеорологических исследований верхних слоёв атмосферы,
фотографирования местности, в военном деле, в спортивных целях
и так далее. С развитием воздухоплавательных и авиационных
летательных аппаратов воздушные змеи стали применять
исключительно в развлекательных и спортивных целях.
В последние годы развитие получили так называемые
пилотажные змеи — воздушные змеи специальной формы,
управляемые с помощью двух лееров. Пилотажный змей, в
отличие от любого другого, способен к свободному
планированию в воздухе, что и обеспечивает его особые
свойства. Они предназначены для выполнения комплекса
пилотажных фигур различной сложности. Также
развивается кайтинг — вид спорта, при котором спортсмен
передвигается по местности с помощью воздушного змея.

8.

Применение воздушного змея позволяет использовать
недоступные традиционному парусу возможности:
Значительно большие скорости ветра на высоте.
Направление ветра на высоте всегда не совпадает с
направлением приземного.
Отсутствие консольно нагруженных элементов конструкции.
Немецкая компания SkySails применила змей в качестве
дополнительного источника энергии для грузовых судов,
впервые опробовав его в январе 2008 года на судне MS Beluga
Skysails. Испытания на этом 55 метровом корабле показали, что
при благоприятных условиях расход топлива снижается на
30 %.
По всему миру создаются Клубы и сообщества, объединяющие
любителей воздушных змеев, одним из известных является
KONE — Клуб Воздушных Змеев Новой Англии, входящий в
состав Американской Ассоциации Кайтинга

9.

Конструкция
По форме и устройству аэродинамических поверхностей
различают:
одноплоскостные — простейшие конструкции. Обладают
невысокой подъёмной силой и малой ветровой устойчивостью.
Таким змеям обязательно нужен хвост — шнур с привешенным к
нему грузиком.

10.

многоплоскостные - этажерочные, коробчатые и многоячеечные
из отдельных ячеек в форме тетраэдров или параллелепипедов.
Коробчатые змеи изобретены Л. Харгравом. Важной их
особенностью является высокая устойчивость.

11.

составные или групповые, состоящие из группы воздушных
змеев (т. н. змейковый поезд), соединённых в одну гибкую
систему. Змейковые поезда применялись в военном деле, так как
при повреждении одного из звеньев происходило лишь
уменьшение подъёмной силы и уменьшение высоты подъёма,
что позволяло безопасно посадить наблюдателя или продолжать
разведку.

12.

Основные конструктивные элементы воздушного змея:
натянутая на жёсткий каркас или мягкая, без каркаса,
поддерживающая (аэродинамическая) поверхность из
материи или бумаги;
наматываемый на лебёдку или катушку леер (пеньковая
верёвка, стальной трос, прочная нить);
уздечка для крепления к воздушному змею леера и органы
устойчивости (хвост).
Продольная устойчивость обеспечивается хвостом или
формой аэродинамической поверхности, поперечная —
килевыми плоскостями, устанавливаемыми параллельно
привязному канату, или изогнутостью и
симметричностью аэродинамической поверхности.
Устойчивость полёта воздушного змея зависит также от
положения центра тяжести змея.

13.

Коробчатый
Основой коробчатого змея является каркас из реек квадратного
сечения (6 мм): четырёх продольных лонжерона (длиной 710 мм)
и двух крестовин из пары с длинами 700 мм и 470 мм.
Лонжероны соединяются с крестовинами на расстоянии 105 мм
от конца. Обтягивается змей полосами (шириной 200
мм) микалентной бумагой или лавсановой плёнкой; приклеить к
лонжеронам. Уздечка коробчатого змея состоит из трёх нитей,
прикреплённых к одному из рёбер: двух одинаковых (длиной
210 мм) по краям верхней коробки и третья (430—450 мм:
подбирается для получения оптимального угла атаки змея) -к
внутреннему краю нижней коробки; полезно параллельно
третьей нити закрепить резиновую нить для амортизации резких
порывов ветра.

14.

Бескаркасные
Бескаркасные воздушные змеи не имеют в своей конструкции
жёстких частей, полностью выполнены из
воздухонепроницаемой ткани. Форма змея поддерживается
набегающим потоком воздуха или предварительной накачкой
воздуха в герметичные полости змея.
Кайт
Кайт большой управляемый воздушный змей (примерная
площадь 4—12 м²), предназначенный для передвижения
человека по поверхности воды или по снегу (буксировочный
кайт). Также, кайтом называют и его уменьшенную версию,
предназначенную для обучения управлению кайтом
(пилотажный кайт, примерная площадь 1—3 м²). Основные
виды кайтов по конструкции: парафойл и надувные.

15.

кайт — типичный
представитель змеев
конструкции парафойл

16.

Парафойл
Парафойл (англ. parafoil от foil «плёнка») - воздушный змей с
замкнутым внутренним пространством и воздухозаборным
отверстием, обращённым в сторону ветра. Проникая в
воздухозаборник, поток воздуха создаёт внутри змея
избыточное давление, которое расправляет оболочку змея и
придаёт ей заданную форму. Бывает одностропным
(неуправляемый, декоративный змей), дву - и четырёхстропным
(кайт-парафойл).
декоративный змейпарафойл; слева
виден
воздухозаборник

17.

Флоуформ
Флоуформ (англ. flowform от flow «протекать») - неуправляемый
одностропный змей, в котором поток воздуха проходит через всё
его внутреннее пространство и выходит через отверстия в задней
части и в нижней поверхности крыла змея. Благодаря своему
стабильному полёту, флоуформ (а также плоский шестиугольный
змей роккаку) хорошо подходит для авиасъёмки: поднятия
фотокамеры на леере (см. Kite aerial photography (англ.)).
Примерная площадь флоуформов 1,5—4 м².
змей-флоуформ с
подвешенной за леер
фотокамерой

18.

Подъёмная сила
Подъёмная сила — сила, с которой воздушный змей тянет
вертикально вверх. Подъёмная сила зависит от площади
поверхности крыла змея, скорости ветра, плотности
воздуха и угла атаки поверхности змея по отношению к
направлению ветра. Вычисляется по формуле {\displaystyle
m=0,04*V^{2}*S}, где m — подъёмная сила (кгс), 0,04 —
рассчитанное произведение коэффициента 0,32 (при угле атаки
10—15°) на массовую плотность воздуха 0,125 кгс*с2/м4, V —
скорость ветра (м/с), S — площадь змея (м²). Полезная
подъёмная сила составляет подъёмную силу с вычетом массы
самого змея и леера. Существует таблица с готовыми расчётами
подъёмной силы, необходимо только умножить значение кгс/м²
на площадь запускаемого змея.

19.

P — подъёмная сила, Q —
лобовое сопротивление,
R — равнодействующая
сил P и Q, α — угол атаки
Скорос
ть
ветра,
м/с
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Подъё
мная
сила, к
гс/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
Из таблицы видно, что при усилении скорости ветра в 2 раза,
подъёмная сила увеличивается в 4 раза, то есть зависимость
квадратичная.

20.

С помощью вышеприведённой формулы можно
вычислить минимальную скорость ветра,
необходимую для подъёма змея:
V=5корень m/S
При определённых условиях, ветер кратковременно
может дуть в крыло змея под прямым углом (угол
атаки 90°), поэтому значения подъёмной силы будут
больше примерно в 2 раза приведённых данных.

21.

Леер
Леер (стропа, фал) змея должен выдерживать прилагаемую на
него нагрузку на разрыв, при этом быть достаточно тонким для
уменьшения собственной парусности, и лёгким для облегчения
подъёма змея. Также леер должен быть устойчив к
перекручиванию и истиранию.
Нагрузка на леер определяется равнодействующей силой,
состоящей из силы лобового сопротивления и подъёмной силы.
Факторы ослабления прочности леера:
Перегибы леера и завязывание его в узел (снижение до 30-50 %
прочности).
Воздействие ультрафиолетового излучения солнца.
Механическое истирание.
Хранение леера в натянутом состоянии.
С главной подкупольной стропой змея леер соединяется при
помощи коровьего узла. При этом, на конце стропы
завязан простой узел, при затягивании коровий узел леера
упирается в простой узел стропы.

22.

Задание
Задание будет достаточно легким, поэтому вы вполне можете привлечь к
созданию этой поделки даже родителей. Так будет даже интереснее: если
ребенок сделает змея своими руками, а потом опробует его в деле, счастья у
него будет еще больше. Однако в некоторых моментах вам придется ему
помочь.
Что нам понадобится?
газета
деревянная планка диаметром 1 см
бечевка
скотч
декоративные ленты

23.

Как сделать воздушного змея?
Берем деревянную планку и распиливаем ее. Нам нужно
получить две палочки: длина первой – 50 см, длина второй –
60 см. Планки могут быть круглыми или плоскими. Главное,
чтобы они были не полыми, иначе змей получится слишком
легким. На краях каждой планки делаем небольшой
поперечный надрез так, чтобы на него можно было натянуть
нить.

24.

Длинную планку кладем вертикально. На расстоянии 15 см от
ее начала помещаем 50-сантиметровую заготовку. Делаем это
так, чтобы она поделилась пополам. То есть мы складываем
палки крест-накрест на определенном расстоянии.
Перематываем данное место бечевкой.

25.

Далее наклеиваем узкий скотч. Делаем это так, чтобы
деревянные основы прочно зафиксировались между собой.

26.

Затем мы скрепляем края нашего будущего самодельного
воздушного змея с помощью бечевки. Ее нужно продеть в те
самые разрезы, что мы сделали по краям.

27.

Кладем на стол газету (если хотите, можете заменить ее
красивым картоном). Вырезаем ромбовидную фигуру. Нам
нужно сделать такой контур, чтобы края торчали примерно на
2-3 см.

28.

На кончик каждой палочки для надежности можно капнуть
капельку клея. Далее скрепите бумажную заготовку для
воздушного змея с деревянным корпусом с помощью узкого
скотча.

29.

Основательно проклейте носовую часть поделки – она будет
определяющей. Змей встречает воздух именно этой частью,
и она должна быть очень надежной.

30.

Теперь нужно отрезать нитку длиной 1 метр. Ее нужно
закрепить на верхней и нижней части заготовки для
воздушного змея. Должно получиться что-то вроде большой
«ручки». Позже мы привяжем к ней длинную нить, за
которую будем держать конструкцию.

31.

Теперь нам осталось только украсить нашего самодельного
воздушного змея. Для этого лучше всего подойдут тонкие
атласные ленты: они легкие, яркие, красивые.

32.

Как видите, такого простого воздушного змея сделает
своими руками а уж украшать его - одно удовольствие.
Вместо газеты вы вполне можете взять обычный картон,
который дети могут расписать своими рисунками с
помощью фломастеров или красок.
Ну а теперь пора отправиться на проверку поделки и
запустить нашего воздушного змея!
ВСЕМ УДАЧИ