КАК СДЕЛАТЬ ВОЗДУШНОГО ЗМЕЯ

Первые воздушные змеи появились 3500—4000 лет назад. Родина воздушного змея — Китай. Жители древнего Китая придавали змеям различную форму, строя их в виде бабочек, птиц, людей. Но самой излюбленной была форма дракона (змея). Во время народных гуляний обычно запускали змеев, раскрашенных в самые яркие цвета, с разнообразными фона­риками, что производило огромное впечатление, тем более что змеи имели иногда очень внушительные размеры.

Название «воздушный змей», повидимому, и связано с той формой, которую ему придавали ранее. Современные воздуш­ные змеи совершенно не напоминают драконов и змей.

Интересно отметить, что воздушные змеи находили себе и военное применение. Так, в исторических записях имеются указания на то, что в 906 году киевский князь Олег при осаде Царьграда выпустил в воздух змеи, которым была придана форма вооруженных всадников. «Эти кони и люди бумажны, вооружены и позлащены», не причиняя противнику непосред­ственного урона, служили для устрашения.

В более поздние времена воздушный змей уже в виде пло­ской или коробчатой рамки, обтянутой бумагой или материей, использовался в научных целях. Например, великий русский ученый М. В. Ломоносов использовал воздушный змей для изучения атмосферного электричества.

Воздушный змей помог нашему соотечественнику А. Ф. Можайскому при создании первого в мире самолета. Совершив несколько полетов на большом воздушном змее, буксируемом лошадьми, Можайский проверил правильность своих предварительных расчетов о размерах будущего самолета, его весе, скорости полета и необходимой мощности.

Воздушные змеи часто использовались метеорологической службой. При помощи змеев на большую высоту поднимались приборы, записывающие скорость ветра, температуру воздуха, величину атмосферного давления. Такие исследования в России проводились, например, в Кучино, в аэродинамической лаборатории, руководителем которой был Н. Е. Жуковский. Изобретатель радио А. С. Попов использовал змей для подъема антенны.

Воздушные коробчатые змеи использовались и для подъема в воздух наблюдателей. При этом несколько больших коробчатых змеев соединялись в так называемые змейковые «поезда».

ПОСТРОЙКА ЗМЕЯ

Способность воздушных змеев держаться в воздухе и поднимать грузы объясняется тем. что они обладают подъемной силой. Приведем такой пример.

Если из окна движущегося автобуса или вагона высунуть руку с пластинкой (куском картона или фанеры), поставив ее вертикально (рис. 25, а), то молено будет почувствовать, что руку относит назад с какой-то силой. Эта сила возникает потому, что на пластинку набегает поток воздуха и оказывает на неедавление. Это давление будет больше, если увеличить размеры пластинки или скорость движения; на большой скорости эта сила может оказаться так велика, что высовывать руку окажется опасным.

Силу давления на пластину встречного потока можно уменьшить во много раз, если пластину поставить ребром к
потоку воздуха (рис. 25, б).
Если же пластину поставить под небольшим углом (он называется углом атаки, (рис. 25, в), то руку начнет отклонять не только назад, но и вверх. Сила, направленная вверх, и называется подъемной силой.

Воздушный змей, какую бы сложную форму он ни имел, представляет пластину или сочетание нескольких пластин-плоскостей. Если змей будет перемещаться в воздухе так, что его
плоскости окажутся под небольшим углом, преодолевая при этом силу, мешающую змею двигаться вперед (она называется сопротивлением воздуха), то появится и подъемная сила (рис. 26). Эта сила будет тем больше, чем больше размеры змея, скорость набегающего потока и угол атаки.

К змею привязывают нить или бечевку (леер) при' помощи нескольких коротких нитей (пут), образующих уздечку (рис. 26) и обеспечивающих плоскости змея необходимый угол атаки.
.

Запустив змей при достаточно сильном ветре, можно заставить его не только держаться в воздухе, но и подниматься высоко вверх даже с грузом. Все сказанное лучше всего проследить самому, начиная с постройки и запуска самых простых змеев.

ПРОСТЫЕ ЗМЕИ

Самый простой змей — это «монах» (рис. 27), который можно сделать из листа писчей или более плотной (не мятой) бумаги. Лист бумаги, например, размером 250X250 мм складывают по диагонали а — а, затем еще раз по линиям а — б, но уже в другую сторону и, наконец, отгибают небольшие уголки по линиям б — е. К одному концу диагонали а ?— а приклеи­вают хвост из полоски бумаги или пучка нитей длиной до метра. В точки в вклеивают нити, которые соединяют в уздечку. Леером служит обычная катушечная нить.

«Монаха» надо запускать в слабый ветер, а если ветра нет, то можно не быстро буксировать его за собой на бегу. Летает этот змей не плохо, но поднимается не очень высоко и, смяв­шись, быстро выходит из строя.

На рис. 28 дано изображение плоского прямоугольного воздушного змея, который любят строить ребята. Каркас змея делают из тонких сосновых планочек (дранок), обтягивают его бумагой и привязывают хвост из ниток (или мочалы с грузом).

Небольшой змей (площадью до 0,5 м2) можно запускать на катушечных нитках. Для плоских змеев больших размеров нужны крепкие суровые нитки.

Змей имеет три планки: две вертикальные и третью верх­нюю, скрепляющие диагонали. Если змей имеет большие раз­меры, то добавляется еще одна планка посредине (на рис. 28 эта планка показана пунктиром). Длины планок: диагоналей — 750 мм, верхней — 350 мм.

Изготовление змея несложно. Диагонали скрепляют под нужным углом нитками и привязывают к ним верхнюю планку. По контуру будущего змея натягивают прочную нитку, соединяющую все уголки, и наклеивают клейстером обтяжку из бумаги.

Когда клей высохнет, верхнюю планку слегка стягивают ниткой в дугу, чтобы змей был более устойчивым в воздухе.

Для уздечки змея нужны три нитки. Существует правило: верхняя (двойная) часть уздечки должна быть такой длины, чтобы она точно уложилась по диагоналям, а вершина ее, где делается узел, легла в центр змея. Нижняя нить уздечки дол­жна быть такой длины, чтобы, если ее положить на змей, узел попал точно в середину верхней планки змея.

На рис. 29 изображен легкий и прочный каркас для плос­кого змея — звезды. Он состоит из пяти одинаковых сосновых реек размером 500X9X4 мм. Рейки связаны в центре парой щечек из фанерных кружков толщиной 1,5 мм. Змей усилен проволочным кольцом диаметром 386 мм. Кольцо прикрепляется к рейкам нитками. Наружные концы реек соединены между собой расчалками из тонкого шпагата. Эти расчалки и образуют основные контуры звезды.

Обтяжку змея делают из красной бумаги или красной ткани.

Размеры змея-звезды могут быть разными. На рис. 29 по­казан змей с «размахом» в 980 мм. В тех случаях, когда размах змея превосходит 1,2 ж, следует концы лучей снабжать предо­хранительными оттяжками из шпагата, иначе их обломит вет­ром. Концы оттяжек прикрепляют к узлу уздечки. Длина хво­ста должна быть примерно в десять раз больше высоты змея.

ПРОСТОЙ КОРОБЧАТЫЙ ЗМЕЙ. «ВОЗДУШНЫЙ ПОЧТАЛЬОН»

Одним из наиболее простых коробчатых змеев является ромбический. Такой змей довольно прост по устройству, имеет большую поверхность и значительную грузоподъемность. Он очень устойчив в полете и легок в запуске.

Общий вид ромбического змея приведен на рис. 30.

Основу его, или, как говорят, силовой каркас, составляют лонжероны — четыре продольные рейки, распертые двумя крестовинами, каждая из которых состоит из двух распорных реек (распорок). Подъемную силу создает обтяжка змея, которую делают из двух полос бумаги или материи, склеенных или сшитых концами. Одно из полученных таким образом колец расположено в передней части змея, другое — в хвостовой. Обтяжка прикреплена к лонжеронам и натягивается только тогда, когда вставляются распорные рейки. Следовательно, форму и жесткость змея обеспечивают не только распорки, но и обтяжка.

Коробчатый змей — разборный. Обычно его обтяжка кре­пится к лонжеронам наглухо, а снимаются только распорные кресты. Чтобы собрать змей, расправляют обтяжку и вставляют распорные кресты, причем обтяжку нужно растягивать: она своей упругостью удерживает распорки на месте. Вынув распорки, можно обтяжку вместе с продольными рейками свернуть в трубочку. Распорные кресты легко складываются. Это позволяет переносить змей в футляре, напоминающем колчан для стрел, что очень удобно летом в походе.

Постройку змея начинают с подготовки обтяжки. Ее делают из легкого и маловытягивающегося материала, можно и из бумаги. Более всего подходит плотная, но тонкая бумага, на­пример использованная фотокопировальная синька или тонкая калька. Эти материалы удобны тем, что они имеются в больших листах или рулонах, так как размеры развернутой полосы достигают почти 3 м. Положив такой лист на стол, на длинную доску или просто на пол, устланный газетами, расчерчивают его в соответствии с чертежом (рис. 31).

Полоски шириной в 10 мм, выступающие за контур, изобра­женный на чертеже выкройки пунктиром, служат припуском. Этот припуск на коротких сторонах выкройки нужен для склеивания полосы в кольцо. На пунктирные линии по каждой из длинных сторон укладывают прочную толстую нитку.

Предварительно на нитке через каждые 714 мм делают узелки, выпуская по три петли длиной в 80—100 мм (рис. 32). Уложив нитку на полосу по пунктирной линии и проклеив ее и припуск горячим столярным клеем, загибают припуск на полосу. Нитку надо приклеить к полосе возможно крепче, поэтому лучше брать ворсистые, лохматые нитки (суровые).

Приклеив нитки с обеих сторон и убедившись в прочности склейки, можно склеивать полосу в кольцо, используя оставленные припуски, как показано на рис. 33. Таких колец надо сделать два-три, так как при запуске змеев, особенно в леси­стой местности, обтяжка часто рвется, а запасное кольцо поз­волит быстро устранить повреждение.

Рис. 34.(справа) Конец одного из лонжеронов с круговой канавкой для привязывания обтяжки

Столярный клей можно заменить клеем из белой пшенич­ной муки (клейстером) или крахмалом, но обязательно свежим.

Чтобы клейстер не скисал, в него еще до варки прибавляют немного толченых квасцов. Сваренный клей должен быть немного гуще сметаны.

Лонжеронов у змея четыре, каждый длиной 112 мм. Их делают из прямослойных сосновых реек и придают им квадратное сечение 12X12 мм, а при наличии достаточных навыков —круглое сечение диаметром 12 мм. Рейки должны быть одинаковыми по размерам и по весу. На рейках, отступя 12 мм от их концов, надо вырезать круговые неглубокие канавки (рис. 34)

Готовые лонжероны рекомендуем зачистить стеклянной бума­гой, чтобы они стали гладкими. Концы реек закругляют раш­пилем или грубым напильником, а затем также зачищают шкуркой. Лонжероны должны быть обязательно прямыми. Иногда, если нет под руками реек, распиленных циркулярной или другой механической пилой, приходится отпиливать их от доски. Обстрогав лонжероны рубанком до нужных размеров, надо проверить их прямолинейность. Искривленные рейки надо выправить над огнем керосиновой лампы или спиртовки.

В некоторых случаях для реек можно использовать прутья лесного орешника, но зимней резки (он суше). Обработав такие рейки стеклом или шкуркой, а затем выправив их над огнем, их покрывают тонким слоем масляного или спиртового лака. Это предохранит рейки от сырости.

Если ребята в авиамодельном кружке работают достаточно искусно, можно рейки сделать легче, уменьшив их сечение ближе к концам рубанком или ножом. Это не уменьшит прочность -лонжеронов, так как на концы реек действуют меньшие силы, чем на их середину.

Изготовив лонжероны, их укладывают на ровную доску, а сверху помещают груз, чтобы не дать им искривиться.

Сечение реек распорных крестов меньше, чем у лонжеронов, и равно 10X10 мм. Делают их из того же материала, что и лонжероны. Каждый крест состоит из двух распорок неравной длины: короткая (вертикальная) распорка имеет длину 780 мм, длинная (горизонтальная) — 1170 мм. Однако вначале рейкам надо придать большую длину, оставив запас 20—25 мм..

Обстрогав рейки до нужного сечения, прежде всего следует подогнать их по длине. Для этого сначала нужно сделать две длинные распорки, выверяя их по чертежу. На листе бумаги или фанеры вычерчивают вид на змей спереди. Получится ромб, в углах которого наносят сечение лонжеронов. Если решено лонжероны делать круглыми, то вычерчивают кружочки диаметром 12 мм или менее, взяв эти диаметры с готовых лонжеронов на расстоянии 180 мм от их концов, т. е. именно в тех местах, к которым будут подходить рейки (рис. 35, а). Квадратные рейки можно устанавливать по-разному (рис. 35, б и в). Концы реек в первом случае должны иметь вырез в виде полукруга, во втором — плоский срез, а в третьем — вырез углом. Придав нужную форму одному концу длинной рейки, укладывают ее на чертеж и подрезают другой конец.

Затем к концам реек приклеивают лапки. Их назначение — не давать рейкам соскакивать с лонжеронов. Лапки вырезают из плотного и твердого дерева, обычно из клена. Это позволяет делать их сравнительно тонкими, в 3—4 мм толщиной. Размеры лапок и их расположение относительно конца рейки также показаны на рисунке. Лапки лучше всего приклеивать столярным клеем, дополнительно обмотав место соединения туго и плотно, виток к витку, толстой ниткой (№ 10), предварительно смочен­ной жидким столярным клеем. Приклеив лапки к обеим распорным рейкам, дают им просохнуть. В это время подготавливают короткие рейки. Подрезав у них по одному концу и также снабдив их лапками, подгоняют другие концы. Эту подгонку лучше делать на собранном змее. Для этого берут кольца обтяжки и срезают у нитяных петель верхушки так, что образуются «усики». Надев кольцо обтяжки на один из лонжеронов, привязывают его «усиками» к переднему концу лонжерона. Точно также поступают с другими лонжеронами, а затем привязывают с другой стороны второе бумажное кольцо.

Положив собранный змей на
пол, вставляют с одной стороны
длинную распорную рейку. Это
следует делать вдвоем. Нало-
жив на соответствующий лон-
жерон конец короткой рейки
с лапками, осторожно натяги-
вают обтяжку и, опуская другой
конец короткой рейки и приме-
ряя длину ее, последовательно
и понемногу срезают ранее
оставленный запас (рис. слева).

Подогнав одну короткую реику, на ее второй конец наклеивают лапки, а затем, поставив ее обратно, так же подгоняют и вторую короткую рейку. Готовые рейки соединяют в кресты. Чтобы эти кресты скла­дывались, их лучше соединить шарнирно (рис. 37). Для этого надо предварительно наметить на рейках место, где будет шар­нир, промазать его на 35—40 мм горячим столярным клеем, а затем туго обмотать не более двух раз обычным бинтом. После того как клей высохнет, в этом месте просверливают отверстие.

Диаметр этого отверстия выбирается в соответствии с толщи­ной проволоки, из которой будет сделана ось шарнира. Обычно требуется проволока не толще 1 мм. Загнув с одной стороны проволоки колечко и надев жестяную шайбочку, продевают проволоку в отверстие реек. На свободный конец оси надевают вторую шайбу и круглогубцами загибают второе колечко. Проволоку можно заменить и готовым шплинтом.

Иногда крестовины не складывают. В этом случае выгибают проволочную скобу и, наложив одну рейку на другую, приматывают скобу нитками к рейке (рис. 38). При таком соединении реек креста предварительно обматывать их бинтом не нужно.

Рис. 38.(справа) Скрепление распорок змея скобой из проволоки

СБОРКА ЗМЕЯ И ПОДГОТОВКА К ЗАПУСКУ

Змей готов. Собрать его — дело двух-трех минут. Для этого надо расправить обтяжку и вставить на место распорные кресты. Но этого недостаточно, чтобы запустить змей. Надо подготовить еще некоторые необходимые приспособления и детали. Сначала к змею прикрепляют уздечку и леер. Уздечка ромбического змея состоит из нескольких пут. У нашего змея их три. Два из них привязывают верхними концами к нижнему лонжерону, перед передним концом обтяжки и позади него; другие концы их сводят в одну точку (см. рис. 30). Третье путо привязывается к тому же лонжерону, но перед задним концом обтяжки; другой конец этого пута привязывают к продолжению первых двух, а к оставшемуся свободному концу привязывают небольшой деревянный костылек (рис. 30 и 39). От длины третьего пута зависит угол установки змея относительно горизонта (угол атаки): чем путо длиннее, тем меньше угол. Поэтому, взяв вначале длину его равную 800—820 мм, в процессе запусков эту длину уменьшают.

Такая уздечка является самой простой, и при ее помощи нельзя гасить рывки змея при порывистом ветре. Подъемная сила змея п,ри усилении ветра резко возрастает. Это затрудняет полет, приводит к броскам и раскачиванию змея из стороны в сторону и может привести к его поломке. Чтобы избежать этого, надо оснастить змей устройством, которое автоматически уменьшало бы угол атаки змея при усилении ветра и увеличивало бы угол при ослаблении ветра. Сделать это очень просто: в третье путо надо ввести отрезок резинки — это и будет амортизатор, т. е. смягчитель (см. рис. 30).

Количество резинок амортизатора и их длину подбирают практически.
Длину третьего пута при амортизаторе надо сделать более чем 820 мм, чтобы оно натягивалось полностью при значительном растяжении амортизатора. При случайном разрыве амортизатора змей уменьшит угол атаки и будет плавно опускаться. Если же разрезать само путо, то разрыв резинки приведет к падению змея или значительной потере устойчивости.

Змеи, в зависимости от их размеров, запускаются на леере — прочном шпагате, тонкой проволоке или даже тросе. Леер должен быть тонким, плотным и прочным. Для запуска описываемого змея лучше всего применять шпагат толщиной 1,5—2 мм\ можно взять и хлопчатобумажный шнур, но более плотный.
На конце леера делается петля, которая набрасывается на костылек змея, как показано на рисунке.

Леер удобнее всего держать намотанным на рогульку или палку (рис. 40). В практике авиамодельных кружков, строящих высотные змеи, когда длина леера доходит до 800 м и более, применяют специальные лебедки. Для запуска описываемого коробчатого змея делать лебедку нет необходимости.

ЗАПУСК ЗМЕЯ В ПОЛЕТ

Для запуска змея выбирают открытое место, вокруг которого нет радиоантенн, деревьев и проводов высокого напряжения. Если, например, влажный леер оснется проводов или опустится на них, запускающего может ударить током высокого напряжения.

Змей каждого типа летает при определенном ветре. В поле обычно пробуют запустить змей с места. Если ветер небольшой и змей не летит, его запускают с «пробегом» вдвоем.

Запуск с «пробегом» производят так: помощник относит змей шагов на пятьдееят-семьдесят в направлении ветра, поднимает его как можно выше и по сигналу запускающего, толчком вверх выпускает из рук (рис. 41). Как только змей освободится, запускающий бежит против ветра с леером в руке или, оставаясь на месте, быстро выбирает леер на себя, пока змей не взлетит на высоту 80—100 м.

На небольшой высоте ветер неравномерен и порывист и у земли змеи обычно сильно «козыряют», раскачиваются и при ударе о землю могут сломаться. Поэтому надо стараться, чтобы змей как можно быстрее набрал первые 40—50 м высоты. Выше ветер становится более равномерным. Если змей из-за слабого ветра на высоте начинает, покачиваясь, опускаться, подтягивают леер книзу медленным движением руки или идут с леером вперед против ветра. Тогда змей снова поднимается вверх. Это делают до тех пор, пока он не заберется на высоту, где ветер более сильный и натяжение леера не будет ослабевать.

Если змей запускают «с места», запускающий встает спиной против ветра и левой рукой держит змей за боковые лонжероны, несколько позади переднего кольца обтяжки, а правой — 3—4 м смотанного с рогульки леера. Затем змей слегка подбрасывают; в сильный ветер он сразу же начинает подниматься вверх. При этом внимательно следят за леером; если по натяжению чувствуется, что змей теряет высоту, его понемногу тянут на себя. При сильных порывах ветра змей ложится набок или стремится «клюнуть» вниз. В этик случаях быстро «отдают» несколько метров леера, чтобы змей мог подняться вверх и вернуться в нормальное полетное положение. Запускать змей лучше в перчатках, чтобы не ожечь руки о быстро убегающий леер.

Если в полете у змея сломается какая-либо деревянная де­таль, он начинает раскачиваться из стороны в сторону, а леер сильно натягивается. Чтобы благополучно снизить поврежден­ный змей, «отдают» несколько метров леера, пока змей не успокоится, а затем спускают его с помощью ролика.

Ролик изготовляют из трех дисков 2-мм фанеры, склеенных между собой. В качестве оси ролика используют шуруп диа­метром 3 мм, а рукоятку выстругивают из дерева, лучше из бе­резы или липы. Рукоятке придают удобную, округлую форму и достаточную длину (350—450 мм). Между роликом и рукоят­кой для уменьшения трения прокладывают тонкую медную шайбочку. Под головку винта, служащего осью ролика, под- кладывают вторую шайбу, чтобы уменьшить трение. Ролик должен свободно вращаться на оси.

тобы опустить змей, помощник запускающего берет ролик в руки, надевает его на леер и идет вперед, опуская леер. Шагах в шестидесяти от запускающего он останавливается и, взяв леер в руки, подтягивает его против ветра к запускающему. В это время запускающий наматывает леер на рогульку. Эту процедуру повторяют несколько раз, каждый раз опуская змей на несколько десятков метров, пока не снизят его до малой высоты, на которой ветер достаточно слаб. С этой высоты запускающий снижает змей, подтягивая леер к себе.

Если при снижении змей начнет «козырять» или переходить на резкое снижение боком, то сразу же выпускают леер на 5—10 м и затем, когда змей успокоится, снова тянут его книзу.

После полета уздечку отцепляют от леера и, если змей раз­борный, разбирают его. В разобранном виде змей сворачивают в рулон.

Во время запусков надо внимательно наблюдать за поведе­нием змея и, если это нужно, изменять длину уздечки.

Размеры пут уздечки определяют угол наклона змея к ветру. Чем больше угол наклона змея к направлению ветра, тем давление ветра на змей больше (до некоторого предела в 50— 60°), поэтому длину пут регулируют в зависимости от скорости ветра. При большой скорости ветра достаточно незначительного наклона змея, поэтому верхнее путо делают более коротким, чем нижнее. Если скорость ветра небольшая, то угол наклона змея увеличивают, удлиняя переднее путо.

Описанный выше змей имеет довольно большие размеры и не всегда удобен для постройки, например, когда в кружке за­нимаются только ребята в возрасте 10—11 лет. Кроме того, если нет материи для обтяжки змея, его приходится обтягивать бумагой. При запуске такого змея в порывистый ветер силой 5—7 м в секунду бумажная обтяжка может разорваться. Имея это в виду, руководитель кружка должен, когда нужно, изменять размеры змея, сообразуясь с возрастом ребят, а также с наличием материала и условиями запуска.

Чтобы изменить величину змея, надо уменьшить все его размеры в одно и то же число раз. Небольшие змеи лучше делать с бумажной обтяжкой; средние — с обтяжкой из бумаги, наклеенной на марлю, или тонкой материи. Самые большие змеи надо делать матерчатыми.

Конструкцию змея, описанную выше, можно видоизменять в деталях, если под руками нет указанных материалов или желательно упростить конструкцию змея. Так, например, лапки распорных реек не обязательно делать из дерева; можно применить полоски фанеры толщиной в 1,5—2 мм.