Старая как мир забава – запуск воздушных змеев. Занимательное и полезное дело: свежий воздух, солнце, запах луговых трав, голубое небо. Как приятно наблюдать за парящей в вышине легкой яркой конструкцией, еще приятнее держать в руках бечевку, чувствуя, как она соединяет тебя с небом, будто уносит в заоблачные дали.
Забава, спорт и много больше…
Воздушный змей – первый летательный аппарат, изготовленный человеком. В нем воплотились наши вечные мечты о покорении неба, он прадедушка аэропланов, да и всей авиации. От его легких изящных линий так и веет неземной романтикой.
Это не только приятная забава, способ развлечься на свежем воздухе и подлечиться от гиподинамии – он поможет вашему ребенку постичь законы аэродинамики и понять многие атмосферные процессы. Да и для взрослых эта игрушка весьма полезна. Существует множество конструкций воздушных змеев, от простейших самоделок до сложных аппаратов, требующих особых навыков управления. Запуск воздушных змеев давно превратился в захватывающий вид спорта, и фестивали, проводимые по всему миру, выливаются в феерические зрелища. Ну а кайтинг, по праву зачисленный в экстремальные вида спорта, щекочет нервы как участникам соревнований, так и зрителям.
Разнообразие форм и раскраски воздушных змеев поражает воображение. Еще на своей родине, в Китае, эти игрушки превратились в предметы искусства. Их облик несет на себе этическую и символическую нагрузку, словно многозначное послание человека небу. Воздушные змеи давно вошли в сферу внимания коллекционеров, их выставляют в музеях, им посвящают книги.
Кайтинг – вид спорта, основой которого является движение под действием силы тяги, развиваемой удерживаемым и управляемым спортсменом воздушным змеем.
Все началось в Китае
Никто не знает, когда был создан первый воздушный змей. Упоминания об этих летательных конструкциях появились в китайских документах еще во II веке до н.э. Змеев изготавливали из бамбука, шелка и бумаги. Свое название они получили от одной из самых популярных форм игрушки – дракона. Его мастерили больших размеров с оскаленной разукрашенной мордой и длинным, развевающимся на ветру хвостом, украшали перьями, лентами, фонариками, снабжали даже специальными звуковыми устройствами – «змеиной музыкой». Летающие драконы были непременными участниками всех крупных празднеств. Воздушные змеи до сих пор в большой моде в Китае. В Пекине есть специально отведенные места для запуска воздушных конструкций, в частности парк у храма Неба.
Огромную популярность с давних времен летающие игрушки завоевали и в Японии, Корее, Малайзии, и везде они получили свои национальные черты. Змеев мастерили в форме рыб, птиц, бабочек и даже свирепых воинов. Уже в раннем Средневековье воздушные змеи появились в Европе.
Еще в древности этим летающим конструкциям находили практическое применение: их использовали в качестве средств коммуникации, передавая сигналы на небольшие дистанции, для шпионажа и устрашения воск неприятеля, для измерении расстояний и высоты.
С XVIII века воздушных змеев стали использовать в научных исследованиях, для изучения природных явлений. В конце XIX века они нашли себе применение в гидрометеорологии. И в это же время был изобретен коробчатый воздушный змей, благодаря которому сделан прорыв в аэронавтике, приведший к построению первых аэропланов. Кстати, с помощью коробчатого змея Маркони установил первую радиосвязь через Атлантический океан. В наше время большую популярность получила панорамная фотосъемка с помощью воздушного змея. Также его используют для подъема предметов на высоту. Нашел он применение и в рекламном деле.
Второе воскресенье октября – Всемирный день воздушных змеев.
Они такие разные
Самый простой по строению – одноплоскостной воздушный змей. Он не отличается большой подъемной силой и устойчивостью, но очень прост в управлении. С него и нужно начинать освоение древнейших летательных аппаратов. Он состоит из каркаса, обтянутого полотном (парусом), уздечки, соединяющей каркас с леером – той самой бечевкой, при помощи которой удерживают змея и управляют им. Важнейшая часть данной конструкции – хвост. Это не только украшение из ленточек и бантиков, он придает змею устойчивость, корректирует его полет. Непременный атрибут всех змеев – катушка, на которую наматывается леер.
Довольно популярна у начинающих змеенавтов конструкция «Монах» – бескаркасный змей из плотной бумаги. Лист складывают по определенной схеме, после чего он приобретает форму капюшона, к которому крепятся все атрибуты плоскостного змея: уздечка, леер, хвост.
Изогнутые змеи потому так и называются, что имеют изгиб в конструкции, делающий их более устойчивыми. Таким змеям хвост не нужен. Коробчатые змеи состоят отдельных ячеек в форме тетраэдров или параллелепипедов. Эти конструкции отличаются большой устойчивостью и силой подъема. Составные змеи собираются из группы воздушных змеев и представляют собой единую гибкую систему. Нежесткие змеи принимают форму за счет потока воздуха, но имеют в свой конструкции жесткие элементы каркаса. Бескаркасные воздушные змеи имеют вид паруса, не укрепленного жестким каркасом. Они очень удобны при транспортировке – их достаточно просто свернуть, при этом делать их можно довольно больших размеров.
Пилотажные , или управляемые, змеи способны совершать в небе сложные маневры. Они управляются при помощи двух и более лееров.
Одноплоскостной змей
Коробчатый змей
Управляемый змей
Составной змей
Нежесткий змей
Бескаркасный змей
Пространство и ветер
Для того чтобы запустить змея, вам нужно только пространство и ветер. При выборе места надо руководствоваться несколькими соображениями: поблизости не должно быть объектов, мешающих потокам воздуха (посадки, дома и т. п.), объектов, за которые может зацепиться змей (особенно опасайтесь линий электропередачи) и избегайте большого скопления людей. Не запускайте змея при сильных порывах ветра: нормального полета вы все равно не добьетесь, а змея можете сломать.
Воздушный змей поднимается в небо и удерживается там под воздействием движущегося воздуха – ветра. При этом он должен располагаться под углом к потоку воздуха. Направление и скорость ветра постоянно меняются, и в разных слоях атмосферы они могут быть разные. Нередко можно наблюдать ситуацию: у земли воздух находится в покое, а выше гуляют ветра. Так что даже при не очень сильном ветре у земли можно попытаться поднять змея ввысь.
Если парящий в небе змей начинает внезапно падать, это может означать, что он попал в воздушную яму. Они образуются из-за неравномерного прогрева воздуха, например, в тени облаков он прогревается хуже, чем на солнце, горячий воздух поднимается, холодный опускается – так возникает воздушная яма.
Самый простой по строению – одноплоскостной воздушный змей. Он не отличается большой подъемной силой и устойчивостью, но очень прост в управлении.
Запуск и полет
Запуск нужно поводить, став спиной к ветру и держа змея перед собой. Возьмите леер прямо около уздечки, поворачивайте змея носом вверх и слегка тяните на себя. Когда ветер подхватит змея, разматывайте леер.
При запуске можно воспользоваться помощью друга. Ваш друг берет змея в руки, а вы разматываете леер, становитесь спиной к ветру и лицом к змею, слегка натягиваете леер. По вашей команде друг отпускает змея, а вы, если сила ветра достаточная, остаетесь на месте, и змей сам поднимается вверх, или, если ветер у земли слабый, делаете несколько шагов (или бежите) назад, пока поток воздуха не подхватит змея.
Во время полета змея следите за тем, чтобы леер всегда был натянут: подтягивайте его, если ветер ослабевает и разматывайте, если ветер дует сильнее. Для того чтобы посадить змея, нужно просто подтягивать и сматывать леер, опуская змея к земле.
Фестиваль воздушных змеев
Есть любители, запускающие воздушного змея с обычного рыболовного спиннинга. Просто цепляют змея карабином к леске, управляют им при помощи катушки и находят это способ весьма удобным.
Если змея никак не удается запустить при нормальной силе ветра, проверьте, правильно ли он собран. Проблемы с запуском при сильном или слабом ветре можно решить, отрегулировав уздечку. Если из-за слабого ветра на высоте змей начинает опускаться, то надо идти с леером против ветра. Тогда змей будет снова подниматься вверх.
Воздушные змеи всех стран рождены народной фантазией; это всегда придает им некоторую наивность. Воздушные змеи Амбруаза Флери не являются исключением из правила – даже на его последних творениях, созданных в старости, лежит этот отпечаток душевной свежести и чистоты.
Ромен Гари. Воздушные змеи
«Монах»
Воздушный змей «Монах» – самая простая и легкая конструкция. Запускать его можно при небольшом ветре. Он может подняться на высоту 5–7 м.
Делается «Монах» из листа бумаги размером примерно 25 х 25 см. Лист складывают по линии А-С, а потом еще раз в противоположные стороны по линии А-Е. После этого по линии F-E отгибают небольшие уголки-крылышки. К крылишкам прикрепляются уздечка и леер из ниток. К нижней части змея крепится хвост из ленточки длиной 50–70 см.
Воздушный змей вызывает множество приятных эмоций и воспоминаний у каждого ребенка или взрослого. Каждый, кто хоть однажды запускал змея сам надолго запомнит это увлекательное занятие. Невозможно не полюбить то ощущение, когда представляешь, что летит не змей, запущенный тобой, а ты сам.
Воздушный змей – это самый известный в мире летательный аппарат тяжелее воздуха. Первые упоминания о воздушном змее датируются II веком до н.э., когда в Древнем Китае их делали из листьев растений с бамбуковым каркасом. Правда, чуть позже, когда китайцы изобрели шелк, именно он стал основным материалом для их изготовления.
В Китае до сих пор существует легенда, что когда-то очень давно один обычный крестьянин работал в поле. Вдруг подул ветер, и с головы слетела бамбуковая шляпа, спасающая его от палящего солнца. Но он успел поймать ее за тесьму и увидел, что шляпа все еще продолжала парить высоко в воздухе. Именно она и стала прототипом воздушного змея.
Начиная со II века н.э. и по сей день китайцы каждый год в сентябре устраивают праздник Дракона, когда запускают в небо огромные туловища из бумаги с головой змея, ведь именно дракон в этой стране считается символом власти и благополучия. Из Китая эта забава распространилась в Азию, Европу, Америку, а затем и в Австралию. В Японии монахи верили, что воздушные змеи отгоняли злых духов, приносили благополучие и защищали от несчастий.
Воздушные змеи бывают разных форм, размеров и конструкций – драконы, тигры, птицы, бабочки, бывают «музыкальные» змеи – змеи которые могут «петь», благодаря полой бамбуковой палочке.
Виды воздушных змеев:
- Парафойлы (Parafoils) представляют из себя несколько поверхностей, разделенных на клетки вертикальными ребрами. Наиболее распространённые и простые из них – «wind socks» так называемый носок развивающийся по ветру, турбины и баннеры.
- Дельта кайт (Delta) – следующие по распространённости воздушные змеи. Наиболее простая конструкция этого змея представляет собой простой треугольник. С запуском правильно собранной конструкции справится даже ребенок, поэтому первого воздушного змея хорошо иметь именно этой формы.
- Роккаку (Rokakku) – отличаются большей стабильностью и надежностью, особенно это становится заметным, когда скорость ветра приближается к критической для воздушных змеев. Этот виз воздушных змеев не нуждается в хвостах, потому что наличие хвоста делает его менее маневренным и более плавным в полетах.
Запустить воздушного змея очень просто. Вот несколько правильных шагов, если у вас есть напарник:
- Размотайте нить на 15 - 30 метров (Стандартная длина нити, которая прилагается к воздушному змею 30 метров);
- Сориентируйтесь по ветру (так чтобы нить повторяла направление ветра);
- Натяните нить и дерните за нее или бегите (Уже на высоте 10-15 метров воздушный змей может поймать ветерок. Если змей начинает вырываться у вас из рук, то дайте ему набрать высоту. Важно уловить момент натяжения).
Воздушный змей – это потрясающая игрушка, любоваться полётом которой можно в ветреный день. Запуск воздушных змеев – комплекс отличных упражнений, которые не имеют совершенно никаких противопоказаний, на координацию движения, развитие внимания и воображения.
Некоторые модели детских воздушных змеев может запустить ребенок уже в возрасте 3-х лет. Но все-таки стоит соблюдать основные меры предосторожности. Выберете безопасное место для запуска змея, это может быть парк или сквер, главное, это должно быть открытое пространство без деревьев, построек, проводов, шоссе и дорог.
В наши дни воздушные змеи вновь обрели свою популярность. Эта игра способствует развитию смекалки, наблюдательности, а также точности движений. Во второе воскресенье октября отмечают Всемирный день воздушного змея, где все любители запускают свои летающие объекты, проводятся различные конкурсы и фестивали, посвященные этим ярким летающим фигурам.
Существует даже вид спорта, связанный с воздушными змеями – кайтинг. Его родоначальник немец Отто Лилиенталь, который в 1891 году смог подняться на воздушном змее собственной конструкции. Именно тогда и зародился этот вид спорта, при котором спортсмены передвигаются по территории с помощью воздушных змеев.
Еще один вид спорта, связанный с воздушными змеями, называется Кайтсерфинг. Название говорит само за себя: серфингист, который ловит волны, держась за воздушный змей, превращается в кайтингиста. Воздушный змей здесь играет роль мотора, который позволяет спортсмену набирать огромную скорость при покорении волн.
Выбрать детский воздушный змей довольно просто, многие известные производители игрушек, такие, как «ABtoys», «Djeco», «Moulin Roty», «1TOY» и «Simba» предлагают родителям змеев разных цветов и размеров с различными героями мультиков или сказок.
Такие воздушные змеи можно найти в магазин по приемлемой цене, однако для профессиональных полетов и выполнения трюков в воздухе они не подходят. В этом случае нужно выбирать профессиональных воздушных змеев в специализированных магазинах.
Возраст: 13 лет
Место учебы: МБОУ “ Школа- гимназия №10”им. Э. К. Покровского г. Симферополя, Республика Крым, Российская Федерация
Руководитель: Кривощеков Роман Витальевич, методист физико- математического отдела ПДО ГБОУ ДО Республика Крым МАН “ Искатель”, г. Симферополя
Историко- исследовательская работа на тему:
Воздушные змеи: детские забавы или практическая аэронавтика?
План
1 Введение
2 История возникновения и применения воздушных змеев
3 Почему и как летает воздушный змей?
4 Виды воздушных змеев
6 Список использованной литературы
Введение
Многие родители, покупая своим детям воздушного змея, даже не догадываются, что изготовление и запуск воздушных змеев с одной стороны- детская забава, привлекающая к себе людей всех возрастов, с другой- увлечение, способствующее развитию наблюдательности, смекалки и творческого потенциала. И на первый взгляд такая простая и обычная для нас игрушка, не совсем уж проста, как может показаться.
Цель работы - изучить воздушный змей, как летательный аппарат, определить области применения, сконструировать и запустить воздушный змей.
Задачи: - изучить историю возникновения воздушных змеев;
Выяснить виды и области их применения;
Выяснить, почему и как летает змей;
Сконструировать змей и испытать его.
История возникновения и применения воздушных змеев
История воздушных змеев берет свое начало еще во времена древнего Китая и насчитывает, как минимум, 2000 лет. История происхождения воздушного змея основывается, прежде всего, на преданиях и легендах, т.к. материалы из которых изготавливали змеев (дерево, бумага, ткань, листья и ветки деревьев) разрушались довольно быстро. Самые старые археологические находки насчитывают около 200 лет.
Змеи строились в виде бабочек, птиц, рыб, жуков, которые раскрашивались в яркие цвета. Наиболее распространен был змей- дракон, похожий на полукрокодила - полузмею.
В более позднее время воздушные змеи стали строить в виде плоских рамок, обтянутых бумагой или тканью. Они уже ничем не напоминали сказочного змея, но название сохранилось до наших дней.
С самого начала своего существования воздушный змей применяли в трех основных направлениях - военные действия, обряды и быт. Применение змея в военных целях сводилось в первую очередь к измерению расстояния до вражеских объектов и устрашению врагов. В истории России тоже есть упоминания о воздушных змеях: в 906 году, во время взятия Царьграда, князь Олег приказал сделать много воздушных змеев в виде всадников и пеших воинов, чтобы внушить ужас защитникам города: они вдруг увидели, что на них с неба спускается несметное русское воинство.
Использовали воздушные змеи и в обрядах. Считалось, что немного приблизившись к небу, где жили боги и, привлекая их внимание своей яркой внешностью, было больше шансов обратить внимание богов на молитвы людей. Так, например, запуская змея, отпугивали нечисть и защищали от злых сил, болезней, просили богатый урожай.
Также воздушные змеи использовались в Азии для ловли рыбы, отпугивания птиц от зерновых культур, для поднятия строительных материалов к вершинам зданий, ну, и конечно, в качестве игрушек.
Приглядывались к этой детской игрушке и ученые. Знаменитый физик, математик и астроном Леонард Эйлер писал: “ Воздушный змей, детская игрушка, пренебрегаемая взрослыми, будет когда-нибудь предметом глубоких исследований”. И он не ошибся. Еще в 1749 году шотландский астроном А. Вильсон поднял на змее термометр для измерения температуры воздуха на высоте. Знаменитый американский ученый Б. Франклин с помощью воздушных змеев проводил исследования атмосферного электричества и доказал, что молния при грозе- не что иное, как электрический разряд огромной силы. Открыв в результате этих исследований электрическую природу молний, Франклин изобрел громоотвод.
Великий русский ученый Михаил Ломоносов тоже строил воздушные змеи для исследования электричества в атмосфере. 26 июня 1753 года Ломоносов “ при помощи змея извлек молнию из облаков”. Он запустил воздушный змей в грозу и по бечевке, используемой как проводник, извлек разряд статического электричества. Эти опыты едва не стоили ему жизни, а вот его последователь академик Рихман был убит разрядом электричества.
В 19 веке воздушные змеи также широко применялись для метеорологических наблюдений. В начале 20 века воздушные змеи внесли свою лепту в создание радио. А.С. Попов использовал змеи для подъема антенн на значительную высоту. Важно отметить использование воздушных змеев при разработке первых самолетов. В частности, А.Ф. Можайский, прежде чем начать строительство своего самолета, провел серию испытаний с воздушными змеями. На основании результатов этих испытаний были выбраны размеры самолета, которые должны были обеспечить ему достаточную подъемную 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 времена первой мировой войны войска различных стран применяли змеи для поднятия на высоту наблюдателей- корректировщиков артиллерийского огня, разведки вражеских позиций. Воздушные змеи использовались и на фронтах Великой Отечественной войны. Например, с их помощью наши бойцы разбрасывали листовки.
В послевоенные годы воздушные змеи стали увлекательным занятием для школьников. Но наряду с этим их еще часто применяют в области метеорологии для исследований и наблюдений нижних слоев атмосферы. Коробчатые змеи поднимают приборы, записывающие температуру, давление, влажность воздуха и направление ветра на высоте. В далекой Антарктиде наши ученые широко использовали змеи для изучения атмосферы до высоты примерно 1000 м.
В настоящее время воздушные змеи не то, чтобы не забыты, они живут полноценной, активной жизнью. Воздушные змеи помогают метеорологам в изучении верхних слоев атмосферы. На змее можно укрепить не только барометр и термометр, но и фото- и видеоаппаратуру, впоследствии используя полученные данные для топографических карт. Использование воздушного змея в таких целях значительно выгоднее, проще и дешевле, чем привлекать тяжелую летную технику. Также радиолюбители как и 100 лет назад, так и сейчас используют воздушного змея для получения устойчивого сигнала.
У воздушного змея есть и свой праздник. Ежегодно во второе воскресенье октября во всем мире празднуется Всемирный день воздушного змея.
Почему и как летает воздушный змей?
Воздушный змей принадлежит к летательным аппаратам тяжелее воздуха. Почему же змей поднимается и что удерживает его на высоте? Основное условие для этого - движение воздуха относительно змея. Скорость и направление ветра постоянно меняются. Не только горы, но и дома, мосты, строения, деревья отклоняют ветер у поверхности земли от его горизонтального направления. Так как же взлетает воздушный змей? Ответить на этот вопрос поможет упрощенный чертеж. Пусть линия АВ изображает разрез плоского змея, а - угол к набегающему потоку ветра. Рассмотрим, какие силы действуют на змей в полете. На взлете плотная масса воздуха препятствует движению змея, то есть оказывает на него некоторое давление. Обозначим силу давления F1 . Теперь построим параллелограмм сил и разложим силу F1 на две составляющие- F2 и F3. Сила F2 толкает змей на нас, а это значит, что при подъеме она снижает его первоначальную горизонтальную скорость. Следовательно, это сила сопротивления. Другая сила F3 увлекает змей вверх, это подъемная сила.
Поднимая змей в воздух, мы как бы искусственно увеличиваем силу давления F1 на поверхность змея. Но сила F1, как мы уже знаем, раскладывается на две составляющие: F2 и F3. Масса модели постоянна, а действию силы F2 препятствует леер. Значит, увеличивается подъемная сила- змей взлетает. Известно, что скорость ветра с высотой возрастает, ведь чем выше от земли, тем меньше предметов, которые препятствовали бы его движению. Вот почему при запуске стараются поднять змей на такую высоту, где ветер мог бы его поддержать.
Виды воздушных змеев
Все воздушные змеи можно разделить на две основные группы: неуправляемые и управляемые.
К неуправляемым относятся привычные всем воздушные змеи, которые, будучи подняты в небо, находятся там примерно в одной и той же точке, и влияние на перемещение которых, может оказать только набегающий поток воздуха.
Простейшие неуправляемые змеи- плоские. Родоначальники всех воздушных змеев, они обладают плоским каркасом. Стабилизация достигается за счёт формы змея, воздушных потоков в парусе, хвостов. В качестве примера можно привести русский змей, индийский змей, змей “ звезда”, змей с дельтакрылом.
Изогнутые воздушные змеи имеют поперечный изгиб в конструкции, который позволяет им быть более устойчивыми по сравнению с плоскими змеями, избавляет от необходимости использовать для стабилизации хвост, следовательно улучшает ветровой диапазон змея. Изгиб в конструкции достигается или за счёт специально изогнутого соединительного элемента, или за счёт натягивания поперечных элементов каркаса наподобие лука.
Познакомившись с конструкциями плоских змеев мы узнали, что ни длина, ни ширина большинства плоских змеев не превышают 1 м. Почему так? Чтобы ответить на этот вопрос, надо рассмотреть два важных параметра: подъемную силу и прочность змея. Плоский змей с большим размахом крыльев сделать трудно, существенно не увеличивая прочность его элементов. Но увеличение прочности приводит к увеличению ширины и толщины конструкционных элементов каркаса, что сказывается на массе змея. Беспредельно увеличивать массу нельзя- наступает момент, когда уже подъемной силы недостаточно для взлета змея. Изобретатели попытались обойти это противоречие. Так появились коробчатые змеи, прочность которых много выше прочности плоских змеев.
Коробчатые змеи. Воздушные змеи данной группы обладают пространственным каркасом, они по-настоящему трёхмерны, также за счёт каркаса ещё больше возрастает устойчивость, а увеличение рабочих плоскостей влечёт за собой увеличение подъёмной силы. Хорошо всем известны такие воздушные змеи, названые по имени их конструкторов, как змей Хараграва, змей Поттера.
Нежесткие змеи. Это гибридная группа змеев, основное отличие которой заключается в том, что форма принимается за счёт набегающего потока воздуха. При этом в конструкции всё-таки применяются отдельные жёсткие и полужёсткие элементы каркаса.
Бескаркасные змеи. Форма, принимаемая за счёт проникающего внутрь змея воздуха, и полное отсутствие каркаса как такового — отличительные признаки этой группы. Главными достоинством является полная свобода в размерах и форме воздушного змея, малый вес.
К управляемым воздушным змеям относятся змеи,полётом которых можно управлять за счёт наличия двух и более строп.
Двухстропные. Воздушные, так называемые спортивные или пилотажные, змеи обычно треугольной (дельтавидной) формы с двумя стропами, по одной в каждую руку. За счёт строп возможно управление направлением полёта этого змея. Кроме того за счёт конструкции воздушный змей способен осуществлять манёвры не только в двух плоскостях относительно пилота, но и в третьей плоскости.
Четырехстропные. Четыре стропы, прикреплённые к двум ручкам, позволяют полностью контролировать угол атаки этих воздушных змеев. Под управлением пилота змей способен лететь в любом направлении, вращаться и останавливаться в любой точке ветрового окна.
Бескаркасные. В этой категории управляемых змеев находятся змеи, предназначенные для буксировки, они могут быть двух- и четырёхстропными. Форму парус принимает как за счёт набегающего потока, так и за счёт каркаса, сформированного сжатым воздухом. Основное предназначение — буксировка человека.
Мы рассмотрели основные типы воздушных змеев, но есть змеи, которые по конструкции и применяемым материалам отличаются от них. Рассмотрим некоторые из них.
Змеи по принципу АВП . Известно, что аппараты на воздушной подушке (АВП) приподнимаются благодаря разности давлений: под днищем давление всегда больше, чем сверху. А устойчивость аппарата создается особым устройством, равномерно распределяющим поток газа по всему периметру. По такому принципу могут летать и змеи.
Змей- парашют. Воздушный поток ударяет в слегка наклоненный купол парашюта и поднимает его вверх. Для стабилизации полета к змею- парашюту прикрепляют хвост, а в центре под куполом закреплена телескопическая трубка. Она служит одновременно и жестким каркасом, и регулятором положения центра тяжести модели.
Змей- диск. Форма такого змея придает неплохую устойчивость в полете. Модель очень похожа на два невысоких конуса, сложенных вместе. Конструкция дополнена килем, а также небольшим грузиком, смещающим центр тяжести вниз и таким образом увеличивающим устойчивость аппарата, и отверстием в нижней части обшивки. Это отверстие позволяет использовать те перепады давления, которые создаются при сильных порывах ветра.
Змеи- вертушки. Вертушки, вращаясь под действием набегающего потока воздуха создают не только поверхность, играющую ту же ролью что и плоскость коробчатого или плоского змея, а и благодаря углу атаки с их помощью создается дополнительная подъемная сила. Это позволяет при прочих равных условиях делать змеев меньших размеров.
Змей- вертолет. В городе бывает трудно найти большую открытую площадку, где можно было бы свободно разбежаться с воздушным змеем. Змей- вертолет не требует много места для своего запуска, и непогода ему не помеха.
Змеи с диффузорами . Змей такого типа мы решили построить и испытать. Конструкция такого змея очень проста. Две рейки скреплены в центре крест- накрест и связаны по краям прочной нитью. Обшивкой змея служит не продуваемая плащевая ткань, на которую прикреплен диффузор из этой же ткани(фото 1). Мы запустили наш змей на школьном стадионе. (фото 2). Движущийся по диффузору со все возрастающей скоростью воздух, увеличивает скорость змея, а еще, что более существенно, придает ему дополнительную устойчивость в полете(фото 3,4,5).
фото 1 
фото 2
фото 3 
фото 4 
фото 5
Выводы
На основании проведенных мной исследований я пришел к следующим выводам:
1 Воздушный змей имеет многовековую историю. Их строили из разных материалов и придавали им различные формы.
2 Применение и использование воздушного змея была очень разнообразна: в военных действиях, обрядах, быту, а также для изучения физических явлений. Ну и конечно, его всегда использовали как детскую игрушку.
3 В наши дни змей не используют для оборонного значения и в научных исследованиях его роль не очень значительна, но для людей, заинтересованных в аэронавтики, он помогает понять основные принципы полета всех летательных аппаратов.
Поэтому можно с уверенностью утверждать, что такая детская забава, как воздушный змей, является, прежде всего, примером практической аэронавтики.
Список использованной литературы
- www.kite.ru/news/kitestaff/the-kite-story.php
Ермаков А.М. Простейшие авиамодели: Книга для учащихся 5-8 классов. — М.: Просвещение, 1984. — 160 с.: ил.
Заворотов В.А. От идеи до модели: Книга для учащихся 4-8 классов.- М., Просвещение, 1988.- 160 с.: ил. — (Сделай сам).
Перельман Я.И. Занимательная физика. Книга первая.-М.: Наука, 1976. - 224с.:ил.
prokite.ru/kites/tipyi-vozdushnyih-zmeev/
Воздушные змеи относятся к древнейшим летательным аппаратам. Первые документы о них встречаются еще за несколько веков до начала нового летосчисления. В китайских рукописях рассказывается, что воздушные змеи запускались во время народных праздников. Китайцы строили змеи в форме птиц, рыб, бабочек, жуков, человеческих фигур, которые раскрашивали в самые яркие цвета (рис. 1).
Наиболее распространенным типом китайского змея был дракон - фантастический крылатый змей. Огромный дракон, поднимаемый в воздух, являлся символом сверхъестественных сил. В ряде местностей Китая до недавнего времени сохранялись следы обычая массового запуска воздушных змеев в девятый день девятого месяца - день змея.
Летающий дракон конструктивно сложен. Два-три десятка легких бумажных конусов образовывали длинное круглое тело чудовища, живописно извивающегося в полете. Змей-дракон имел крупную голову с оскаленной пастью. Сквозь пасть ветер проникал в пустое туловище и, надувая его, поддерживал в воздухе. Иногда вместо конусов в конструкцию остова дракона входили постепенно уменьшающиеся круглые диски, которые были связаны между собой шнурами. Каждый диск пересекался тонкой бамбуковой планкой, на конце которой укреплялись большие перья (рис. 2).
Для усиления эффекта была придумана специальная "змеиная музыка", напоминающая завывание ветра в дымовой трубе. Приспособление, издающее эти звуки, изготовляли из сухих головок мака, в которые вставляли камышовые свирельки. К пасти дракона прикрепляли леер, а к хвостовой части - две длинные шелковые ленты, которые извивались в воздухе вместе со змеем.
Интересное зрелище представляли фонарики, изготовлявшиеся из тонкой цветной бумаги (рис. 3), и фейерверки (рис. 4), прикреплявшиеся к змеям.
Широкое распространение воздушные змеи получили в Корее. Вначале их применение носило чисто религиозный характер, а затем запуск змеев стал увлекательным видом занятий и зрелищ.
Японский змей "Керо"
На древних японских рисунках также можно встретить изображения воздушных змеев, по форме значительно отличавшихся от китайских (рис. 5).
Японские змеи: а - "бабочка"; б - "Ятсухана"; в - "Гонбо"; г - из округи Нагасаки; д - "Бозо"; е - "Ато"
Типичный малайский воздушный змей (рис. 6) имеет форму криволинейного симметричного треугольника. Каркас его состоит из трех пересекающихся прутьев, обтяжка - из грубой ткани.
Изобретение змея, независимо от существовавшего в странах Востока, европейские историки приписывают древнегреческому ученому Архиту Тарентскому (IV в. до н. э.).
Любопытны старинные записи о первых практических применениях воздушных змеев. В одной из них говорится, что в IX в. византийцы якобы поднимали на воздушном змее воина, который с высоты бросал в неприятельский стан зажигательные вещества. В 906 г. киевский князь Олег воспользовался воздушными змеями при взятии Царьграда. Летопись говорит, что над неприятелем в воздухе появились "кони и люди бумажны, вооружены и позлащены". А в 1066 г. Вильгельм Завоеватель использовал воздушные змеи для военной сигнализации при покорении Англии.
Но, к сожалению, о форме древних европейских змеев, об их конструктивных и летных свойствах не сохранилось никаких данных.
Змей "жалюзи" конструкции Ракка
Долгое время ученые Европы недооценивали значение воздушного змея для науки. Только с середины XVIII в. воздушный змей начинает применяться при научных работах. В 1749 г. А. Вильсоном (Англия) змей был использован для подъема термометра с целью определения температуры воздуха на высоте. В 1752 г. ученый-физик В. Франклин воспользовался воздушным змеем для исследования молний. Открыв при помощи змея электрическую природу молнии, Франклин изобрел молниеотвод.
Воздушные змеи применялись для изучения атмосферного электричества великим русским ученым М. В. Ломоносовым и английским физиком И. Ньютоном.
Змей начинает оказывать науке ценные услуги. Поэтому неудивительно, что в 1756 г. знаменитый математик Л. Эйлер написал следующие строки: "Воздушный змей, эта игрушка детей, презираемая учеными, может, однако, заставить глубоко над собой призадуматься".
Значительное усовершенствование змея произвел австралийский ученый Л. Харграв в 90-х гг. прошлого столетия. Воспользовавшись работами первого планериста, немецкого инженера О. Лилиенталя, Харграв впервые применил в качестве воздушного змея две сквозные коробки, соединенные друг с другом. Лилиенталь, конструируя свои планеры, заметил, что такие аппараты имеют хорошую устойчивость в воздухе. Харграв терпеливо искал выгодные пропорции своих коробок. В конце концов, появился первый коробчатый воздушный змей, уже не требующий хвоста для устойчивости в полете (рис. 7).
Летающие коробки Харграва явились не только большем толчком для развития змейкового дела, - но и, несомненно, помогли при конструировании первых самолетов. Это положение подтверждается сходством с двухкоробчатым воздушным змеем бипланов Вуазена, Сантос-Дюмана, Фармана и аппаратов других первых авиаконструкторов.
Первый подъем человека на коробчатых воздушных змеях был осуществлен также Харгравом. Пассажир был поднят на четырех змеях общей площадью 22 м 2 .
Бескаркасный "монах"
Начиная с 1894 г., воздушный змей систематически применяется для изучения верхних слоев атмосферы. В 1895 г. при Вашингтонском бюро погоды была организована первая змейковая станция. В 1896 г. в Бостонской обсерватории была достигнута высота подъема коробчатого змея, равная 2000 м, а в 1900 г. там же змей был поднят на высоту 4600 м.
В 1897 г. начаты работы с воздушными змеями и в России. Они велись в Павловской магнито-метеорологической обсерватории, где в 1902 г. было открыто специальное змейковое отделение.
Широкое применение воздушный змей нашел в метеорологических обсерваториях Германии, Франции и Японии. Змей (поднимался на очень большую высоту. Например, в обсерватории Линдерберга (Германия) добились подъема воздушного змея более чем на 7000 м. Первая радиосвязь через Атлантический океан была, налажена с помощью коробчатого воздушного змея. Итальянский инженер Г. Маркони запустил в 1901 г. на острове Нью-Фаундлен большой воздушный змей, который летал на проволоке, служившей приемной антенной.
Коробчатым змеем Харграва заинтересовалось английское военное ведомство. Лейтенант английской армии Коди видоизменил змей Харграва. Он увеличил его площадь путем добавления боковых крылышек, размещенных на всех углах коробок, усилил прочность конструкции и ввел совершенно новый принцип сборки и разборки змея. На таких змеях стали подниматься в воздух военные наблюдатели.
В начале XX в. работу над змеями Коди продолжил капитан французской армии Сакконей. Он создал еще более совершенную конструкцию воздушного змея, являющуюся одной из лучших и по настоящее время. Сакконей, пользуясь богатыми субсидиями военного ведомства, имел возможность широко поставить свои опыты. Он основательно разработал принцип буксирного подъема змеев: одна группа змеев поднимала в воздух основной леер (трос), другая - буксировала по тросу груз. Сакконей установил первые рекорды высоты и грузоподъемности воздушных змеев.
Работы Сакконея нашли своих продолжателей во многих армиях Европы. В России полковником Ульяниным был создан для армии специальный воздушный змей (рис. 8 и 9). Ценным и остроумным новшеством в змеях его конструкции были шарнирные крылья, автоматически увеличивающие площадь змея при ослабевании ветра. Кроме Ульянина, змеями увлекались Кузнецов, Прахов и др., создавшие удачные конструкции. Во время русско-японской войны 1904-1905 гг. в русской армии были специальные змейковые подразделения.
Параллельно с работами Коди в Европе, главным образом во Франции, проводили свои эксперименты и другие конструкторы. Из них следует упомянуть Плоттера, который изменил место крепления уздечки и создал змей с килевыми плоскостями, увеличивающими грузоподъемность.
Интересную конструкцию оригинального однокоробчатого змея предложил французский инженер Лекорню. Он создал змей, коробка которого напоминает пчелиные соты (рис. 10). Идею постройки своего змея Лекорню обосновал, наблюдая полет птиц. Если смотреть на летящую птицу, то можно заметить, что плоскости корпуса и крыльев образуют некоторый угол. Такой же установочный угол в 30° Лекорню сделал у горизонтальных плоскостей змея.
Во время первой мировой войны войска различных стран и особенно Германии применяли для наблюдательных постов привязные воздушные шары, высота подъема которых, в зависимости от условий боя, достигала 2000 м. Они давали возможность наблюдать расположение противника в глубь фронта и через телефонную связь направлять огонь артиллерии. Когда же ветер становился слишком сильным, вместо воздушных шаров применяли коробчатые змеи. В зависимости от силы ветра составлялся поезд из 5-10 больших коробчатых змеев, которые прикрепляли к тросу на определенном расстоянии друг от друга на длинных проволоках. К тросу привязывали корзину для наблюдателя. При сильном, но довольно равномерном ветре наблюдатель поднимался в корзине на высоту до 800 м.
Такой способ наблюдения имел то преимущество, что он позволял подойти ближе к передовым позициям противника. Воздушные змеи не так легко расстреливались, как воздушные шары, представлявшие собой очень большую мишень. Кроме того, выход из строя отдельного змея отражался на высоте подъема наблюдателя, но не вызывал его падения. Попадания же в шар одной зажигательной ракеты было достаточно для его гибели, так как он наполнялся легковоспламеняющимся водородом.
Змей "моноблок" конструкции Роша-Донзеля
Воздушные змеи во время первой мировой войны использовали также для защиты важных военных объектов от нападения самолетов противника путем устройства заграждений, состоявших из маленьких привязных воздушных шаров и воздушных змеев, поднимавшихся до высоты 3000 м. С шаров и змеев спускались проволочные тросы, которые создавали для самолета противника большую опасность. Германия применила такие заграждения для защиты верфи подводных лодок и ангаров в Бельгии.
Для змейковых заграждений ангаров у Брюсселя были изготовлены змеи больших размеров в виде привязных самолетов. Змеи копировали очертания самолетов различных конструкций (монопланов, бипланов) с целью ввести в заблуждение летчиков противника.
Весной 1915 г. в Германии произошел интересный случай, когда привязной самолет ввел в заблуждение не летчиков противника, а собственную зенитную батарею. Однажды рано утром в воздух был поднят привязной самолет-биплан. Вскоре после подъема он скрылся в облаках. Когда к полудню облака рассеялись, в их разрыве внезапно показался этот самолет. У немецких наблюдателей создалось впечатление, что облака неподвижны, а биплан летит с довольно большой скоростью. Вскоре он исчез в облаке с тем, чтобы тут же снова появиться в следующем разрыве. Посты воздушного наблюдения и связи сообщили: "Вражеский самолет". Зенитные батареи открыли заградительный огонь. Вокруг аэродрома гремели пушки, стараясь уничтожить воздушного врага. Самолет то исчезал в облаках, то снова показывался, и заградительный огонь продолжался до тех пор, пока немцы, наконец, не поняли, что обстреляли собственный привязной самолет. Последний не был сбит лишь потому, что при стрельбе делалась поправка на мнимую скорость движения самолета и снаряды неизменно оказывались впереди неподвижное мишени.
Змейковое дело в Европе достигло наивысшего расцвета к концу войны, в 1918 г. После этого интерес к воздушным змеям ослабел. Бурное развитие авиации начало вытеснять змей из военного дела.
Многие конструкторы, ранее увлекавшиеся змейковым делом, перешли к работе над самолетами. Но их опыт постройки змеев не прошел бесследно. Он, безусловно, сыграл свою роль в истории авиации на первой стадии развития самолета.
Змей "звезда" конструкции Бабьюка
В Советском Союзе увлечение воздушными змеями началось почти одновременно с авиамоделизмом. Уже на первых всесоюзных состязаниях летающих моделей в 1926 г. были представлены довольно хорошо летавшие коробчатые змеи, построенные киевскими авиамоделистами под руководством И. Бабьюка. Одиннадцать полотняных змеев с общей рабочей площадью 42,5 м 2 были запущены на стальном тросе толщиной 3 мм со специальной аэростатной лебедки. Конструкция этих змеев - видоизменный классический тип Сакконея.
Количество поездов из коробчатых змеев, представляемых на всесоюзные авиамодельные состязания, увеличивалось. В состязаниях 1935 г. участвовало 8 поездов. Тогда впервые наиболее полно было показано разнообразное применение воздушных змеев. По лееру вверх и вниз бегали "воздушные почтальоны", при помощи которых прыгали куклы-"парашютисты", сбрасывались "бомбочки" и листовки, демонстрировалась дымовая завеса. Куклы-"парашютисты" совершали затяжные прыжки вслед за сброшенным живым "десантом" - белыми мышами в клетке. Сбрасывание со змеев моделей планеров стало обычным явлением. С высотного старта улетало за несколько километров немало моделей планеров.
В пионерских лагерях воздушные змеи все чаще и чаще применяли для сигнализации во время военных игр. Нередко зимой можно было видеть легко скользящего по снегу лыжника, буксируемого воздушным змеем.
Змейковое дело стало одним из разделов первоначальной авиационной подготовки пионеров и школьников, а воздушные змеи - полноправными летательными аппаратами наряду с моделями самолетов и планеров.
При серпуховском Доме пионеров в 1931 г. была создана и успешно работала детская змейковая станция. Руководителей этой станции ежегодно приглашали с их змейковой командой на всесоюзные авиамодельные соревнования.
Вскоре опыт серпуховичей стал широко известен. Ежегодно всесоюзные соревнования стали проводиться самостоятельно. На соревнования свои команды представляли змейковые станции Саратова, Киева, Тулы, Сталинграда и других городов.
Руководители детских змейковых станций и юные "змейкачи" с большим увлечением конструировали змеи и запускали их, проводили работу среди пионеров и школьников.
В 1937 г. в Звенигороде Центральным советом Осоавиахима СССР были организованы I Всесоюзные состязания воздушных коробчатых змеев. Неблагоприятные метеорологические условия (отсутствие необходимого ветра) не дали возможности добиться рекордных полетов змеев. Но все же, хотя и на небольшой высоте, удалось проверить их конструктивные особенности.
В 1938 г. в поселке Щербинка (ныне город Московской обл.) проводились II Всесоюзные состязания коробчатых змеев, на которых были показаны конструкции, представлявшие исключительный интерес. Например, серпуховская детская змейковая станция представила змей видоизмененной конструкции "Грунд" с несущей площадью 20 м 2 . Змей поднимал груз массой до 60 кг. Были показаны змей-парашют, змей-планер и другие.
На III Всесоюзных состязаниях коробчатых змеев, происходивших в 1939 г. в Серпухове, были установлены рекорды полета змеев на высоту. Одиночный змей, сконструированный киевским авиамоделистом (так стали называть и создателей воздушных змеев) Громовым, был поднят на высоту 1550 м. Поезд, составленный из коробчатых змеев конструкции саратовского авиамоделиста Григоренко, был поднят на высоту 1800 м. В годы Великой Отечественной войны (1943 г.) А. Григоренко был награжден за боевое применение коробчатых воздушных змеев.
На IV Всесоюзных состязаниях были четко определены технические требования к конструкции воздушных змеев. Например, каждый змей должен был держаться в воздухе при скорости ветра не более 4-5 м/с у земли, несущая площадь у каждого змея должна быть не менее 5 м 2 , общая площадь змейкового поезда должна быть такой, чтобы при ветре не более 7 м/с можно было поднять груз массой не менее 80 кг. Количество воздушных змеев должно быть не более 10 шт. Головной змей мог иметь большую площадь, конфигурация и окраска змеев произвольная.
На каждом змейковом поезде молено было установить различные приспособления и механизмы, например "воздушные почтальоны", способные поднять груз массой до 2 кг, замки для составления змейкового поезда (при диаметре леера не менее 3 мм), приспособления для аэрофотосъемки и другие.
По условиям соревнований каждая команда должна была представить сценарий игры, в процессе которой предполагалось запустить змейковый поезд. В сценарии можно было включить, например, бомбежку, т. е. сбрасывание "бомб" на какую-то, ранее намеченную цель, выброску "воздушного десанта" (сбрасывание кукол), гонки на лыжах, перевозку раненого на санях, которые тянет змей, звуковую, световую и другие виды сигнализации со змея, сбрасывание донесений и листовок.
Соревнования проводились на высоту полета одиночного змея, на высоту запуска змейкового поезда, на максимальную грузоподъемность змейкового поезда, на быстроту сборки и запуска одиночного змея.
Для обеспечения успеха на соревнованиях во многих коллективах кружков делали различные вспомогательные средства. Например, в серпуховском Доме пионеров школьники-авиамоделисты изготовили динамометр для испытания прочности леера. Динамометр, установленный на змее, при критическом напряжении включал красную лампочку. В этом же коллективе был изготовлен анемометр из старого будильника, и с помощью этого прибора записывалось изменение силы ветра.
Школьники устанавливали на змее барограф, устройство для сбрасывания в заданную точку одиночной куклы-"парашютиста" или грунтового "десанта".
Юные авиамоделисты Коломенской станции юных техников (Московская обл.) построили коробчатые змеи с подкрылками, что обеспечивало змею большую устойчивость при угле стояния около 50°. Авиамоделисты Воронежской станции юных техников строили профилированные коробчатые змеи.
Саратовские авиамоделисты привезли на соревнование змейковый поезд из пяти коробчатых змеев. Каждый змей массой до 9 кг. Головной змей имел общую площадь 17 м 2 . На змейковом поезде был установлен фотоаппарат, который делал 12 фотоснимков. Поезд способен был буксировать одного лыжника.
Команда киевских авиамоделистов привезла на соревнования змейковый поезд из шести змеев. С него можно было сбрасывать большую куклу-"парашютиста" (до 70 см, при этом купол парашюта составлял в диаметре 4 м).
Юные авиамоделисты напряженно работали, готовились к новым стартам. В Ленинграде на городские соревнования по воздушным змеям весной 1941 г. вышли более 150 участников.
После Великой Отечественной войны соревнования не проводились.
В наши дни строительство змеев не может иметь ни оборонного, ни научного значения. Однако, как простейшее, весьма доступное и увлекательное занятие, создание и запуск воздушных змеев не потеряли и не потеряют своего значения.
За рубежом, прежде всего в социалистических странах, воздушные змеи чрезвычайно популярны среди детей и молодежи. Особенно ими увлекаются на Кубе. Часто можно видеть, как кубинские дети, даже находясь на пляже, не расстаются со своим любимым занятием - в воздухе над морем парят змеи самой разнообразной конструкции, самых ярких цветов.
Можно задать вопрос, что это? Летающая на нити по ветру простейшая конструкция? Треугольник из цветной бумаги, на котором приземлилась на голову своим ребятам Мерри Поппинс? Но обычная для нас игрушка – такая как воздушный змей, не совсем уж проста, как может показаться с первого взгляда.
История воздушных змеев берет свое начало еще во времена древнего Китая. Там он и назывался змеем, так как в праздник Дракона, который проходил 9 сентября, огромные туловища из бумаги, у которых на конце была змеиная голова, запускались в небо. Начиная со второго века, эта традиция не забывается и сегодня.
В древних летописях славян и византийцев находятся разные упоминания о подобиях воздушных змеев. Только это скорее была военная техника, чем игрушки. Для того чтобы запутать врага или просто его напугать, князь Олег применял «кони и люди бумажны, вооружены и позлащены». А при взятии Англии Вильгельм Завоеватель в 1066 году использовал змеев для военных спецсигналов.
На данном этапе времени история замолчала и змеи стали просто развлечением, которое было далеко от науки. Однако, не полетел еще такой самолет, что был построен без закона аэродинамики. А такой закон помогла открыть именно эта игрушка.
Раньше знали только несколько видов воздушных змеев — это одноплоскостные, то есть имеющие хвост, и составные, которые соединены в гибкую систему. Известный математик Л. Эйлер в 1756 году сказал, что змей — это детская игрушка, которую недооценивают ученые, но она заставляет серьезно над собой задуматься. Достижения Икара и Дедала попробовали повторить через 140 лет немецкий инженер Лилиенталь и австриец Харграв. Харграв впервые запустил в воздух человека при помощи этого устройства и не остановился на достигнутом. Результатом чего стал коробчатый воздушный змей, который не требовал хвоста для устойчивости во время полета. Такие летающие коробки, которые придумал Харграв, протолкнули понятие об аэродинамике и помогли при создании первых самолетов, и стали 3-ей возможной конструкцией – многоплоскостной.
Не прошел стороной воздушного змея и Михаил Васильевич – хранитель нашей науки. Он тоже баловался игрушкой. Природу молний и верхние слои атмосферы Ломоносов изучал с ее помощью. Михаил Васильевич использовал воздушного змея, как проводника, 26 июня в 1753 году, запустив его во время грозы на бечевке. Только этот эксперимент чуть ли не лишил его жизни, но стал успешным, так как ученый получил разряд статического электричества.
Коробчатых воздушных змеев военные и инженеры постоянно видоизменяли, включая период начала первой мировой войны. Во время технологического прогресса это изобретение служило не только мирным целям. Змеи применялись во время военных действий для защиты. Над особо важными военными объектами поднимали примерно на 3000 метров небольшие шары, а также воздушных змеев, чтобы их троса из проволоки могли сбить самолеты врагов.
У данного изобретения даже имеется собственный праздник, который называется «День воздушного змея».