КАК ЗМЕЙ ЛЕТАЕТ


КАК ЗМЕЙ ЛЕТАЕТ

воздухе змее. Сам Маркони, один из „изобретателей" радио-телеграфа, лично неоднократно пользовался для этого воздушными змеями, и не только на земле, но и с судов при морских путешествиях.

Итак, детская игрушка, забавлявшая на протяжении многих веков и, пожалуй, тысячелетий подраставшие поколения всех народов и во всех странах, сейчас нашла себе почетное применение в науке и в технике, в военном деле и в культурной жизни. Значит, воздушный змей не только простая игрушка или орудие спорта. И занимаясь с ним в часы отдыха, играя, развлекаясь и вступая в соревнование с другими любителями змейкового спорта, каждый может принести серьезную пользу технике, добиваясь в своих конструкциях, даже бумажных, наилучших результатов по всем лётным качествам. Ибо понятно само собой, что для серьезного практического применения нужны змеи самые легкие и самые прочные, наиболее устойчивые, грузоподъемные и способные залетать по возможности выше.

2. Как змей летает?

Что же такое воздушный змей в техническом отношении?

При отсутствии легкого газа, которым наполняются аэростаты (воздушные шары и дирижабли), змей является аппаратом более тяжелым, чем воздух, висение которого в атмосфере обуславливается исключительно механическими явлениями. Основной принцип летания

воздушного змея тот же самый, как и аэроплана. Более того, воздушный змей и аэроплан представляют собой аппараты совершенно однородные, разнящиеся лишь тем, что первый держится на'привязи, а второй — свободен. Каждый аэроплан или планер способен прекрасно летать, как змей, лишь был бы ветер достаточной силы,—и каждый змей можно превратить в аэроплан, устроив на нем собственную тягу. Как говорят французы, воздушный змей—это аэроплан .на якоре, а аэроплан — это змей, который сам себе делает ветер.

Та подъемная сила, которая обеспечивает летание змея и аэроплана, создается одинаково за счет силы сопротивления воздуха. В том, что воздух, при всей его разреженности, обладает все же сопротивлением (или, как говорят еще, реакцией), нетрудно убедиться, напр., опуская падать плашмя лист бумаги: он будет колыхаться, раскачиваться, скользить и упадет на пол или на землю много медленнее, чем если бы его бросить с той же высоты в плотно скомканном виде. Ясно, что разница в этих двух явлениях происходит только потому, что для большой поверхности листа воздух представляет при падении большее сопротивление, чем бумажному комочку. Это сопротивление можно ощущать непосредственно мускулами руки, если быстро двигать из стороны в сторону, напр., тонкой книжкой или тетрадкой. При этом можно обнаружить и второй закон сопротивления воздуха: помимо зависимости от размеров поверхности, сопротивление воздуха зависит еще от скорости движения тела; сила сопротивления увеличивается во второй степени увеличения скорости

(т. е. если скорость увеличивается в 2, 3, 4 раза> то сопротивление возрастает соответственно в 4, 9, 16 раз).

Поддерживающая (несущая) поверхность как змея, так и аэроплана, испытывает одинаково сопротивление

(Змей в лету)

Схема сил, действующих АВ—змейковая поверхность; 0—центр давления (парусности); д—центр; тяжести; gQ == KN = Q—собственный вес змея; 0R= KL = R—сопротивление (давление) воздуха; КМ— равнодействующая веса и давления

воздуха: в первом случае—от ветра, во втором—от собственного движения, вследствие винто-моторной тяги. Как показывает опыт, сила такого сопротивления воздуха направлена почти перпендикулярно к самой несущей поверхности и зависит еще от третьей величины— от угла наклона поверхности к направлению относительно перемещения (т. е, ветра или собственного дви

жения) *); угол этого уклона именуется углом встречи (атаки) поверхности (крыла). Величина угла встречи определяет еще и точку приложения силы сопротивления воздуха: в поверхности змейковой или аэропланной она лежит ближе к передней (атакующей) кромке.

Рис. 2

(Змей взлететь не может) на воздушный змей

СТ ( = КМ) = Т— тяга леера; V — скорость (сила) ветра; а — угол встречи змейковой поверхности; 6—угол леера с горизонтом.

Зная эти основные элементы, нетрудно разобраться в механических условиях пребывания воздушного змея в воздухе. На рис. 1 и 2 линия АВ представляет собою

*) В механическом отношении нет решительно никакой разницы в том, движется ли аэроплан в спокойном воздухе, или же движется воздух (ветер) относительно неподвижно стоящего змея. Важно относительное перемещение частиц воздуха и аппарата-

поверхность змея, наклоненного под углом а к направлен нию ветра (горизонтального), дующего справа. В точке д, из центра тяжести змея, действует сила Q— собственный вес змея. Линии АС и ВС-—уздечка змея, к которой в точке С укреплен шнур или, называя общим именем,— леер СТ] здесь действует сила тяги Т. Действием ветра создается давление, приложенное в точке, О в центре давления или парусности и направленное вверх, перпендикулярно к поверхности АВ; сила этого сопротивления обозначена буквой В.

Для уравновешенности змея требуется, чтобы все три упомянутые силы,—Q, В и Т,—взаимно уничтожались бы. Для проверки этого, сила gQ продолжена до пересечения в точке К с силой В и обе эти силы перенесены по своим направлениям в эту точку К; на полученных отрезках KN (сила Q) и KL (сила В) очерчен параллелограм, диагональ коего КМ является равнодействующей обоих сил.

Итак, для равновесия змея необходимо чтобы тяга леера была бы: 1) по направлению продолжением равнодействующей КМ) 2) по силе—не менее величины КМ) 3) по приложению силы—не миновала бы точку В.

В условиях соотношения сил Q и В, изображенного на рис. 1, сила тяги составляет с горизонтом положительный угол в, и в таком случае подъем змея вполне возможен. Другая картина изображена на рис. 2, где при меньшей относительно силе давления (слабее ветер), равнодействующая этой силы с силой тяжести змея получает уклон вниз, составляя с горизонтом отрицательный угол («); ясно, что в таком случае змей не

полетит. Предельным положением будет то, когда равнодействующая КМ будет горизонтальна (угол в=0); чем угол в будет больше, тем змей взлетает легче и скорее. ,

Помимо билы ветра, при том же собственном весе змея, будет играть роль площадь змейковой поверхности (так как чем она больше, тем больше и давление). В конечном счете, для выяснения условий равновесия важно знать не абсолютный вес змея, а так сказать удельный,—относительно его площади (/S'), т. е. величину Q-S (иначе ее можно называть еще поверхностной нагрузкой: сколько килограммов веса

приходится на 1 кв. метр змейковой поверхности). Чем меньше удельный вес змея, тем он взлетает при более слабом ветре, и обратно. И для каждого змея можно определить тот предельный ветер (по слабости), который еще в состоянии его поднять; это и будет на пределе горизонтального положения равнодействующей силы тяжести и давления (КМ).

Надо отметить, наконец, что соотношение сил Q и В зависит еще от угла встречи змейковой поверхности а, влияющего на силу давления воздуха. Сам угол обуславливается удельным весом змея и относительным расположением в нем центра тяжести (G), центра давления (О) и точки прикрепления леера (В). Имея известную связь с. углом в, угол а получает определенное предельное значение при минимальном ветре, нужном для взлета, когда угол в делается отличным от нуля (со знаком +). Исследования обнаружили, что предельным углом встречи для змея будет угол около 35°: при

большем угле змеи взлетать не могут (обычно змеи держатся в воздухе под углами встречи от 15° до 25°).

Из этих основных элементов выработана формула, определяющая предельное значение силы того минимального ветра, который способен поднять змей в воздух. В общем виде эта формула выглядит так:

V = ]/(Q: S) К tg а, где V—скорость в метрах в секунду, а К коэффициент сопротивления воздуха. При подстановке значений К и tg а (беря средний угол около 20°)

получим, что в среднем F==='5 }/ (Q:S) (уклонения могут быть в обе стороны в пределах до 15%: если угол а больше, то v — меньше, и наоборот). Вот какова, значит, та минимальная сила ветра, которая нужна для всякого змея в зависимости от его удельного веса.

Этой формуле почти в точности отвечают результаты исследований известного французского ученого Лекорню, приведенные в диаграмме на рис. 3.

Следует сказать, что та-же формула может служить одинаково для определения того веса, который может быть поднят данным змеем, или обратно—той поверхности, которую должен иметь змей или группа змеев для подъема известной нагрузки (при ветре определенной силы). Если V—5 ]/($ '■$), то: 1) Q—SV2 : 25 = = 0,04 SV2 (в кг) и 2) S= 25 Q: V2 (в кв. метр.). Для. примера змей с поверхностью в 4 м2 может нести нагрузку: при ветре в 10 м/с—от 12 до 16 кг, а при ветре в 15 м/с—от 27 до 36 кг (включая и весь мертвый вес); змеи небольших размеров, с поверхностью в 5—10 раз



Как делать и пускать воздушные змеи, К.Е.Вейгелин, 1969



Джентльмены удачи смотреть онлайн в хорошем качестве
Ирония судьбы, или с легким паром онлайн в хорошем качестве
Кавказская пленница, или Новые приключения Шурика онлайн в хорошем качестве