Елена Прошина - Самолеты, воздушные змеи и воздушные шары своими руками
Рассчитывая величину подъемной силы для воздушного змея, удобнее и понятнее использовать показатель кг/с, килограмм-сила. Например, мы знаем, сколько сил нужно приложить, чтобы поднять сумку с продуктами весом в 5 кг, то же самое происходит в ситуации с воздушными змеями.
Величину подъемной силы определяет скорость ветра V, площадь змея S и угол наклона змея к направлению потока воздуха – угол атаки. Плотность воздуха в среднем равна 0,125. Воздушные змеи обычно летают при углах атаки 10–150°, коэффициент подъемной силы, зависимый от угла атаки, составляет примерно 0,32. Таким образом, величину подъемной силы можно рассчитать по упрощенной формуле:...P = 0,04 S V2.
Можно рассчитать, при какой скорости ветра взлетит построенный воздушный змей. Для этого нужно измерить его массу (вес) и размеры, а также рассчитать площадь поверхности. Скорость ветра, необходимую для подъема, можно вычислить по формуле:
...V=5√P/S.
В этой формуле вместо значения P, как подъемной силы, нужно учитывать величину массы (вес) змея. Дробь, которая стоит под корнем P/S, называют нагрузкой. Она показывает:
– какое количество массы змея в килограммах приходится на 1 м2 его площади;
– какая подъемная сила должна воздействовать на 1 м2, чтобы преодолеть силу тяжести.
Если воспользоваться последней формулой, не составит труда определить, при какой скорости ветра можно запускать змей определенного веса.
Определившись с необходимыми величинами скорости ветра на бумаге, необходимо уточнить, с какой скоростью дует ветер на улице. Обычно в прогнозах погоды указана информация о силе ветра на текущий день (3–7 м/с или 5–10 м/с). Часто эти показатели на практике не соответствуют действительности.
Те, кто хочет запускать воздушных змеев, должны научиться определять силу и характер ветра самостоятельно. Прежде всего, придется познакомиться с причинами возникновения ветров. Любой ветер возникает, когда имеется разница в температурах водной и земной поверхности, или разных частей поверхности земли. Открытая суша (поле) всегда нагревается быстрее, а водные пространства и лесные массивы греются медленнее. Легкий теплый воздух, нагретый над поверхностью, поднимается вверх. Вблизи поверхности земли на его место устремляется холодный воздух со стороны моря, реки или леса. Солнечным днем разность температур всегда больше, поэтому ветер днем сильнее, чем утром или вечером.
Сила и скорость неравномерно распределяются по высоте. Постоянно меняются скорость и направление ветра, поскольку они зависят от множества факторов. Иногда при полном безветрии или очень слабом ветерке у поверхности, на высоте 150–200 м дует сильный ветер, способный удержать большой тяжелый змей. Бывает, что, намучившись с запуском змея в почти безветренную погоду и добившись положительного результата, любители этих занятий удивляются тому, что модель трудно удерживать, когда она поднимается на достаточную высоту.
Для появления порывов ветра существуют различные причины, в их числе неровности земной поверхности, разность температуры воздуха при наличии отдельных облаков на небе. Когда в солнечную погоду воздух попадает в тень от облаков, он охлаждается и опускается вниз. В то же время, хорошо прогретый солнцем на открытой местности воздух поднимается вверх. По этой причине возникают вертикальные течения воздуха. Если они направлены вниз, то их называют в авиации «воздушными ямами». При попадании летательного аппарата в такой поток, создается впечатление, что он просто падает вниз, поскольку воздух не удерживает его. Это же явление можно наблюдать при полете воздушного змея. Когда конструкция встречается с порывом ветра, часто случается внезапное падение, затем модель рывком поднимается вверх. При запуске важно умение использовать восходящие потоки воздуха. Не так легко запустить змея без первоначальных навыков, особенно в условиях неустойчивого или слабого ветра, однако запуск возможен и в таких условиях. Постепенно к человеку приходит «чувство ветра», тогда он может интуитивно определять момент запуска даже при небольшом ветре.
На первых порах, определять силу ветра по внешним признакам при запуске можно, воспользовавшись шкалой Бофорта. Диапазон неполной шкалы в пределах 0–7 баллов имеет практическое применение для запуска воздушных змеев. Все, что выходит за пределы этого диапазона, представляет определенную опасность для человека, запускающего летающие конструкции (табл. 1).
Таблица 1 Определение силы ветра по шкале Бофорта
Окончание табл. 1
Иногда воздушные змеи не летают, тому имеется ряд причин. Зная условия полета, можно принять необходимые меры по устранению недостатков. Итак, чаще всего случается, что воздушный змей просто не взлетает. Иногда он все-таки с трудом поднимается, но невысоко, или же его вертит из стороны в сторону. При этом змей на большой скорости «нарезает круги» и старается врезаться носом в землю. Для устранения таких проблем, прежде всего, нужно учитывать капризы погоды в виде слабого или порывистого ветра, а также ошибочный выбор места для запусков.
...Чаще всего воздушных змеев запускали для забавы и увеселения. Некогда в странах Востока устраивали битвы двух запущенных в небо воздушных змеев. Предварительно бечевки, сдерживающие змеев на привязи, мазали клеем и посыпали толченым стеклом. Победителем был тот, кому удавалось перепилить бечевку противника первым.
Если сила ветра недостаточна, поднять змея чаще всего невозможно: едва поднявшись, змей опять опадает. В этом случае возможны две ситуации: ветра нет совсем, на улице полный штиль, или же ветер дует на высоте, на что указывают раскачивающиеся из стороны в сторону верхушки деревьев. Если на улице действительно затишье, то лучше отложить запуск змея до лучших погодных условий. Если же ветра нет внизу, но он имеется на высоте, можно использовать специальную методику запуска.
При сильном порывистом ветре змей мгновенно взлетает на большую высоту, насколько позволяет леер, старается вырваться из рук. Однако в любой момент он может с такой же скоростью спланировать вниз. Это происходит потому, что порывистый ветер дует с определенной скоростью в одном направлении, и с большей или меньшей – уже в другом направлении. Иногда ветер в какой-то миг совсем стихает, и тут змей стремительно падает. Обычно порывистый ветер бывает перед дождем и грозой. Часто воздушный поток крутит змея во все стороны и даже опрокидывает его. Если при порывистом ветре удастся запустить воздушного змея на большую высоту, все равно сохраняется риск падения, змей не следует запускать при таких погодных условиях.
Если же воздушный змей при нормальных для запуска характеристиках ведет себя, как при порывистом ветре, существует два способа решить проблему:
– пристегнуть хвост;
– изменить угол атаки при помощи уздечки.
Их следует применять по отдельности или совместно, все зависит от модели змея.
Изменение угла атаки способствует изменению скорости подъема в небо. Увеличение или уменьшение скорости зависит от открывающейся ветру площади поверхности, его перестает бросать из стороны в сторону.
При запуске бескилевого змея можно изменить угол атаки при помощи привязки, для чего нужно перевязать кольцо или ближе к носу змея, или дальше от него. При этом можно добиться устойчивости в полете только опытным путем (рис. 136).
Рисунок 136. Изменение угла атаки змея при помощи привязки
Совсем не обязательно каждый раз осуществлять запуск змея, чтобы определиться с его устойчивостью после перевязки кольца. Достаточно просто подержать его на вытянутой руке за произвольную точку на привязке. После определения, в какой точке его меньше всего бросает из стороны в сторону, нужно вязать кольцо именно там.
Те, кто только начинает осваивать искусство запуска змеев, могут воспользоваться следующими полезными советами. Если близко к земле дует сильный ветер, и воздушный змей взлетает на вытянутой руке, нужно лишь разматывать леер – модель будет быстро подниматься вверх.
Если ветер возле земли слабый, но нужной силы ветер имеется на высоте, на это указывают несущиеся по небу облака и раскачивающиеся верхушки деревьев, следует поднять змея на высоту, где имеется ветер, достаточно простым способом. При запуске модели в одиночку нужно встать спиной к ветру и поставить змея на землю, обратив его «фасад» к себе. При этом плоскость конструкции будет расположена перпендикулярно направлению ветра. Стараясь удержать змея в этом положении, нужно постепенно раскручивать леер и отходить назад, примерно на 15–20 м. Затем рывком потянуть на себя и пробежать небольшое расстояние. При удачной попытке змей поднимется на нужную высоту, здесь его подхватит ветер. Иногда для запуска приходится выполнить несколько попыток. Если же на высоте имеется хороший ветер, то модель будет летать там несколько часов.
