Глава 8. Почему летают воздушные змеи

Глядя на парящего в воздухе воздушного змея, оператор, то есть человек, запускающий его, может быть, захочет узнать, отчего это происходит. Ведь змей тяжелее воздуха, и тот не поддерживает его, как вода поддерживает лодку. Более того, воздушный змей обладает способностью подниматься в воздух, словно аэроплан. Он то подастся назад, то нырнет вниз, и в обоих случаях важную роль играет линь, на котором его запускают. Если линь подтянуть на себя, то змей немного поднимется. Если побежать, одновременно отпуская линь, то змея можно поднять еще выше. А после полета змей снова опускается на землю.

На воздушного змея действуют четыре силы, о которых стоит рассказать подробнее. Это — сопротивление, подъемная сила, сила тяжести и движущая сила. Можно сказать, что змей летает благодаря взаимодействию всех этих сил. Но рассмотрим все их по порядку.

Первая — сила сопротивления. Это означает, что воздух оказывает сопротивление любому движущемуся в нем телу. В этом можно убедиться на простом примере. Возьмите лист картона, придайте ему горизонтальное положение и поводите им из стороны в сторону. Лист легко перемещается сквозь воздух» встречая лишь небольшое сопротивление. А теперь используйте картон как веер, придав ему вертикальное положение. И вы тут же почувствуете разницу. Появилось явное противодействие движению листа, когда воздух действует словно тормоз.

Сопротивление воздуха легко ощутить во время бега. Даже в тихий день можно почувствовать, как вас обтекает воздух, а в ветреный день ветер становится серьезным препятствием, и, чтобы преодолеть его, пешеходу приходится прилагать определенные усилия.

На этих примерах видно, как движущийся объект рассекает воздух, словно лодка рассекает воду. Воздух создает сопротивление движению объекта, тормозя его. Он будто «прилипает» к поверхности предмета, стараясь замедлить и даже остановить его движение, другими словами, преодолеть силы, которые движут предметом.

Но существует сила, направленная вверх. В этом можно легко убедиться. Положите на стол лист писчей бумаги и подуйте поверх стола. Бумага приподнимется и двинется вперед. Подобным образом ученый Джордж Кейли демонстрировал подъемную силу воздуха. Эта сила движет летящим по воздуху листом, обрывком бумаги, поднимающимся самолетом или воздушным змеем.

Каждый, кто запускал воздушного змея, использовал эту силу для того, чтобы не дать змею упасть на землю. Сначала оператор кладет змея на землю, потом берет в руки линь и бежит против ветра. Змей отрывается от земли. Медленно, если угол наклона невелик, и гораздо быстрее, если угол подобран правильно. Кроме того, если змея обдувает ветер, то над его верхней частью создается некоторое разряжение. Это помогает змею подниматься более уверенно. Благодаря возникновению вакуума змей может парить в воздухе, словно парус.

Из сказанного следует, что змей может летать только тогда, когда расположен под углом к направлению ветра. Другими словами, чтобы взлететь, змей должен находиться под углом по отношению к потоку воздуха. Этот угол называется углом атаки или углом подъемной силы. Если змей занимает положение близкое к вертикальному, то увеличивается сопротивление воздуха и увеличивается подъемная сила. Наоборот, когда змей располагается почти горизонтально, то подъемная сила убывает, и змей не поднимается.

Все это можно легко доказать. Пусть змей летит при легком ветерке. Он стремится занять вертикальное положение, почти не поднимаясь вверх. Потом змей сделает несколько ныряющих движений, стремясь упасть на землю.

При сильном ветре змей быстрее поднимается вверх. Причиной этому служит то, что при сильном ветре и большом натяжении линя змей занимает наклонное положение и его подъемная сила возрастает.

Но если по каким-то причинам змей не может занять правильное положение и угол атаки становится слишком мал, полет будет отличаться неустойчивостью, и если положение не улучшится, то змей пойдет вниз.

Теперь следует поговорить о силе тяжести. Воздушный змей стремится вниз благодаря своему весу. Змей тяжелее воздуха, и необходимы силы, чтобы преодолеть это препятствие. Прежде всего надо стараться сделать змея легким, насколько это возможно. Змей, сделанный вопреки этим правилам, будет перегружен, подобно перегруженному самолету. И тем не менее, каким бы легким ни был змей, всегда найдется сила, стремящаяся переместить его вниз.

Это стремление обусловлено силой земного тяготения. Все предметы падают на землю, если их ничто не удерживает. Сама Земля притягивает их. И если бы не было этого притяжения, то все на Земле полетело бы в космос из-за силы, возникающей от вращения Земли. Сила притяжения действует на все и всех.

Теперь необходимо сказать о том, что мы называем центром тяжести. Это точка приложения силы тяжести. Или точка, вокруг которой сбалансирован вес тела. Центр тяжести можно найти, воспользовавшись правилами геометрии или экспериментальным путем. В качестве эксперимента можно взять стержень и положить его на опору. Уравновесив его, мы найдем центр тяжести, то есть точку, в которой приложена сила тяжести.

Но что касается парящего в воздухе воздушного змея, то все не так просто. Центр тяжести — это не только точка, в которой приложена сила притяжения, а также точка, где должны пересекаться линии Действия всех других сил — подъемной силы, силы сопротивления и движущей силы. Чтобы этого добиться, надо тщательно уравновесить конструкцию змея. Если будет допущена ошибка, то змей будет нестабилен в полете. Чтобы привести все силы в одну точку, оператор может произвести наладку, например, утяжелить или облегчить хвост, изменить точку прикрепления линя. Хороший полет змея во многом зависит от такой регулировки.

Уже говорилось, что в полете на змея действуют три силы — сила тяжести, сила сопротивления и подъемная сила. Но есть и четвертая, о которой было упомянуто лишь вкратце, это — движущая сила. Сначала покажется удивительным, почему мы говорим о движущей силе, ведь у воздушного змея нет мотора. Но читатель тут же поймет, что движущая сила создается самим оператором и передается змею с помощью линя. Линь действует на воздушного змея как мотор, то есть передает усилие от оператора к самому змею.

Движущая сила эффективна лишь при натянутом лине. Представьте, что мы запускаем воздушного змея при слабом ветре и линь не натянут. Тогда змей будет перемещаться назад и падать вниз. Чтобы исправить это положение, оператор должен натянуть линь и побежать вперед. Это действие равносильно включению мотора. Отвечая на эту движущую силу, змей начнет подниматься вверх. Движущая сила заставляет змея принять такое положение, при котором сила сопротивления превращается в подъемную силу.

Чем больше отпускать линь, тем большее возникает сопротивление. И чем длиннее линь, тем больший вес передается на воздушного змея. В результате змей может начать падать вниз. Движение назад уменьшает угол атаки, и подъемная сила убывает. Это подтверждает, как важна движущая сила, передающаяся змею через линь.

Теперь можно кратко суммировать то, о чем говорилось в этой главе. Змей в полете — это объект, который находится под действием четырех сил, а именно: силы сопротивления, подъемной силы, силы земного притяжения и движущей силы. Сила сопротивления создается движением воздуха, который обтекает змея. Подъемная сила — это часть сопротивления, которая превращается в силу, направленную вверх. Сила притяжения обусловлена весом змея и приложена в точке, которую называют центром тяжести. Движущая сила сообщается змею линем, действующим как мотор. Эти силы действуют как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях — сопротивление и движущая сила в горизонтальной, а сила тяжести и подъемная сила — в вертикальной. Змей полетит, если линии действия всех этих сил пересекутся в центре тяжести змея. Иначе полет змея будет нестабильным, потому что силы будут приложены к разным его частям. Противоположно направленные силы должны иметь общую линию действия.

Чтобы выдержать эти требования, поверхность змея должна быть наклонена по отношению к ветру под правильным углом.

Змей должен быть также тщательно уравновешен. В связи с важностью балансировки теперь поговорим о ней.

Как было сказано, равновесие достигается правильным распределением веса вокруг центра тяжести, или, как его еще называют, центра масс. Чтобы соблюсти это требование, автор считает полезным провести следующую процедуру. Найдите точку равновесия змея по его основной рейке и отметьте ее карандашом. Это и есть центр тяжести, или центр масс.

Если змея опереть на эту точку, то он будет находиться в равновесии, и силы тяжести будут действовать одинаково на его правую и левую часть, то есть змей будет обладать так называемым продольным и поперечным равновесием. Теперь необходимо добиться, чтобы змей соблюдал это двойное равновесие в воздухе.

Прежде всего необходимо представить себе змея в полете. При обтекании змея воздухом создаются завихрения, из-за которых полет становится неустойчивым. Так, например, змей может «нырять» вперед и назад. Это означает, что он не обладает продольным равновесием. Чтобы исправить этот недостаток, надо привязать линь в нужном месте. Продольное равновесие восстанавливается, если привязать линь чуть выше центра тяжести, и змей хорошо держится в воздухе.

Может возникнуть и другая проблема. Под сильными потоками воздуха змей может начать раскачиваться из стороны в сторону. Это означает, что у него плохое поперечное равновесие. Этот дефект можно устранить, придав змею очертания правильного двугранного угла относительно основной рейки. В самолете это угол между горизонтальной поверхностью и фюзеляжем. Если посмотреть на самолет спереди, то видно, что его крылья напоминают очертание буквы V. В воздушном змее такой двугранный угол можно получить, подгибая поперечные рейки. Если змей кренится на одну сторону, то это значит, что ветер старается опустить ее, а другую сторону, наоборот, поднять. И змей будет поворачиваться, пока не достигнет равновесия. Поперечное равновесие может быть достигнуто, если соответствующим образом прикрепить линь к змею, сместив точку крепления немного в сторону.

Продольное и поперечное равновесие можно проиллюстрировать на таком примере. Если положить на обе чаши весов одинаковый вес, а потом нажать на одну из них и отпустить, то рычаг весов установится в положении равновесия. Весы демонстрируют устойчивое равновесие, что означает, что тело стремится вернуться к нему, после того как оно будет нарушено внешним воздействием.

Есть еще одна особенность, о которой необходимо упомянуть. Это устойчивость в направлении полета змея. Без нее змей будет постоянно сбиваться с курса. Такие отклонения называют «рысканием». Устойчивости на курсе добиваются применением гибкого хвоста, который работает как руль лодки.

Итак, добиться отличного полета змея невозможно, если не следовать представленным здесь рекомендациям, указывающим правильное направление к желанной цели.

Все сказанное несомненно, полезно, но оператору придется многому учиться на практике. Используя метод проб и ошибок, устраняя одну за другой все неисправности, можно добиться превосходных результатов.

ЗАПУСК ВОЗДУШНОГО ЗМЕЯ

Чтобы все было понятно в таком важном деле, как запуск змея, придется повторить то, что было сказано ранее, и что-то прокомментировать дополнительно.

Прежде всего поговорим о выборе места для запуска змея. Существует много всяких за и против. Например, следует избегать мест, где змей может запутаться в деревьях или проводах, или мест, где проходят дороги с оживленным движением. Предпочтительно открытое пространство, где можно не беспокоить окружающих. Особенно это важно, когда запускают сразу несколько змеев. Любители воздушных змеев, как и рыболовы, не должны мешать друг другу.

Второе важное составляющее — погода. Энтузиасты готовы запускать своих змеев в любую погоду. Они считают, что природа бросает вызов их мастерству. Однако даже они достаточно разумны, чтобы не считать сильную грозу или бурю таким вызовом. Воздушный змей — это хрупкое сооружение, ограниченное определенными возможностями. Поэтому лучше всего руководствоваться здравым смыслом.

Следующее составляющее хорошего полета — условия запуска. В теплый тихий день воздух кажется неподвижным. Но это только внешнее спокойствие. Горизонтальных потоков воздуха может и не быть, но вертикальные потоки могут быть очень сильны. Их называют термальными. Такие потоки часто возникают над вспаханной землей, пустошью и там, где здания расположены близко друг к другу. Об этом свидетельствует заметное мерцание в воздухе. С другой стороны, в жаркий день могут возникнуть и нисходящие потоки воздуха, особенно рядом с водоемами, болотами и лугами.

Теперь поговорим о ветреных днях. Они тоже отличаются друг от друга. При порывистом ветре, при наличии препятствий в виде холмов или зданий возникают восходящие потоки воздуха. Их сила зависит от скорости ветра и размеров препятствия, которое ему встретилось.

В восходящих потоках часто парят птицы, то есть летают не взмахивая крыльями. Пилоты планеров используют такие потоки, чтобы подняться на высоту. Часто восходящие потоки помогают и запуску змеев. (Подробно вопрос о погоде рассмотрен в главе 10.)

Теперь мы переходим от погоды к самим воздушным змеям. Прежде чем запускать змея, сообразуйтесь с его размерами. Часто энтузиасты стремятся сделать змея громадных размеров. Он привлекает внимание и вызывает восхищение, но, для того чтобы поднять такого змея в воздух, нужны большое умение и незаурядная сила. Кто-то сказал, что двухметровый воздушный змей тянет, как ломовая лошадь. Но и вдвое меньший воздушный змей при свежем ветре и на длинном лине создает значительное усилие. Исходя из вышеизложенного, размеры воздушных змеев, описанных в этой книге, не превышают 1 метра 7 см. Для начинающих это самый удобный размер. Потом, постигнув азы, можно создавать воздушных змеев больших размеров.

Прежде всего змея надо осмотреть. Проверьте линь и уздечку, их крепление и то, насколько свободно линь сматывается с катушки. Потом проверьте нити обтяжки и стяжки, чтобы убедиться, что они туго натянуты. В случае необходимости их стоит подтянуть, используя приемы, о которых было рассказано в главе 7, раздел «Узлы и крепления». В-третьих, проверьте обтяжку, цела ли она. Это особенно важно для бумажных обтяжек, которые часто рвутся.

. Воздушного змея запускать лучше вдвоем. Отпускается на некоторую длину линь. Ваш друг держит змея над головой против ветра, а вы отходите с линем на расстояние около 50 м. Как только первый отпускает змея, второй бежит с ним против ветра. При этом змей поднимается вверх. Если ветер сильный, то можно стоять на месте. Обычно низко над землей ветер дует порывами. В этом случае при усилении ветра линь надо слегка отпускать, а при слабом ветре подтягивать к. себе, иначе змей может упасть.

Если вам приходится запускать змея в одиночку, просто положите его на землю. Теперь оператор должен побежать в направлении против ветра. Длина и скорость пробега зависят от силы ветра. Змей начнет постепенно подниматься под углом. Оператор, продолжая двигаться, отпускает немного линь, в зависимости от скорости подъема. Даже в сравнительно тихий день такой бег создает достаточно сильный ветер. Постепенно отпуская линь, надо искать место возникновения вертикальных потоков воздуха.

Высота, на которую может подняться змей, зависит от длины линя. При хороших условиях змей поднимается до тех пор, пока не начнет ощущаться возрастающий вес линя. То есть до того времени, пока его подъемная сила может преодолевать силу тяжести самого змея и выпущенного линя. Скорость подъема можно увеличивать, если поддергивать линь. При спуске змея дайте ему описать плавную кривую снижения. Медленно двигайтесь вперед, осторожно наматывая линь на катушку. Змея нельзя заставлять снижаться при помощи грубой силы. Надо быть особенно аккуратным на последних нескольких футах спуска змея. Если линь сматывать слишком быстро, змей может упасть.

Успех в запуске змея, как и во многих других делах, приходит с практикой. Теория может быть очень хороша, но только на практике пилот или водитель начинают «чувствовать машину» и ориентироваться, что делать в той или иной обстановке. То же самое происходит и при запуске змеев, и именно это привлекает людей к этому занятию. Если бы воздушный змей двигался по кругу, как механическая игрушка, это занятие не было бы так интересно. Постоянно меняющиеся погодные условия все время поддерживают азарт оператора. Есть много общего между запусками воздушных змеев и парусным или планерным спортом. Человек становится частью системы, которая слушается его властной руки.

Если говорить о типах змеев, то сегодня их можно разделить на два класса: коробчатые и плоские. Коробчатые змеи, как и самолеты, летают под малыми углами. Их форма удерживает их от скольжения в сторону и нырков вниз. Сама конструкция таких змеев обеспечивает их стабильность в полете. Коробчатые воздушные змеи хорошо поднимаются в воздух, иногда прямо над головой оператора.

Плоские змеи летают под большими углами атаки, и во многих случаях для их балансировки нужен гибкий хвост. Такой змей более маневрен и лучше коробчатого змея подходит для воздушной акробатики. При умелых манипуляциях линем он будет легко и красиво опускаться вниз и взмывать кверху.

Выбор конструкции змея во многом зависит от ваших желаний. Если нужно, чтобы он высоко летал, выбирайте коробчатого змея. А если собираетесь маневрировать змеем в воздухе, то лучше строить плоского змея.