Повітряний змій

Повітряні змії на фестивалі зміїв

Пові́тряний змій або літун — прив'язний літальний апарат, підтримуваний у повітрі тиском вітру на поверхню, поставлену під певним кутом до напрямку вітру. Винайдений в Китаї понад 2 тисячі років тому.

Великий безкаркасний повітряний змій, призначений для транспортування людини, в українській мові зветься кайт (від англ. kite — повітряний змій).

Історія

Перші згадки про повітряних зміїв зустрічаються ще в II столітті до н. е., в Китаї (так званий змій-дракон).

Ілюстрація з книжки 1635 року «Таємниці природи та мистецтва»

Повітряні змії стали відомими в Європі у пізньому середньовіччі. У ХІІІ столітті їх описав Марко Поло в своїй книзі про подорож до Китаю. У ранньомодерну добу, в XVI—XVII століттях, португальські та голландські моряки привезли до своїх країн перші зразки повітряних зміїв з Японії та Малайзії. Спершу європейці сприймали зміїв як цікаві незвичні іграшки, але у XVIII—XIX століттях стали використовувати їх як машини у своїх наукових дослідах.

З другої половини XVIII ст. повітряних зміїв використовували при проведенні наукових досліджень атмосфери. У 1749 р. А. Вільсон за допомогою повітряного змія вимірював температуру повітря на висоті. У 1752 р. Б. Франклін провів експеримент, в якому за допомогою змія виявив електричну природу блискавки і згодом завдяки отриманим результатам винайшов громовідвід. М. В. Ломоносов проводив аналогічні експерименти і незалежно від Франкліна прийшов до таких самих результатів.

Досліди з дослідження атмосферної електрики були надзвичайно небезпечними. 26 червня 1753 року при запуску змія в грозу загинув колега Ломоносова, академік Г. В. Ріхман.

У XIX столітті змії також широко застосовувалися для метеорологічних спостережень.

На початку XX століття повітряні змії зробили свій внесок у створення радіо. О. С. Попов використовував змії для піднімання антен на значну висоту.

Важливо відзначити використання повітряних зміїв при розробці перших літаків. Зокрема, О. Ф. Можайський, перш ніж почати будівництво свого літака, провів серію випробувань з повітряними зміями, яких тягла упряжка коней. На підставі результатів цих випробувань було вибрано розміри літака, які повинні були забезпечити йому достатню підіймальну силу.

Практичні можливості повітряного змія привертали увагу військових. У 1848 р. К. І. Константинов розробив систему порятунку суден, що терплять лихо поблизу берега, за допомогою повітряних зміїв. Під час першої світової війни війська різних країн застосовували змії для піднімання на висоту спостерігачів-корегувальників артилерійського вогню, розвідування ворожих позицій.

Конструкція

Крило

Крило забезпечує необхідну для підйому змія підйомну силу. Залежно від розміру змія воно виготовляється з непроникних для повітря матеріалів, зазвичай: паперу (малі змії), синтетичної плівки (середні змії), синтетичної тканини (великі змії) або синтетичної армованої тканини (надвеликі змії).

Вуздечка

Вуздечка забезпечує необхідний для польоту кут атаки, можливості керування змієм та його використання при різних силах вітру. За числом місць кріплення вуздечки поділяються на:

• з одним місцем кріплення — не дозволяє керування змієм;
• з двома місцями кріплення — дозволяє змінювати кут нахилу крила ліворуч-праворуч з відповідним ухилянням змія.
• з трьома місцями кріплення — дозволяє змінювати кут нахилу змія ліворуч-праворуч та кут атаки;
• з чотирма місцями кріплення — дозволяє змінювати кут нахилу та кут атаки кожного з крил змія ліворуч-праворуч для виконання складних пілотажних фігур.

Кожне з місць кріплення має власний леєр.

Для зміїв з одним та двома місцями кріплення вуздечка облаштовується регулятором кута атаки, виконаного як серія вузликів для визначення місць приєднання леєра.

Хвіст

Хвіст забезпечує прийнятну стабільність польоту зміїв і є декоративним елементом.

Різновиди зміїв

Каркасні змії

Конструкція

Каркасний змій має легкий каркас, який забезпечує утримання крила та надання йому необхідної форми.

Прямокутний змій

Прямокутний змій має каркас з двох схрещених ребер, які утримують крило у формі прямокутника. Облаштовується хвостом.

Характеризується низькою стабільністю польоту і підйомного силою, але завдяки простоті каркасу може використовуватись в слабкий вітер.

Ромбовидний змій

Ромбовидний змій має каркас з двох схрещених ребер, які утримують крило у формі дельтоїда. Передній трикутник крила змія завжди менший у висоту. Ромбовидний змій звичайно облаштовується хвостом.

Характеризується прийнятною стабільністю польоту і підйомного силою.

Дельта-змій

Дельта-змій

Дельта-змій має конструкцію, наближену до дельтаплану. Каркас складається з чотирьох (в окремих випадках — п'яти) ребер — центрального поздовжнього, яке утримує центральні передню і задню точки крила, поперечної (або поперечних для п'яти ребер), яка утримує бокові ребра, і власне бокових ребер, які утримують передні кромки крила. Бокові ребра звичайно не приєднуються до переднього краю центрального поздовжнього ребра, щоб робить конструкцію змія напівжорсткою.

Характеризується високою стабільністю польоту без хвоста і прийнятною підйомною силою. Призначений для використання в умовах відносно сильного вітру.

Роккаку-змій

Рокаку-змій має каркас з одного поздовжнього і двох поперечних ребер, які утримують крило у формі видовженого шестикутника.

Характеризується доброю стабільністю польоту і підйомного силою, але чуттєвий до жорсткості каркасу. Призначений для використання в умовах слабкого вітру.

Коробчатий змій

Коробчатий змій

Коробчатий змій складається з каркасу, утвореного чотирма поздовжніми ребрами паралелепіпеду і скріплених хрестовидними розпірками. Поздовжні ребра несуть два прямокутних крила.

Існує модифікована версія змія з додатковими боковими трикутники крилами, які кріпляться на бокові поздовжні рейки і розносять передньою горизонтальною рейкою хрестовини.

Характеризується високою стабільністю польоту в широкому діапазоні швидкостей вітру. Змій з додатковими боковим крилами має збільшену підйомну силу.

Безкаркасний змій у формі зірки

Безкаркасні змії

Безкаркасний змій набуває необхідної жорсткості за рахунок тиску, який створюється набігаючим повітрям у мішковидній оболонці. Його форма забезпечується складною системою внутрішніх перегородок і вуздечки.

Безкаркасний змій зручний для транспортування, але складний у налаштуванні. Розмір безкаркасних зміїв може сягати десятків метрів.

Аеродинаміка

Підйомна сила

Несуча поверхня змія є крилом. За інших рівних умов крило з більшим подовженням (відношенням поперечної довжини до поздовжньої, в англомовний літературі англ. high aspect ratio) характеризується кращою аеродинамічною якістю і створює більшу підйомну силу. Як наслідок, окремі сучасні змії, де це можливо, облаштовуються розрізним крилом (ромбовидний, рокаку) для збільшення підйомної сили. Розрізні крила також має коробчастий змій. Такі крила також дозволяють використовувати зміїв у більш широкому діапазоні сили вітру.

Стабільність

Стабільність польоту визначається відсутністю рискання змія і досягається наявністю хвоста, продовжніх вертикальних поверхонь крила, сформованих конструктивно (наприклад, як у коробчатих та дельтовидних зміїв з кілем) або утворюваних деформацією несучих поверхні під тиском повітря (наприклад, як у ромбовидних та дельтовидних зміїв), або деформації каркасу (наприклад, як у зміїв рокаку).

Дизайн зміїв

При виготовленні зміїв для звичайно використовують яскраві кольори: жовтий, жовтогарячий, червоний, блакитний, синій тощо. Добре виглядають змії, в яких використовується декілька близьких кольорів з поступовою зміною насиченості, наприклад: жовтий, жовтогарячий, червоний тощо. Зелений колір та його відтінки зустрічаються рідко.

Форма змія та рисунок можуть імітувати птахів, геометричні фігури, окремі побутові предмети тощо.

Повітряні змії в культурі

Конструювання повітряних зміїв — поширений напрям творчого конструювання

Повітряний змій — популярна дитяча іграшка.

Друга неділя жовтня — Всесвітній день повітряних зміїв (World Kite Day).

Див. також

• Кайт спортивний
• Кайтсерфінг

Джерела

• Kites in many countries
• History of kites
• The earliest depiction of kite flying in European literature in a panorama of Ternate (Moluccas) 1600.
• Виготовлення повітряного змія
• Классификация воздушных змеев