Летающие игрушки своими руками
Рейтинг: 5 / 5
Непременная принадлежность многих современных летательных машин — воздушный винт (пропеллер). Создавая силу тяги, воздушный винт двигает вперёд дирижабли, автожиры, вертолеты, самолёты с поршневыми и турбовинтовыми двигателями, конвертопланы. С помощью воздушного винта по снегу с большой скоростью передвигаются аэросани, а по воде — глиссеры.
Воздушный винт поднимает вверх огромные машины — вертолёты, позволяя им двигаться в воздухе вперёд, назад, в стороны, а если нужно,— неподвижно висеть на одном месте.
Как же работает воздушный винт и почему он создаёт силу тяги, способную двигать и поднимать в воздух летательные машины весом в несколько десятков, а иногда и сотен тонн? Чтобы понять это, давайте по смотрим на обычный электрический вентилятор. Лопасти вентилятора — это упрощённый воздушный винт. Как только вентилятор будет включён и лопасти его начнут стремительно вращаться, мы почувствуем сильный поток воздуха. Он легко разбросает в стороны мелкие бумажки, тряпочки и другие лёгкие предметы, находившиеся возле вентилятора. Это происходит оттого, что лопасти вентилятора наклонены под некоторым углом к направлению своего вращения. Этот угол называется углом атаки.
Вращаясь, лопасти отбрасывают воздух назад, благодаря чему создаётся сила тяги. Сами лопасти при этом стремятся двигаться вперёд. Это особенно заметно у вентиляторов, имеющих резиновые или матерчатые лопасти: они изгибаются вперёд, образуя так называемый «тюльпан». Вращаясь, воздушный винт развивает аэродинамическую силу, направленную вдоль его оси. Эта сила, называемая силой тяги, зависит от скорости вращения винта, его диаметра и шага.
Сила тяги вентилятора может быть больше или меньше его веса. Это зависит от мощности вентилятора. Если сила тяги будет меньше веса, то вентилятор будет гнать через себя воздух, а сам останется неподвижным, Если же сила тяги больше веса вентилятора, то вентилятор сможет летать по комнате, как вертолет. Но от вентилятора этого не требуется, поэтому его сила тяги небольшая.
Описанные в этой статье игрушки помогут на практике освоить изготовление различных воздушных винтов, их регулировку и запуск.
«МУХА»
Простейшая летающая игрушка, основная деталь которой — воздушный винт, это комнатный вертолёт «муха» (рис. 1). «Мухой» эту игрушку называют, вероятно, потому, что при полёте она издаёт звук, напоминающий жужжание большой мухи.
«Муха» состоит всего из двух деталей: воздушном» винта А и палочки Б, которая служит для раскрутки винта и для придания «мухе» устойчивости в полёте.
Размеры игрушки могут быть разными в зависимости от имеющихся под руками материалов. Соотношение размеров (в миллиметрах) винта и палочки приведено в таблице.
| ВИНТ, мм | ПАЛОЧКА, мм | ||||
| № п/п | длина | толщина | ширина | длина | толщина |
| 1 | 140 | 7 | 15 | 200 | 4 |
| 2 | 140 | 8 | 20 | 220 | 4-5 |
| 3 | 160 | 10 | 20 | 240 | 5 |
Шаблоны винтов для этих размеров даны на рис. 2.
Чтобы изготовить винт, выстрогайте из липы или другой мягкой древесины брусочек нужного размера. В центре его нужно просверлить или проколоть шилом отверстие диаметром около 1 мм и нанести на него шаблон винта (рис. 3). Затем острым ножом или стамеской обстрогайте брусок по контуру шаблона.
После обработки заготовка должна быть такой, как на рис. 4.
Теперь выстрогайте лопасти винта. Готовый винт должен быть легким. Чем легче винт, тем лучше будет летать «муха». Как сделать лопасти тонкими и придать им правильный наклон и правильную форму в сечении, показано на рис. 5. Сначала нужно выполнить грубую обработку ножом попеременно обеих лопастей (рис. 5а). Верхняя поверхность лопасти должна быть слепа выпуклой, нижняя — совершенно плоской. Затем рашпилем или драчёвым напильником нужно придать лопастям точную форму, как на рис. 5в. И, наконец, зачистите лопасти шкуркой и стеклом. При окончательной обработке винта необходимо проверить, имеют ли лопасти одинаковый вес. Для этого винт надевают на тонкую иголку или проволоку и ставят её горизонтально, прижав один конец проволоки к краю стола. После этого винт слегка раскручивают. Когда он перестанет вращаться, более тяжёлая лопасть окажется внизу. Её надо пометить карандашом, а затем убрать с неё лишнюю древесину. Уравновешенный винт после раскрутки должен находиться горизонтальном положении.
Покрасьте винт какой-либо яркой, быстросохнущей краской. После этого вставьте на место палочку и приступайте к запуску. Палочка должна входить в отверстие винта туго, однако её не следует забивать молотком. От этого может расколоться винт или сломаться палочка. Длина её выбирается так, чтобы «муху» было удобно держать в руках. Слишком длинная палочка, увеличивая вес «мухи», делает её полёты кратковременными и грубыми. При слишком короткой палочке «муха» теряет в полёте устойчивость и валится на бок ещё до того, как винт прекратит вращение.
Запуск «мухи» производится так: зажав палочку между ладонями в вертикальном положении, быстро проведите одной ладонью по другой, раскручивая палочку против часовой стрелки. Затем надо разжать ладони. Освобождённая «муха» под влиянием подъемной силы, возникшей на винте, стремительно взлетит вверх.
Полёт «мухи» можно направлять. Если при запуске расположить её ось не вертикально, а слегка наклонить вперёд (рис. 1), «муха» полетит, набирая1 высоту, по наклонной кривой. Можно заставить «муху» летать в нужном направлении на расстояние 8-10 м. Эти полёты подтвердят, что сила тяги всегда направлена но оси вращения винта.
Хорошо летающая «муха» — интересная игрушка. С одинаковыми «мухами» можно устроить различные соревнования: на высоту и дальность полёта или чья «муха» попадёт в центр круга, нарисованного на земле, чья опустится в корзину баскетбольного щита и т. п.
СПИРАЛИФЕР
Другая летающая игрушка, похожая на «муху», летающий винт спиралифер (рис. 6). Для раскрутки винта здесь есть специальный барабанчик — деревянная катушка из-под ниток, на которую наматывается тонкий шнур длиной около 50 см. Потянув за шнур, можно привести в быстрое вращение барабанчик вместе с насаженным на него винтом. Винт спиралифера может подняться на высоту до 25 м и при попутном ветре пролететь значительное расстояние.
В этой статье описан винт с предохранительным ободком из стальной проволоки (рис. 7). Винт без ободка плохо виден в полёте и, кроме, того, может при запуске поранить зрителей или самого запускающего.
Винт спиралифера — трёхлопастный. Для изготовления его пригодны жестяные консервные банки. Центральную часть винта — ступицу — следует сделать более тяжёлой, припаяв к ней накладку, изображённую на рисунке. После этого в накладке надо сделать отверстия для ведущих штифтов барабана.
При изготовлении винта очень важно добиться одинакового изгиба всех лопастей (рис. 8). Готовый винт необходимо отбалансировать. Как это сделать, описано выше. Затем зачистите винт наждачной шкуркой и покрасьте.
Концы лопастей винта нужно спаять оловом или заклепать тонкими заклёпками с предохранительным ободком.
Барабан спиралифера — это катушка из-под ниток. Желательно подобрать катушку большого размера — у неё более крепкие бортики, в которых надёжнее будут держаться ведущие штифты из гвоздиков подходящей толщины.
Ручку для барабана можно сделать из куска твёрдого дерева. Размеры даны на рис. 6. Можно использовать готовую ручку от напильника или стамески и вклеить в неё деревянный или металлический стержень соответствующей толщины. Такая конструкция будет красивее.
Запускают спиралифер так. Намотав шнурок на барабан, накладывают винт на ведущие штифты. Держа ручку левой рукой и немного отклонив eе от себя вперёд, нужно энергично потянуть за шнур.
Пусковой шнур должен быть намотан на барабан таким образом, чтобы при его раскрутке винт вращался против часовой стрелки. Поэтому, прежде чем тянуть, проверьте, в каком направлении будет вращаться винт.
ФЮЗЕЛЯЖНАЯ МОДЕЛЬ ВЕРТОЛЁТА
Польские авиамоделисты, приделав к несущему винту спиралифера лёгкий фюзеляж, получили игрушку, внешне напоминающую настоящий вертолёт. Модель хорошо летает в помещениях и на открытом воздухе, достигая при удачных запусках высоты 20-25 м.
Эту модель запускают также со шнурка при помощи барабана. Только у спиралифера при запуске шнурок наматывают на барабан вручную, а у модели вертолёта— автоматически, под действием скручивающегося пучка резиновых лент (рис. 11).
Чертёж модели в трех проекциях изображён на рис. 10. Фюзеляж 1 изготовлен из пенопласта, кукурузной сердцевины, бальзы, пробки или какого-либо другого лёгкою материала. Можно сделать фюзеляж из сухого липового бруска, выдолбив его изнутри.
Толщина стенок должна быть не больше 1,5-2 мм. Фюзеляж делают из двух половинок с делением по вертикальной оси. После окончательной подгонки и подготовки гнезда для установки несущего винта половинки склеивают между собой.
Через фюзеляж по вертикальной оси проходит отверстие 2 для размещения вала несущего винта с храповиком 3. Верхняя часть этого отверстия имеет диаметр 2,5-3 мм в зависимости от толщины вала винта. Нижнюю часть нужно просверлить на глубину 20—22 мм с диаметром 10—12 мм. Здесь будет размещён храповик вала несущего винта.
Наклонная пластинка 4 установленная на хвостовой части фюзеляжа, препятствует вращению модели во время полёта. Она изготовлена из целлулоида или фанеры толщиной 1 мм. Пластинку нужно вклеить в пропил хвостовой балки как показано на рисунке. Диаметр пластинки — 25 мм.
Колёса шасси 5 лучше всего сделать из обычной ученической резинки. Стойки шасси 11 — из стальной проволоки или дюралевой пластинки.
При окончательной сборке фюзеляжа необходимо отбалансировать носовую и хвостовую части. Для этою следует подвесить модель на нитке, привязанной к концу вала несущего винтa, вставленного в фюзеляж. С более тяжёлой части лишний материал срезается ножом или снимается драчёвым напильником. Можно также на более лёгкую часть приклеить клеем БФ-2 кусочек свинца. Готовый фюзеляж окрашивают.
Лопасти несущего винта 7 изготовляют из фанеры или из жести так же, как для спиралифера. Жестяной винт изготовить проще, но с ним модель будет летать несколько хуже. Несущий винт из фанеры изготовляют в такой последовательности: сначала нужно выпилить лобзиком три отдельные лопасти по шаблону из хорошей авиационной фанеры толщиной 2-2,5 мм (рис. 12). Затем лопасти обрабатывают напильником так, чтобы в поперечном сечении они имели форму, показанную на рис. 10 и 12.
Перед окончательной обработкой лопасти нужно сделать одинаковыми по весу. Затем зачистить мелкой шкуркой и соединить между собой с помощью ступицы (рис. 13). Ступица состоит из трёх фанерных кружочков диаметром 16 мм. Верхний и нижний кружочки имеют толщину 2 мм, средний (внутренний) — 3 мм. В среднем кружочке делают три пропила, в которые вклеивают винт. Кружочки, склеенные вместе, образуют прочную ступицу.
Ободом несущею винта может служить фанерная или целлулоидная полоска толщиной 2 мм и ширинок 5 мм. Концы лопастей следует врезать в обод, как показано на рис. 10, и закрепить места соединений наклейкой матерчатой полоски.
Для несущего винта, изготовленного из жести, обод лучше всею сделать из стальной проволоки толщин-1 мм. Концы лопастей в этом случае просто припаивают к ободу.
Вал несущего винта (рис. 9) можно выточить вместе с храповиком или спаять из двух частей: верхней, представляющей собой металлический стержень длиной 35-40 мм и толщиной 2,7-3 мм с резьбой и двумя гайками, и нижней — трубочки, одинакового со стержнем диаметра. На этой трубочке нарезают пазы храповика.
Рукоятка пускового механизма изображена рис. 11. Выгибают её из железной или дюралевой полоски шириной 18 и толщиной 1,5 мм. Барабан изготовляют из деревянной катушки от ниток, в который заклеивают металлический стержень, соединённый с катушкой сквозным шплинтом. На нижнем конце стержня делают ушко для крепления резины. На другом конце просверливают отверстие диаметром 1.5 мм, в котором запрессована поперечная шпилька, входящая в сцепление с храповиком.
Собирают пусковой механизм в такой последовательности: склепав рукоятку, в центре её сверлят отверстия для вала барабана и отверстие для пускового шнура. Затем внутрь рамки вставляют катушку, а в неё клеем БФ-2 вклеивают металлический стержень — валик барабана. Между катушкой и рамкой необходимо проложить сверху и снизу шайбы из жести или целлулоида. Затем катушку вместе с валиком сверлят насквозь сверлом 1,5 мм и в это отверстие вставляют тонкий шплинт или гвоздик— заклёпку. Между основанием ручки и ушком валика натягивают четыре резиновые ленты сечением 1x4 мм.
Для подготовки собранного пускового механизма к действию катушку следует закрутить на 25-30 оборотов против часовой стрелки. Затем пропустить через отверстие пусковой шнур длиной около 600 мм с прикреплённым на его конце шариком или пуговицей. Шнур привязываю! к шплинту, пропущенному через катушку. Если после этого отпустить катушку, она под влиянием закрученного пучка резных лент начнёт вращаться и наматывать на себя пусковой шнур. Дернув за шнур, снова скрутим резину и заставим её ещё раз намотать шнур на катушку. Таким образом, пусковой механизм всегда будет готов к действию, и наматывать шнур на катушку руками не приходится.
Для запуска готовая cбалансированная модель насаживается на валик готового механизма так, чтобы шпилька вошла в прорези храповика. Пусковой механизм надо держать в левой руке, а правой сильно потянуть за шнурок.
Модель взлетит. Направление полёта модели будет зависеть от её положения на старте (так же, как это происходило при запуске спиралифера).
Запускать модель следует на открытых площадках или в больших просторных комнатах (гимнастическом зале и т. п ).