Воздушные змеи: от Древнего Китая к современным паракрыльям

Предыстория

Воздушный змей — легкий немоторизированный аппарат, использующий ветер для подъема. Генерируя более высокое давление под поверхностью, чем над ней, он поднимается и удерживается в воздухе, удерживаемый за землю леером. Термин «змей» восходит к грациозной птице семейства ястребиных, отражая парящую природу устройства.

Каждый змей состоит из трех обязательных компонентов: тела, леера и бриделя, соединяющего их. Хорошо спроектированный бридель, крепящийся в нескольких точках, дает пилоту точный контроль над подъемной силой, тангажем и рысканием.

История

Змеи впервые появились в Древнем Китае, с письменными отсылками к 200 г. до н.э. Ранние дизайны, вероятно, эволюционировали из тканевых знамен, флажковых на веревках или гибких деревянных шестов. Первоначальное назначение — дальняя сигнализация, но быстро расширились до религиозных ритуалов, военной стратегии, научных экспериментов. Ранние модели из дерева и ткани; появление бумаги ~100 г. н.э. позволило легкие, маневренные змеи.

Из Китая змеестроение распространилось по Восточной Азии — Япония, Корея, Мьянма, Малайзия — где остается культурной точкой прикосновения. Ремесло затем прошло через Юго-Восточную Азию, Тихоокеанские острова и достигло Ближнего Востока. Арабские торговцы внесли технику в Северную Африку и Европу.

Европейские записи змеестроения датируются 1430 г. Ранние змеи имели тканевые или пергаментные тела, шелковый разрез для подъемной силы, диагональные рееки для жесткости, вшитое кольцо для леера. В 1654 году Джон Бейт описал практический метод изготовления змея из льна, шестов, лака — техники, до сих пор используемые хоббистами.

Европейские змеи варьировались по форме — от ромбов к прямоугольникам — и все требовали хвосты для стабильности. Современные коммерческие змеи инженерируются для полета без хвостов.

В XVIII веке шотландские ученые Александр Уилсон и Томас Мелвилл первыми прикрепили термометры к змеям, открыв новую эру метеорологических исследований. В 1830–40-х змеи оставались основным инструментом сбора погодных данных до середины XX века, когда шары и спутники пришли на смену.

Конец XIX века переформировал дизайн змеев. Уильям Эди 1891 года создал ромбовидный змей, вдохновленный японской моделью, устранивший нужду в хвосте. Два года позже Лоуренс Харгрейв изобрел ящистообразный змей — раннего предшественника самолетов вроде Райтов 1903 года.

Ноябрь 1948 года: Гертруда и Фрэнсис Рогалло запатентовали гибкий змей или паракрыло — легкий, без шестов квадрат ткани, скользящий на хорошо размещенном бриделе. Современные паракрылья, часто из ПЭТ-пленки, нашли применение в парашютах, дельтапланах, даже военной доставке грузов. Паракрыло 4000 кв. футов (372 кв. м) однажды подняло 6000 фунтов (2724 кг).

Сырьё и материалы

Традиционные змеи обычно используют дерево и бумагу или ткань. Современные паракрылья используют ПЭТ (полиэтилентерефталат) пленку, известную высокой разрывной прочностью и низким весом. Сырье ПЭТ — гликоль и диметилтерефталат — производятся из нефтехимии.

Коммерческие змеи обычно из нейлона — полиамидного пластика. Наиболее распространенный вариант, нейлон-6,6, синтезируют из адипиновой кислоты и гексаметилендиамина. Нейлон-6, из капролактама, тоже популярен. Леера обычно нейлон или хлопок; крупные змеи могут использовать стальные леерные барабаны, делая змеевую индустрию вторым по величине потребителем рыболовных катушек после рыболовного сектора.

Производственный процесс

Производство нейлона

• Нефть рафинируют для изоляции углеводородов, фракционно перегоняют для получения конкретных фракций.
• Крекинг — термический или каталитический — конвертирует менее ценные углеводороды в полезные, вроде циклогексана.
• Циклогексан конвертируют в адипиновую кислоту и гексаметилендиамин — мономеры нейлона-6,6.
• Полимеризация связывает тысячи мономеров в длинные нейлоновые цепи.
• Расплавленный нейлон экструдируют на вращающийся барабан для твердого листа, затем режут на чипы.

Производство нейлоновой ткани

• Чипы плавлят и экструдируют через спиннерет, образуя тонкие филаменты.
• Филаменты охлаждают, скручивают в волокна и ткут в легкую ткань.

Изготовление змея

• Тканевые панели инспектируют на дефекты и режут в точные формы.
• Панели сшивают с минимальными отходами, часто <3%.
• Легкий полиэтиленовый обод определяет аэродинамическую форму змея.
• Бридельные леера режут, продевают и шьют в рассчитанных точках крепления для стабильности.
• Крупные змеи могут иметь стальной рыболовный барабан; готовые змеи укоробкивают для отгрузки.

Контроль качества

Качество начинается с тщательной инспекции нейлоновой ткани на дыры, разрывы, слабые точки, способные поставить под угрозу полет. Каждая вырезанная панель верифицируется на точные размеры, опытные операторы мониторят каждый стежок, особенно бридельные крепления, диктующие стабильность полета. Финальная визуальная проверка гарантирует, что каждый змей соответствует строгим стандартам перед выходом с завода.