Теория и практика летающих моделей бумерангов.

Несколько слов о полете бумеранга.

Среди множества вещей, пришедших к нам из глубокой древности, таких, как колесо, топор, стрела, бумеранг занимает особое место. Чтобы изготовить его, безвестному древнему изобретателю пришлось немало потрудиться. Ведь законы полета бумеранга стали известны лишь в последнее столетие, с появлением авиации.

Какой бы формы ни были эти изделия, они разделяются на два вида: возвращающиеся и невозвращающиеся. По внешнему виду их почти невозможно отличить друг от друга. Как правило, возвращающийся бумеранг легче, а угол между его плечами более острый. Длина этого вида бумеранга 250—750 мм, ширина 30—50 мм, толщина до 15 мм. Угол между плечами изменяется от 80 до 140 , масса составляет около 700 г. Лучшие образцы невозвращающегося бумеранга пролетают 180 м, поднимаясь на высоту до 15 м.

Какие же силы действуют на бумеранг, брошенный горизонтально и вращающийся в вертикальной плоскости? Из-за несимметричности профиля плеч у него, как и у крыла самолета, возникает подъемная сила F.

Кроме того, на плечо бумеранга действует еще сила сопротивления воздуха Q.

Результирующая этих двух сил стремится развернуть его. Величина каждой из этих сил пропорциональна квадрату скорости, и понятно, что они не равны, если рассматривать два плеча. В верхней точке скорость полета бумеранга I складывается со скоростью вращения U, а в нижней вычитается.

Таким образом, бумеранг испытывает действие сил F и сил сопротивления, стремящихся развернуть его вокруг горизонтальной и вертикальной оси. Но этого перемещения при запуске не происходит, потому что бумеранг, очень быстро вращаясь, приобретает устойчивость волчка или юлы.

Часто плоскость бумеранга, занимающая почти вертикальное положение в начале полета, в конце пути становится горизонтальной. Это объясняется тем, что силы, рассмотренные выше, заставляют бумеранг постепенно поворачиваться, чем и объясняется столь сложная траектория его полета. Если бумеранг запустить с вдвое большей скоростью, то скорость наклона его плоскости также увеличится вдвое. В результате бумеранг опишет почти такую же кривую. Следовательно, диаметр ее не зависит ни от скорости вращения бумеранга, ни от его начальной скорости. Таким образом, длина пути модели — величина почти постоянная. Параметры орбиты пропорциональны моменту инерции, который тем меньше, чем легче бумеранг. Поэтому, чтобы при испытаниях в комнате он описывал малую орбиту, его нужно изготовить из бумаги.

Сделайте бумажный бумеранг с длиной каждого плеча по 50 мм, шириной 10 мм и зажмите его под ногтем большого пальца, как показано на рисунке. Если теперь щелкнуть по верхнему концу модели, она полетит метров на пять, плавно опишет кривую и возвратится обратно.

Более дальнобойные бумеранги лучше делать из многослойной фанеры или картона. Такой бумеранг берут правой рукой за один из концов и чуть наклоняют влево выпуклую сторону, оба конца модели направляют вперед или назад. Бросать его нужно вперед или чуть вверх, заставив быстро вращаться. Для этого резко замедляется заключительная фаза броска. При полете бумеранга сначала кажется, что он летит прямо, но вскоре его траектория отклоняется влево, а часто и вверх. Затем он делает широкую, почти округлую петлю и возвращается к месту запуска. Точность возвращения в значительной степени зависит от мастерства метателя.

Изготавливаем бумеранг.

Посмотрите еще раз на рисунок. На нем представлен один из наиболее распространенных возвращающихся бумерангов.

Возьмите лист плотной бумаги и нанесите на него сетку со стороной квадрата, равной 50 мм. Сторона бумеранга, обращенная к читателю,— выпуклая. Тщательно перенесите контуры модели с рисунка и вырежьте. Вы получили шаблон. Симметрию плеч проверьте, перегнув его по линии О А. Контуры плеч должны полностью совпасть. Лучший и, пожалуй, самый доступный материал для изготовления бумеранга — тонкая фанера.

Резиновым клеем приклейте шаблон на лист фанеры так, чтобы наружные слои фанеры были перпендикулярны оси ОА. Лобзиком вырежьте контуры плеч бумеранга. Вся последующая обработка производится только с одной стороны, указанной на рисунке. Другая сторона должна остаться плоской. С помощью плоского напильника и штангенциркуля добейтесь плавного уменьшения толщины от середины к концам. Сделав это, займитесь профилированием. Это, пожалуй, самая ответственная часть работы.

Вырежьте из жести или тонкой фанеры контршаблоны для каждого сечения, указанного на рисунке. Профилирование выполните с помощью полукруглого и плоского напильников, а затем всю поверхность зачистите шкуркой. Все острые кромки округлите. Поверхность плеч тщательно обработайте, от этого будут зависеть летные качества бумеранга.

Почаще проверяйте контршаблонами правильность получаемых сечений на просвет. Очень важно также тщательно сбалансировать бумеранг. Для этого подвесьте его на нитке, прикрепив ее на сечении ОА: ни одно из плеч не должно перевешивать. Если одно плечо окажется тяжелее другого, необходимо установить причину. Это может быть вызвано либо неправильной обработкой, либо неоднородностью фанеры. В первом случае равновесия добиваются подпиливанием более тяжелого плеча, во втором — путем заделки в край легкого плеча небольшой свинцовой заклепки. Место заделки необходимо тщательно сравнять с плоскостью плеча.

Категорически предупреждаем: летающий бумеранг представляет опасность не только для самого бросающего, но и для окружающих. Лучше всего запускать его на большой, открытой площадке или лужайке, удалив зрителей на возможно большее расстояние. Чтобы модель была лучше видна, нанесите на плечи яркие полосы различных цветов. Необходимую водостойкость ей можно придать, покрыв поверхность плеч бесцветным лаком. Готовый бумеранг несколько раз покрасьте яркой масляной или эмалевой краской.

Несколько конструкций бумерангов.

Ниже расскажем о наиболее интересных конструкциях бумерангов, а вы попробуйте разработать необходимые чертежи, изготовить модели и испытать их в полете.

Бумеранг с регулируемыми полетными характеристиками конструкции Ч. Кливленда состоит из двух пластин со скошенными боковыми гранями и соединительной скобы. Благодаря этой скобе одна из пластин может перемещаться относительно другой в продольном направлении. Но, пожалуй, интереснее было бы закрепить лопасти бумеранга так, чтобы они имели возможность перемещаться относительно друг друга. Тогда он смог бы описывать в воздухе правый или левый эллипс.

При броске бумеранг обычно держат за длинную лопасть, а короткую направляют вертикально вверх. В заключительной фазе броска легким движением кисти его резко разворачивают, и он начинает вращаться.

Полет модели существенно зависит от скорости ветра, угла наклона к горизонту, взаимного расположения лопастей и, конечно, от массы скобы.

Бумеранг Г. Редка напоминает предыдущую модель, но конструктивно несколько отличается. Его лопасти соединены шарнирно, под углом друг к другу. Снизу они плоские, а сверху овальные. Для изготовления модели подойдет любой материал: древесина или пластик, плотный картон или фанера.

Траектория полета бумеранга регулируется перемещением по лопастям подвижных грузиков: чем ближе они располагаются к концам, тем выше поднимается модель. Несимметричное расположение резиновых грузиков на лопастях приводит к совершенно непредсказуемым и забавным траекториям полета. Угол раскрытия лопастей бумеранга а также влияет на его полетные характеристики. Бумеранг можно раскрасить яркими красками и прикрепить к одной из его лопастей свистульку от детской игрушки: это сделает полет ещё более эффектным.

Следующие модели бумерангов сконструировал У. Шапиро.

Их смело можно отнести к разряду самых простых и доступных. Все три бумеранга: и трех-, и четырех-, и шестилопастной — устроены по одному принципу. Это прямоугольные картонные или пластмассовые полоски, скрепленные между собой не клеем, а фигурными вырезами. Бумеранги легко собираются и разбираются. Наиболее оптимальные их размеры от 50 до 300 мм.

Ранее было рассказано о двух крутящих моментах, определяющих траекторию полета бумеранга. Можно усложнить взаимодействие этих моментов, введя в конструкцию дополнительную связь «грузик — шарнир».

На следующем рисунке показано устройство бумеранга Д. Глисона с такой связью.

Его нужно выпилить из фанеры, отрезать от вершины каждой лопасти концы (примерно пятая-шестая часть длины) и скрепить их резиновыми полосками-шарнирами. Концы таких лопастей сгибаются. А чтобы консоли лопастей могли гнуться только в одну сторону, надо прикрепить к ним нитки и соединить их свободные концы с грузиком-кольцом.

В начальный период полета центробежная сила инерции удерживает грузик в гнезде, а резиновые полоски не позволяют сгибаться консолям лопастей, и бумеранг быстро набирает высоту. Когда же вращение бумеранга замедляется и уменьшается центробежная сила инерции, кольцо выпадает из гнезда, концы лопастей сгибаются, и модель возвращается к месту запуска.

Итак, вы познакомились с конструкциями четырех бумерангов. Попробуйте сделать и испытать их. Правда, эта работа под силу только опытным моделистам, хорошо знающим и понимающим физику. А начинающим предлагаем подробные чертежи двух простых бумерангов.

Летающая модель Д. Клейкома отличается от приведенных выше бумерангов тем, что полет ее легко предугадать — в воздухе она описывает большой круг. Изготовить такой бумеранг проще всего из тонкой фанеры.

Постарайтесь точно разметить заготовку — лопасти бумеранга должны быть одинаковые. Даже небольшая ошибка в размерах может существенно повлиять на аэродинамические качества модели. Вырежьте в центре отверстия диаметром 35 мм. Кромки выпиленной заготовки зачистите наждачной бумагой. Чтобы придать лопастям бумеранга необходимый профиль, показанный на рисунке, они подвергаются тепловой обработке. Для этого их необходимо подержать некоторое время над разогретым жалом паяльника. Чтобы у бумеранга был необходимый угол атаки, срежьте с каждой лопасти одну из кромок (см. рисунок), заклейте отверстие плотной бумагой и покройте бумеранг нитроэмалью, а лучше аэролаком.

Бумеранг М. Блока изготовляют по той же технологии, что и предыдущий. Разница лишь в том, что его корпус склеивается не из одной, а из двух фанерных заготовок.

Обсудить на форуме