Styles et composants des cerfs-volants
(Ne pas confondre avec Cerveau Lent)

Physique du cerf-volant

Mythes et erreurs du cerf-volant

Les gens ont des idées folles sur les cerfs-volants et ce qui les fait voler. Les gens confondent souvent beaucoup de choses avec des cerfs-volants tels que : des queues, des manches à air, des parachutes ronds et diverses décorations qui pendent d'une ligne de cerf-volant. Tout ce que vous voyez dans les airs et qui est attaché à une ficelle n'est pas garanti être un cerf-volant.

Il existe de nombreuses théories farfelues sur les contributions de l'élan, de l'air ascendant, de la rotation de la Terre, du glissement, de la chute, du couple et de l'effet de levier. Souvent, ces suppositions n'ont aucun fondement physique ou factuel.

Un mythe est, "Si vous le bridez correctement, tout volera." C'est mignon, mais ce n'est pas vrai.

Un autre mythe, "Si ça vole, le principe de Bernoulli l'explique." Ce n'est pas vrai, mais on pense généralement que c'est vrai.

Les cerfs-volants ne sont pas magiques. Ils font partie d'un système qui aboutit à la fuite. Le système comprend le vent, une attache et le cerf-volant lui-même.

Les forces sont les mêmes pour tous les cerfs-volants. Le vent soulève le cerf-volant, tandis que l'attache l'empêche de s'envoler.

Un objet captif avec une surface aérodynamique qui génère de la portance afin de vaincre la gravité et de voler.

Les cerfs-volants ont une longue histoire de contribution à la science, à l'éducation et au vol. Un cerf-volant est le véhicule idéal pour les sciences, l'ingénierie technologique et les mathématiques (SITM) car :

• Les cerfs-volants offrent une accroche transformatrice à l'apprentissage grâce à :
- compétences en art, artisanat, design
- ingénierie, mathématiques
- sciences, physique, aéronautique, aérodynamique
- histoire, langue, poésie et écriture

• Les cerfs-volants sont un moyen agréable d'injecter les SITM dans d'autres événements tels que les activités communautaires, les activités culturelles et les événements scolaires.

• Les cerfs-volants sont une activité amusante qui peut être ajoutée à l'expérience d'apprentissage avec d'excellents résultats.

• Le cerf-volant est une activité qui peut être pratiquée par des personnes de tous âges tout au long de l'année.

Aujourd'hui, il existe de nombreuses activités qui impliquent des cerfs-volants.

Nous faisons voler des cerfs-volants :

• En plein air toute l'année
• À l'intérieur sans vent (vraiment !)
• La nuit avec des lumières
• Pour prendre des photos, vidéo
• Par des personnes de tous âges
• Dans presque tous les pays du monde

Mais comment volent les cerfs-volants et qu'est-ce qui les fait bien voler ?

Ce sera notre objectif.

Styles et composants de cerf-volant

Il existe une grande variété de styles de cerf-volant originaires de pays du monde entier. Le Japon à lui seul compte plus de 700 styles de cerfs-volants.

Les styles de cerf-volant comprennent : les cerfs-volants plats, courbés, flexibles, cellulaires, dièdres, à profil aérodynamique (gonflés à l'air), rotatifs, à une seule ligne, à deux lignes, à quatre lignes, miniatures, géants et traditionnels. Il existe des cerfs-volants motorisés qui tirent les gens sur la terre, la mer, la glace et la neige.

Ceux-ci peuvent être hauts, carrés, larges, étroits et tridimensionnels dans de nombreuses combinaisons.

Une surface est requise et une attache ou une ligne de vol est requise, mais les queues ne le sont pas. Les espars non plus !

Q : D'accord, puisqu'il existe de nombreux types de cerfs-volants, est-ce qu'ils volent différemment ?

R : Oui. De nombreux styles de cerf-volant volent très différemment les uns des autres.

Exemples:

Un cerf-volant de chasse indien est instable alors qu'un cerf-volant delta est très stable. Différents cerfs-volants volent sous différents angles. Certains tirent moins ou plus que la moyenne. Certains cerfs-volants sont contrôlés par plusieurs lignes tandis que d'autres se retournent pour voler.

Expérimentation : Essayez de piloter différents styles de cerf-volant.

Vous pourriez essayer ceux-ci :

• cerf-volant plat mono fil
 
• cerf-volant à une seule ligne

• cerf-volant à deux lignes

• cerf-volant à quatre lignes

Après les avoir pilotés, rédigez un résumé pour expliquer en quoi ils sont différents en vol.

Un cerf-volant peut être construit à partir d'une grande variété de matériaux, notamment le papier, le nylon, le polyester, le plastique, le bois, le carbone et la fibre de verre. Certains matériaux sont courants comme le plastique et le papier.

D'autres sont moins fréquents.

Voici un aperçu des composants du cerf-volant :

Eddy Kite

L'avant et Le dos

Cerf-volant delta

L'avant et Le dos

Les composants du cerf-volant comprennent :

• La voilure
• Cadre et connecteurs
• Bride
• Queues
• Ligne volante (la longe)

La voilure

La voile est en surface sur le cerf-volant qui capte le vent. Les cerfs-volants peuvent avoir une seule surface comme les cerfs-volants arqués ou plusieurs surfaces comme les cerfs-volants cellulaires. Les surfaces de cerf-volant doivent fonctionner ensemble pour de meilleurs résultats.

Déformation, flexion ou ensachage

Le cerf-volant fléchira dans le vent. Ce qui commence comme une seule surface au sol peut se transformer en deux surfaces différentes en vol.

Taille de voile ou "effet d'échelle"

Les cerfs-volants évoluent bien. Le même style de cerf-volant peut être construit dans de nombreuses tailles différentes.

Lorsque la voile est plus grande, le cerf-volant fonctionnera différemment en captant plus de vent et en générant plus de portance avec plus de traînée.

Par conséquent, la version plus grande tirera plus qu'une version plus petite. Au fur et à mesure que le cadre s'agrandit, le diamètre relatif du cadre peut modifier la flexibilité et la rigidité du cerf-volant.

Ratio de forme

Certaines formes volent mieux que d'autres. Le rapport d'aspect est une comparaison de la hauteur à la largeur.

ratio = largeur du cerf-volant / hauteur du cerf-volant

Comment cela affecte-t-il le vol?

En général, les cerfs-volants plus grands sont meilleurs pour le vent fort et les cerfs-volants plus larges sont meilleurs pour le vent faible.

Expérimentation :

Mesurez et comparez la hauteur et la largeur d'une sélection de cerfs-volants pour déterminer leurs proportions.

Chargement des voiles

Le chargement de la voile est une comparaison du poids du cerf-volant à la taille de la voile du cerf-volant. Cette comparaison nous indique quand le cerf-volant est trop lourd pour voler et nous indique également dans quelle mesure un cerf-volant volera par vent léger.

Le chargement de voile est le rapport du poids à la taille :

chargement = poids du cerf-volant / surface de voile du cerf-volant

Du fait de sa flottabilité, une montgolfière est une belle illustration du chargement d'une voile. Le chauffage de l'air à l'intérieur du ballon le fait monter. L'ajout de sacs de sable lourds le fait tomber.

Avec un cerf-volant, le vent fait la portance et le poids du cerf-volant est ce qui s'oppose à la portance. Ces deux forces déplacent le cerf-volant jusqu'à ce qu'un équilibre en vol stationnaire soit atteint.

Expérience :

Trouvez un sac en plastique fin au supermarché. N'importe quelle feuille de plastique légère fonctionnera. Ouvrez-le autant que possible puis laissez-le tomber et observez à quelle vitesse il dérive vers le sol.

Ensuite, compressez le sac en une petite boule et laissez-le tomber à nouveau. La différence est dramatique. La balle tombe beaucoup plus vite car le poids est resté le même mais la surface de voilure est beaucoup moins importante qu'avant.

Exemple :

Une autre façon de voir le chargement des voiles est de penser à un cerf-volant qui vole bien. Lorsque vous attachez plus de poids, il deviendra trop lourd pour voler. C'est le même cerf-volant mais le chargement des voiles a changé.

Les cerfs-volants légers et grands volent mieux que les cerfs-volants lourds et petits. Si vous avez deux cerfs-volants similaires qui sont :

• Égalité en poids - le plus grand cerf-volant volera mieux
• De même taille - le cerf-volant le plus léger volera mieux

Expérience :

Calculez la charge de la voile pour quelques styles de cerfs-volants différents. Créez un graphique à barres organisé par poids.

Altitude

Q : À quelle hauteur puis-je faire voler mon cerf-volant ?

R : La plupart des cerfs-volants doivent voler à moins de 500 pieds aux États-Unis. Si votre cerf-volant pèse moins de 5 livres, vous pouvez le faire voler au-dessus de 500 pieds.

Pour des raisons de sécurité, vous ne devez pas faire voler des cerfs-volants à moins de 5 miles d'un aéroport.

 Vérifiez-les et vérifiez d'autres considérations de sécurité en utilisant le code des réglementations fédérales.

Charpente (avec longerons)

Les cerfs-volants modernes ont fréquemment un cadre composé de longerons rigides en carbone ou en fibre de verre. Pour réduire le poids, les longerons peuvent être des tubes creux. L'épaisseur de la paroi contribue à la résistance d'un tube.

De nombreux cerfs-volants traditionnels sont fabriqués avec une armature en bambou.

Dans tous les cas, l'épaisseur d'un longeron contribue largement à la rigidité du longeron, mais elle augmente également le poids. Raccourcir le longeron le rendra également plus rigide.

Dièdre et arc

Certains cerfs-volants sont plats, mais de nombreux cerfs-volants incluent un angle dièdre.

Cerfs-volants plats                         Cerfs-volants inclinés

Un dièdre est une forme en "V" qui aide le cerf-volant à voler en détournant l'air autour du cerf-volant de la même manière qu'un navire sépare l'eau lorsqu'il avance. De nombreux cerfs-volants utilisent un angle de 30 degrés.

Un cerf-volant incliné utilise une courbe au lieu d'un angle pour obtenir les mêmes résultats. Ces deux cerfs-volants sont courbés à l'aide d'un écarteur horizontal incurvé :

Les longerons peuvent être utilisés pour :

1. Créer une colonne vertébrale droite

2. Créez un arc ou un dièdre

3. Poser à plat contre le cerf-volant pour agir comme une latte. Ceux-ci ne sont pas sous tension. Ils sont ajoutés pour garder une partie de la voile à plat comme les plumes de l'aile d'un cerf-volant.

4. Flex avec le vent. En vol, ces espars sont suffisamment fins pour fléchir sous la force du vent. Cette méthode est couramment utilisée par les cerfs-volants de chasse indiens.

Il existe des cerfs-volants souples tels que les cerfs-volants de traîneau et les cerfs-volants à profil aérodynamique qui sont gonflés par le vent pendant le vol, ils n'ont donc pas besoin d'espars.

Au lieu de cela, ils ont des lignes de bride supplémentaires pour répartir la tension sur la voile et permettre au cerf-volant de conserver sa forme.

Brides

Une bride de cerf-volant peut aller d'une seule ligne à plus de 50 lignes.

La bride fixe l'angle de vol et soutient le cerf-volant.

Regardons chacune de ces fonctions de la bride :

Soutenez la voile

Plus de lignes de bride permettent des lignes de bride plus fines et moins d'espars plus fins. Voici un exemple d'emplacements de brides pour quelques cerfs-volants différents :

Définir l'angle d'attaque

C'est l'angle d'inclinaison du cerf-volant face au vent. En rendant les lignes de bride supérieures plus courtes que les lignes de bride inférieures, le cerf-volant s'inclinera vers l'avant en vol.

L'angle de vol est important car il place l'aile dans la meilleure position pour qu'elle génère de la portance et de la stabilité. L'angle approprié dépend entièrement de l'aile et de la vitesse du vent.

Angle d'attaque par vent léger :

Angle d'attaque par vent fort :

Par vent fort, la jambe supérieure de la bride est raccourcie pour modifier l'angle du cerf-volant face au vent. Les queues sont souvent ajoutées en même temps.

Il y a un point devant le cerf-volant où les brides se rejoignent, c'est ce qu'on appelle le point de remorquage. La ligne de vol relie le point de bride à la personne qui pilote le cerf-volant au sol. C'est ce qu'on appelle la poignée.

Pour être considéré comme "volant", le point de remorquage doit être au-dessus de la poignée.

Lorsque le point de remorquage est en dessous du point de vol, cela signifie généralement que votre aile est au sol.

Queues

Les queues de cerf-volant peuvent être de belles fonctionnalités animées. Une longue queue peut apporter une stabilité supplémentaire à un cerf-volant qui n'a pas de queue ou une queue trop courte.

Les queues fournissent une traînée supplémentaire pour :

1. Augmenter la stabilité d'un cerf-volant dans des conditions de vent fort. Un vent fort peut faire bouger un cerf-volant à gauche et à droite (lacet). L'ajout de queues peut réduire le lacet pendant les périodes de vent fort en forçant votre aile à fléchir au lieu de tourner à gauche et à droite.

2. Pointez le cerf-volant face au vent.

3. Ajoutez de la traînée à des endroits spécifiques.

4. Améliorez le vol en gardant le cerf-volant au même angle d'attaque sans trop de poids supplémentaire.

5. Améliorez l'apparence du cerf-volant.

Options de queue

Les queues de cerf-volant peuvent être larges ou étroites, courtes ou longues, floues, tordues, en forme de tube, nombreuses, en forme de U, en forme de Y et de nombreuses combinaisons.

Exemples:

Q : Comment pouvons-nous rendre un cerf-volant plus stable ?

R : Ajoutez simplement une queue.

Si votre cerf-volant a déjà une queue, ajoutez plus de queues jusqu'à ce que le vol s'améliore. Un simple clip ou une boucle en haut de la queue permet d'ajouter et de retirer facilement des queues au besoin.

Lorsque vous ajoutez des queues à un cerf-volant, la règle générale est de commencer avec une queue de banderole huit (8) fois la hauteur de votre cerf-volant.

Il est préférable d'ajouter des queues en bas au centre d'un cerf-volant de manière symétrique. Cela fournira une plus grande force de stabilisation car ils agissent comme un levier pour maintenir l'aile stable.

Les queues floues ont des coupes sur leur longueur, ce qui les rend populaires car elles ajoutent plus de traînée qu'une banderole de même longueur et largeur.

Expérience : faites voler un cerf-volant avec des queues de banderoles. Doublez le nombre de queues pour voir l'effet.

Expérience : Doublez la largeur des queues.

Expérience : Doublez la longueur des queues.

Expérience : Supprimez toutes les queues.

Q : Qu'est-ce qui est le mieux, une longue queue, plusieurs queues ou une queue large ?

R : Il y a une tendance répandue à ajouter une courte queue inefficace comme décoration.

Au lieu de cela, les queues plus longues sont beaucoup plus efficaces ; peut-être huit (8) fois la longueur du cerf-volant. La longueur des queues dépend de la surface du cerf-volant, de la vitesse du vent et de la traînée fournie par la queue ajoutée.

Certains cerfs-volants n'ont pas besoin de queue pour bien voler.

Expérience : Découvrez ce qui se passe lorsque les queues sont trop longues.

Expérience : Découvrez ce qui se passe lorsqu'il y a trop de queues.

Pourquoi les cerfs-volants ont-ils une queue ? Ainsi, vous pouvez dire quand ils sont heureux !

Manches à air, spinners et drogues

Il existe de nombreuses façons d'ajouter de la traînée à un cerf-volant. La plupart des gens pensent à ajouter des queues, mais il existe de nombreux autres choix, notamment des manches à air, des spinners et des drogues.

Jetons un coup d'œil à chacun.

Manches à air

De nombreuses manches à air sont décoratives. Les manches à air prennent de nombreuses formes 3D et sont souvent confondues avec les cerfs-volants car elles peuvent être attachées à la ligne de vol. Ce ne sont pas des cerfs-volants à moins qu'ils ne génèrent de la portance et qu'ils puissent voler par eux-mêmes.

Spinners

Les spinners sont similaires à une hélice. Ils tournent continuellement dans le vent. Un émerillon de pêche leur permettra de tourner librement, mais qu'est-ce qui cause la rotation ?

Il existe plusieurs façons d'activer les spinners. Vous pouvez avoir des poches inclinées sur le côté, des ailettes inclinées comme un moulinet, ou elles peuvent avoir une conception décentrée comme une hélice ou un tire-bouchon.

Il existe de nombreux types de spinners qui créent des queues de cerf-volant spectaculaires car ils sont constamment en mouvement.

Drogues

Les drogues sont un excellent moyen d'ajouter de la traînée derrière un cerf-volant sans longues queues qui peuvent s'emmêler avec des cerfs-volants, des lignes et des arbres.

À la fin de la journée, il est plus facile de ranger votre cerf-volant à l'intérieur d'une drogue au lieu de collecter de longues queues.

Les drogues sont comme un seau qui traîne derrière un cerf-volant pour attraper le vent. Ils sont intéressants car ils offrent très peu de résistance par vent faible et beaucoup plus de résistance par vent fort. C'est exactement ce dont un cerf-volant a besoin.

 Plus de conicité est nécessaire pour les cerfs-volants plus grands qui ont besoin d'une traînée supplémentaire pour les rendre stables.

Expérience : remplacez une queue par une grande ou une petite drogue. Lequel vole le mieux ?

Les drogues sont plus efficaces pour stabiliser les cerfs-volants que les queues de cerf-volant conventionnelles.

Ligne (ou chaîne)

Les cerfs-volants ne pourraient pas voler sans la ligne qui empêche votre cerf-volant de s'envoler. La ligne doit être adaptée à la taille de l'aile et suffisamment solide pour supporter les rafales de vent.

 La ligne, la ficelle et la corde de cerf-volant sont disponibles dans une grande variété de résistances, de diamètres, de longueurs et de matériaux.

Force de la ligne

La résistance de la ligne est évaluée par la résistance à la rupture en livres tels que 10, 20, 50,80,100,150, 200, 250, 500 livres, et bien plus encore.

Il est très important de faire correspondre la force de la ligne de cerf-volant à la taille du cerf-volant et à la vitesse du vent. Pour la plupart des petits cerfs-volants, la ligne #50 convient, mais il est possible de casser la ligne #300 en utilisant un grand cerf-volant par vent fort.

Coupe de ligne

Les lignes de cerf-volant peuvent être coupées par le frottement causé par le frottement d'une ligne contre une autre.

Lorsque deux lignes de cerf-volant se croisent pendant le vol, il y a de fortes chances qu'une ligne soit coupée. Si aucune des lignes ne bouge, vous êtes probablement en sécurité. Dès qu'une ligne bouge, la ligne fixe est coupée. La coupe se fera plus rapidement si les deux lignes sont sous tension.

Expérience :

Demandez à deux personnes de tenir deux petits bouts de corde. Maintenez une ligne immobile. Déplacez une autre ligne brusquement contre l'autre comme un couteau. Testez différents diamètres et matériaux pour voir lequel dure le plus longtemps.

Diamètre

Une ligne plus épaisse du même matériau est plus solide mais elle est également plus lourde. Le poids et la traînée sur la ligne plus épaisse peuvent faire tomber la ligne. Cela se produit également lorsque la vitesse du vent diminue.

Expérience :

Trouvez plusieurs lignes fabriquées à partir du même matériau, tel que du polyester. Comparez l'épaisseur de chaque ligne à la force de la ligne. (Avec un Pied à coulisse numérique)

Expérience :

Trouvez la résistance à la rupture de la ligne en ajoutant du sable dans un seau attaché. Lorsque la ligne casse, pesez le seau.