风筝
背景
风筝是一种无动力、比空气重的飞行装置,由绳索固定在地球上。风筝飞起来是因为风的阻力使风筝下方的气压大于风筝上方的气压,使风筝上升。风筝这个词来源于鹰科鸟类的名字,它以优雅、翱翔的飞行而闻名。
风筝由三个基本部分组成:身体、线和将线连接到身体的缰绳。为了使用户能够控制风筝的运动,缰绳必须至少在两个地方连接到风筝的身体上。
历史
风筝最早出现在中国古代。中国关于风筝的文字记载可以追溯到公元前 200 年 。 小> ,但它们可能是在更早的时间发明的。风筝很可能源自布制旗帜,类似于现代旗帜,它附着在绳索或灵活的木杆上,随风飘散。风筝的第一个用途可能是在远处发出信号。中国人后来将风筝用于多种目的,从宗教仪式到战争。最早的风筝是用木头和布做的。纸发明于公元 100 年左右 并很快被改编用于风筝。
风筝制作很快从中国传播到日本、韩国、缅甸(现在的缅甸)和马来西亚,在这些地区,放风筝仍然是当地文化的重要组成部分。它从那里传播到印度尼西亚、印度和太平洋岛屿。最终,风筝制作技术被阿拉伯人采用,他们又将其带到了北非和欧洲。
关于欧洲风筝制作的书面参考可以追溯到公元 1430 年 早期的欧洲风筝由布或羊皮纸制成,有时有一条长缝,里面缝有一块丝绸以帮助风筝飞翔。布上附有一对斜杆以将其固定到位。一根绳子通过缝在布上的环系在风筝上。
1654 年,约翰·贝特 (John Bate) 的一本题为《自然与艺术之谜》(Mysteries of Nature and Art) 的书中首次出现了对风筝制作的英文描述。他的指示与今天仍然使用的自制风筝的方法没有什么不同。 “你必须取一块一码或更多长的亚麻布,剪成一块玻璃板的形状,将两根荧光棒交叉固定,使其垂直站立,然后用亚麻籽油和液体清漆调和在一起……然后系一根足够长的小绳子,将它提升到你想要的高度。”
欧洲风筝有多种形状,从菱形到矩形。为了稳定,它们都需要尾巴,许多自制的风筝仍然有这样的尾巴。商业风筝通常以不需要尾巴的方式制作。
风筝早在 18 世纪就被用于气象学,当时格拉斯哥大学的两名学生亚历山大·威尔逊和托马斯·梅尔维尔将温度计连接到风筝上以研究空气的温度。风筝在 1830 年代和 1840 年代被广泛用于研究天气,并一直用于此目的,直到 20 世纪中叶被气象气球和后来的气象卫星取代。
风筝设计的创新开始出现在 19 世纪后期。 1891年,威廉·A·艾迪(William A. Eddy)受日本设计的启发,发明了一种不需要尾巴的菱形风筝。 1893 年,劳伦斯·哈格雷夫 (Lawrence Hargrave) 发明了箱形风筝,类似于连接到木框架上的两个或多个开口的盒子。和钻石风筝一样,箱形风筝没有尾巴也能飞得很好。这两种设计今天仍然被风筝制作者普遍使用。箱形风筝也影响了早期飞机的设计,包括 Orville 和 Wilbur Wright 在 1903 年发明的飞机。
1948 年 11 月,格特鲁德和弗朗西斯·罗加洛为一种革命性的新型风筝申请了专利。该专利于 1951 年 3 月颁发,用于“灵活风筝”,现在通常称为伞翼。这个看似简单的风筝由一块轻质材料(最初是布,现在通常是塑料)组成,没有任何棍子或其他部件来固定它。构成缰绳的绳索的适当长度和位置使伞翼能够以极大的稳定性飞行,尽管它的身体很柔软。类似于伞翼的设计已用于降落伞和悬挂式滑翔机。军事实验表明,这种设计的大型版本可用于在其他无法通行的地形上携带武器或车辆。一个 4,000 平方英尺(372 平方米)的副翼已用于提升 6,000 磅(2,724 千克)的负载。
原材料
自制风筝通常由木头和纸或布制成。自制的para-wing风筝通常由Mylar制成,Mylar是一种称为聚对苯二甲酸乙二醇酯的塑料薄片的商品名。这种材料非常坚固且非常轻。用于制造聚对苯二甲酸乙二醇酯的原料是化合物乙二醇和对苯二甲酸二甲酯。
商业风筝通常由坚固、轻便的塑料制成,例如尼龙。尼龙是某些类型的塑料(称为聚酰胺)的通用名称。聚酰胺可由多种化合物制成。 Nylon-6,6 是最常见的尼龙形式,由化合物己二酸和己二胺制成。另一种常见的尼龙被称为尼龙 6,由化合物己内酰胺制成。
附在风筝身上的线通常由尼龙或棉制成。对于一些大型风筝,线固定在由钢制成的渔线轮上。
制造
过程
制作尼龙
- 1 用于制造各种形式尼龙的化学品来自多种来源。这些化学品的最常见来源是石油。原油(未加工的石油)是从油井中获得的。原油包含许多不同物质的混合物,称为碳氢化合物。原油被泵入卡车或火车运载的罐中,然后运往炼油厂。
- 2 炼油厂的功能是将原油分离成各种成分。在这个称为分馏的过程中,原油被泵入一个形状像圆柱体的高大钢炉。炉子在底部加热到 600-700° F (315-370° C) 之间的温度。加热的原油沸腾成蒸气。任何剩余的未蒸发残留物以液体形式从熔炉底部移除。
- 3 随着蒸汽通过炉子上升,它慢慢变得越来越冷。构成蒸气的不同碳氢化合物在不同温度下冷却成液体。由于沸点的这种差异,每种碳氢化合物都可以从熔炉内的不同位置以液体形式去除。任何未冷却成液体的剩余蒸汽都以气体形式从炉顶排出。
- 4 有些碳氢化合物比其他碳氢化合物更有用。为了最大限度地提高原油的精炼效率,将不太有用的碳氢化合物化学转化为更有用的碳氢化合物。这个过程被称为开裂。以前,裂解是通过加热 伞翼风筝是一种看似简单的风筝,由一块方形的轻质材料(布起初,现在通常是塑料的)没有任何棍子或其他部件来固定它。构成缰绳的绳索的适当长度和位置使伞翼能够以极大的稳定性飞行,尽管它的身体很柔软。 碳氢化合物在非常高的压力下达到非常高的温度。现代裂化技术利用催化剂。催化剂是一种在不参与化学反应的情况下加快化学反应速度的物质。天然和人造粘土等催化剂能够在低得多的温度和压力下进行裂解。裂化完成后,结果是各种烃的混合物。这些碳氢化合物通过再次应用分馏技术进行分离。
- 5 碳氢化合物从炼油厂运送到塑料制造商。制造尼龙 6,6 所需的碳氢化合物称为环己烷。环己烷通过各种化学反应转化为己二酸和六亚甲基二胺。
- 6 己二酸和六亚甲基二胺(或生产其他形式尼龙所需的其他化合物)通过称为聚合的过程转化为尼龙 6,6。该术语是指将成百上千个小分子连接在一起形成长链的任何过程。尼龙的聚合是将大量有机酸(如己二酸)分子与大量有机胺(如六亚甲基二胺)分子结合而成。对于某些种类的尼龙,包含酸基团和胺基团的单一化学物质的大量分子被聚合。这种类型的化学物质(如己内酰胺,聚合成尼龙 6)被称为氨基酸。通过使酸和胺或氨基酸受热和加压而发生聚合。
- 7 将得到的热液体尼龙喷到冷却的旋转金属鼓上。这会将尼龙变成薄而坚固的片材。板材被锋利的金属刀切割成小碎片。然后可以将芯片加工成许多不同的形式。
制作尼龙面料
- 8 出于某些目的,尼龙可以被挤出(在压力下通过模具)或进行注射成型(作为热液体强制进入模具并冷却成固体)。为了制作风筝,尼龙必须转化为织物。固体尼龙碎片被加热直到它们融化成液体。然后将液态尼龙在高压下通过称为喷丝头的钢装置上的许多小孔。当液体尼龙喷射器从喷丝头喷出时,它们被一股冷空气冷却。液态尼龙冷却成细丝。这些长丝被绞合成纤维。纤维被编织成织物并运送到风筝制造商。
制作风筝
- 9 大块尼龙织物到达风筝工厂并检查是否有瑕疵。锋利的刀具和剃刀用于一次切割多层尼龙,以生产出许多形状相同的织物。
- 10 使用普通缝纫机将尼龙织物的裁片缝在一起。通过高效的裁剪和缝纫,只有 3% 的面料被浪费。
- 11 为了将风筝柔软的尼龙主体固定到位,织物围绕实心边缘缝制,从而勾勒出风筝的形状。该轮辋由轻质刚性聚乙烯管制成。这些管子由塑料制造商通过注塑成型制造。加热固体聚乙烯直至其熔化。将热的液态聚乙烯压入管状模具中,然后冷却成固体。打开模具,取出聚乙烯管,修剪掉多余的聚乙烯,然后将管运送到风筝制造商。
- 12 风筝的缰绳从棉线或尼龙纤维线轴剪成合适的长度。然后在适当的位置将它们缝到风筝的身体上。对于大型风筝,线缠绕在钢制渔线轮上。风筝行业是除渔业本身以外最大的渔线轮用户。完成的风筝包装在纸板箱中并运送给零售商或消费者。
质量控制
风筝制造质量控制的第一步是检查尼龙织物。它必须没有洞和撕裂,这会损害风筝在空中停留的能力。裁剪后,面料会被检查以确保所有的面料都被裁剪成合适的尺寸和形状。经验丰富的缝纫机操作员会在缝纫过程的每一步检查风筝,以确保每一件都正确缝到位。缰绳附件的位置特别重要;如果它们放置不当,风筝就会不稳定,飞得不规律。每只风筝在包装前都经过最终目视检查。
制造工艺