Уникальная информация о всех продаваемых автомобилях в России!

Транспорт, движущийся благодаря биологической, мускульной энергии, можно кратко назвать биотранспортом. Справедливо различать естественные способы передвижения, созданные природой, и искусственные, придуманные человеком. Самые древние транспортные средства приводились в движение только мускульной энергией людей и животных. Появление современных дорог и совершенствование самих транспортных средств позволяет резко сократить потребляемую ими энергию на выполнение той же работы, т. е. повысить КПД средства. Мукульный транспорт не исчезает, наоборот, и по сей день это важный способ передвижения, а число мускульных транспортных средств все возрастает. Сейчас велосипедов в мире больше, чем легковых автомобилей.

Для удобства транспортное средство, приводимое в движение мускульной энергией человека, назовем «мобиль», в переводе с латинского «движущийся». В отличие от «автомобиля» — «самодвижущегося» мобиль надо приводить в движение. Если мобиль предназначен для скоростного движения по дороге и приводится в движение посредством приемов педалирования, такой мобиль называется веломобилем. Это название происходит от латинских слов velox — скорость и mobilis — движущийся. В США, Англии и ряде других стран эти экипажи получили название Human Powered Vehicle (сокращенно HPV) — экипажи, приводимые в движение человеком.
Мускульные транспортные средства попытаемся классифицировать прежде всего по виду среды, в которой они передвигаются:
На суше В воде В воздухе В космосе
Простейшие устройства
(коньки,лыжи, роллеры)
Велосипед
Веломобиль
Рельсовый мобиль (дрезина)
Монорельсовый мобиль
Канатный «мост»
Лифт
Грузовая тележка
Столболаз
Кинетическая мебель Простейшие устройства
(лодки,байдарки, шаговые лыжи)
Академическая лодка
Водяной велосипед
Подводный велосипед Дирижабль
Аппарат на воздушной подушке
Экранолет
Велопланер
Махолет
Вертолет Луноход
Тросовый механизм для выхода в космос
Тренажеры
Примечание. Возможны мобили, используемые в нескольких средах, — амфибии.
С простейшими колесными устройствами мы все знакомы. Это роликовые коньки, лыжи, роллеры (самокаты) на двух колесах. Почти все они применяются для развлечения и спорта, но могут использоваться и для транспортных целей. Хотя эти механизмы очень просты, можно ожидать появления еще многих новых, более совершенных. Скажем, простейший роллер с приводом от качающегося вперед-назад руля позволяет передвигаться с комфортабельным и эффективным движением, напоминающим академическую греблю.

По дорогам всей планеты передвигаются сотни миллионов велосипедов, в некоторых городах — это главный вид пассажирского транспорта. Например, в гг. Пекине и Шанхае утром на улицы выезжает до миллиона велосипедистов. Однако велосипеды в значительной мере могут быть заменены более быстрыми и комфортабельными веломобилями. При движении колесного экипажа по рельсам коэффициент трения может быть примерно в два раза меньше, чем при движении по асфальту. Дрезины с ручным приводом развивают скорость более 40 км/ч. По рельсам с успехом может двигаться и обычный приспособленный для этих целей велосипед (рис. 1.1). Возможно, именно на рельсах доступны максимальные скорости движения мускульных экипажей. рис. 1.1. Велосипед для езды по рельсам, США, 1982 г. Монорельсовый вариант пути — еще один шаг для достижения повышенных скоростей движения. Для обслуживания линий электропередач уже использованы своеобразные велосипеды, катящиеся по проводам. По канатной дороге мобили могут быстро преодолевать реки или другие препятствия. Пропускная способность такого «моста» невелика, но стоимость и затраты времени на его сооружение незначительны. Канатная дорога является хорошим примером практической реализации этой идеи. Лестница — устройство с чрезвычайно низким коэффициентом полезного действия. При спуске мы теряем накопленную потенциальную энергию. Можно предложить простейший лифт, в котором эта энергия не теряется. Тогда при помощи только мускульной энергии можно подниматься с быстротой скоростного лифта. Мобильлифт рационален при обслуживании обзорных вышек, кранов, а также на кораблях. Применение таких пpoстейших лифтов, не требующих ни электроэнергии, ни сложной автоматики, может оказаться рациональным в жилых домах. Для монтажа и обслуживания линий электропередач успешно используется столболаз Каунасского политехнического института — своеобразный велосипед, охватывающий столб своими резиновыми колесами и быстро поднимающийся вверх (рис. 1.2). Советская лицензия на этот механизм передана в ГДР. рис. 1.2. Велосипед для подъема по столбу, 1982 г. К своеобразным мобилям можно отнести и грузовые тележки, приводимые в движение мускульными усилиями. При допускаемом нормами наибольшем усилии в 500 Н и коэффициенте трения 0,01 рабочий может передвигать тележку с грузом массой в 5 т. Для движения груза массой в 1 т со скоростью пешехода (1 м/с) достаточно мощности 0,1 кВт. Производственные нормативы разрешают использовать человека в работе с такой мощностью около 8 ч.

Академические лодки весьма популярны благодаря своим скоростным качествам, возможности активного отдыха и занятиям спортом. Движения гребцов пластичны и эффективны благодаря включению в работу почти всех групп мышц тела гребца. Движение приемами академической гребли дает эффективное использование энергетических возможностей мышечной системы человека, что и требуется для привода веломобиля. Человек теперь вышел в среду с минимальным сопротивлением движению — в космос. Будут ли использоваться мобили непосредственно в космосе, покажет будущее, но в воздухе уже успешно летали велопланеры. Так, воздухоплаватель Аллен на велопланере «Альбатрос» конструкции Маккриди совершил в 1979 г. перелет через пролив Ла-Манш. Размах крыльев его планера составил 30 м при массе 29 кг. Имеются проекты использования веломобиля в космических далях. Например, в Массачусетсом технологическом институте разработан проект двухместного велолунохода. Расчетная скорость этого аппарата около 30 км/ч. Велотренажеры, поднятые на космические орбиты, сообщают космонавтам заряд бодрости и физической активности. Вернемся к земным проблемам практического использования старого принципа велосипеда в мобилях индивидуального, коллективного и грузового транспорта.

Мобили применяются для увеличения скорости передвижения человека, экономии энергии, повышения грузоподъемности, а также для создания комфортабельных условий человеку в процессе этого передвижения. Мощность привода на мобиле ограничена человеческими возможностями. Тренированный спортсмен в короткие интервалы времени способен развить мгновенную мощность до 1 кВт, а в условиях длительной работы мощность от 0,1 до 0,2 кВт является вполне доступной физически здоровому человеку. Скорость движения мобиля определяется, в первую очередь, его назначением и условиями эксплуатации, а мощность привода — суммарным сопротивлением внешних и внутренних сил, препятствующих достижению желаемых скоростей движения. Целесообразно сравнить и дать оценку эффективности применения мобилей из разных областей. Сравнение произведем с лучшими результатами бега человека — спортсмена на классическую стометровую дистанцию. Средняя скорость бега на эту дистанцию с результатом 10 с составляет 36 км/ч, хотя мгновенная скорость на отдельных участках дистанции превышала 43 км/ч. Именно среднюю максимальную скорость возьмем за основу для ориентировочных оценок потенциальных возможностей мобилей различного назначения (табл. 1.1). Таблица 1.1. Ориентировочные характеристики мобилей Человек и мобиль Максимальная скорость движения, км/ч Коэффициент выигрыша скорости Коэффициент выигрыша энергии
Бегун, дистанция100 м 36 1 1
Велосипед 67 1,7 4
Веломобиль 95 2,5 8
Дрезина (расчет) 110 2,7 9
Как видим из этих данных, мобили могут дать значительный выигрыш в скорости и резко снизить количество энергии, необходимой на преодоление одного и того же расстояния. Велосипед отнюдь не обладает наилучшими характеристиками.

Английский физик С. Вильсон определил приблизительно [55], сколько энергии (в килоджоулях) используют транспортные средства, созданные человеком, и различные представители живой природы при перемещении 1 кгмассынарасстояние 1 км[кДж/ (кг •км)].
Пчела 54
Вертолет 15
Собака 5
Голубь 4,2
Овца 4,2
Автомобиль 3,3
Человек 3,1
Лошадь 2,5
Реактивныйсамолет 2,5
Лосось 1,7
Человек на аэродинамичном велосипеде 0,6
Как видно, при езде на современном велосипеде используется приблизительно в 5 раз меньше энергии, чем при ходьбе. На перевозку полезного груза велосипед потребляет примерно в 50 раз меньше энергии, чем легковой автомобиль, так как масса перевозимого груза на легковом автомобиле составляет лишь около 0,1 массы автомобиля. Обратим внимание на веломобили. Они позволяют получить выигрыш в скорости, по сравнению с велосипедом, в 1,4 раза, а выигрыш в энергозатратах при умеренных скоростях движения (20–25 км/ч) примерно в 2 раза. В чем же причина такого эффекта? Прежде всего в значительно более высоком аэродинамическом качестве веломобиля, хорошей устойчивости движения, не требующей дополнительных затрат энергии на сохранение равновесия, а также в более удобном положении тела веломобилиста, способствующем более эффективному приложению усилий. Опытные данные показывают, что при движении по автомобильным дорогам веломобиль энергетически является наиболее экономичным транспортным средством.

Веломобиль — мускульный экипаж, предназначенный для дорог, как правило, с гладким покрытием, отличающийся лучшей обтекаемостью, возможностью защиты от непогоды, удобством посадки. Приведем также определение веломобиля, данное проф. А. Нарбутом [30]. Основными признаками, отличающими веломобиль от велосипеда, он предлагает считать: 1) наличие кузова или его части (например, днища или крыши); 2) сидение, похожее на сидение автомобиля, но не седло; 3) наличие не менее трех, не расположенных в одну линию колес. Двух любых из трех указанных признаков достаточно, чтобы экипаж считался веломобилем, а не велосипедом. Большое разнообразие возможных веломобилей удобно классифицировать по назначению (табл. 1.2). Здесь насчитывается примерно два десятка основных типов веломобилей. Различных модификаций при развитии этого вида транспорта может быть, видимо, более сотни. Таблица 1.2. Классификация веломобилей
Характеристика Веломобили Транспортные Туристские Спортивные Специальные
Область грименения Для города Для туризма Для шоссе Для производственных нужд » села » отдыха » трека Для специального применения
Назначение Индивидуального пользования Коллективного пользования Одноместные Двухместные Многоместные(велобусы) Комбинированные (парусные электро-мотовеломобили) Рекордные Соревновательные Особые (велоралли,велобаг ги, велокартинги) Грузовые Пассажирские Почтовые Лечебные(тренажеры) Развлекательные Транспортные веломобили. Класс транспортных веломобилей включает экипажи, предназначенные для разъездов и перевозки малогабаритных и незначительных по массе грузов по городу, населенным пунктам или между ними. Основу этого класса, несомненно, составит веломобиль индивидуального пользования, оснащенный небольшим багажником или прицепом. Поездки на работу и обратно, в магазины и на рынок, тренировочно-оздоровительные поездки и просто коллективные выезды — вот основные возможности и сферы применения этого вида транспорта. Многие интересуются перспективами использования веломобилей в качестве пассажирского транспорта коллективного пользования. Здесь разговор может идти о велобус — многоместном экипаже, рассчитанным на одновременную поездку 5–10, а возможно и более человек.

Представим себе небольшой коллектив энтузиастов-любителей веломобилестроения, работающих в нескольких километрах от своих домов на одном предприятии, построивших на коллективных условиях велобус, знающих цену личного времени и коллективного труда. Такой коллектив из высококвалифицированных в различных областях техники и знаний специалистов может быть организован в любой сельской местности, городах-спутниках, пригородах крупных городов. Совместная поездка на велобусе на работу и обратно — прекрасное средство сплочения коллектива и оздоровительное мероприятие. Все же велобус надо причислить к туристским экипажам, предназначенным больше для отдыха. Туристские веломобили. Класс туристских веломобилей значительно шире и многочисленнее. Это объясняется их использованием для целей туризма и отдыха. Туристский вариант веломобиля для однодневных и многодневных поездок оснащен специальными багажниками; он может иметь прицеп, многочисленные приспособления, предназначенные для крепления инструмента, запасных частей и шин. Особое место в этом классе занимают семейный вариант веломобиля, рассчитанный на двух взрослых человек и малолетнего ребенка, и компактные разборные модульные и складные веломобили (рис. 1.3), амфибии, позволяющие совершать и водные путешествия. рис. 1.3. Проект складного веломобиля для эпизодического применения (1979 г.) Комбинированные варианты веломобилей с использованием в качестве вспомогательного двигателя, например, паруса уже испытывались в условиях длительных многодневных маршрутов в пустынях и на дорогах, пролегающих по открытой местности. Результаты превзошли все ожидания: парус достаточно эффективно обеспечивает движение под действием силы ветра. Дальность путешествия на таком веломобиле увеличивается. Спортивные веломобили. Класс спортивных веломобилей делится на шоссейные и трековые модели. В настоящее время доминируют шоссейные спортивные веломобили. Рекордный открытый подкласс позволяет строить веломобили без заранее установленных технических ограничений с целью достижения максимальных скоростей за счет совершенствования аэродинамического качества, механики, технологии изготовления, применения современных конструкционных материалов, а также за счет максимального использования биомеханических возможностей спортсмена. Этот тип веломобилей, как и аналогичные классы гоночных автомобилей, открывает потенциальные возможности веломобилестроения и прокладывает пути технического развития массовым спортивным моделям, ограниченным техническими нормативами. Эти ограничения вводят с целью создания равных технических возможностей каждому спортсмену в условиях одного соревнования. Разработка, создание и промышленный выпуск стандартного гоночного веломобиля отечественного, в первую очередь, а затем и международного классов становится важной задачей сегодняшнего дня. Япония, например, уже с 1976 г. выпускает такие веломобили. Соревнования очень популярны среди молодежи; уже проводились национальные чемпионаты по отдельным классам спортивных веломобилей.

Велобагги и велокарты — модели веломобилей для гонок по пересеченной местности с уклоном или извилистым трассам картодрома. В отличие от автобагги и мотокартов, где движение обеспечивается приводом от бензиновых моторов, веломобили этого подкласса экологически безвредны и могут быть с успехом использованы для организации соревнований в парках, в центральных районах и на улицах городов. Веломобиль является прекрасной школой физического воспитания, приобретения и совершенствования навыков вождения. Специальные веломобили. Класс специальных веломобилей в различных модификациях наибольшее развитие получил в восточных странах, где много дешевой рабочей силы. Конструкторы пассажирских и грузовых экипажей велорикш десятилетиями вырабатывали наиболее рациональные конструкции, приемы вождения и приводы своихэкипажей. Современному конструктору грузового веломобиля открываются широкие возможности по созданию целой серии узкоспециализированных моделей для доставки, например, почты, газет, скоропортящихся продуктов на дом, развозки мелких партий товаров по адресам заказчиков, подвозки тяжелого багажа по перронам железнодорожных вокзалов. Кроме того, появляются возможности создания транспортных экипажей для использования в цехах и на территориях промышленных предприятий (рис. 1.4). рис. 1.4. Грузовой веломобиль Особо необходимо отметить важную роль веломобильных моделей специальной конструкции для людей с физическими недостатками. Экипажи с успехом можно применять в лечебных целях для восстановления утраченных функций конечностей, а затем и последующего использования для передвижения. Успех будут иметь аттракционные экипажи.

Автору удалось на веломобилях наездить свыше 2000 км, испытать более трех десятков моделей этих довольно редких машин, причем часть из них собственной конструкции. Поэтому субъективным ощущениям автора при езде на веломобиле можно доверять, тем более, что они не противоречат высказанным мнениям многочисленных поклонников веломобилизма, в той или иной степени познакомившихся с веломобильной ездой. Первое чувство, которое охватывает каждого желающего впервые проехать на веломобиле, это обманчивое ощущение хрупкости и непрочности конструкции. Далее — целая гамма чувств, которые, пожалуй, в полном объеме нигде испытать не придется: необычность посадки в тесную кабину, полулежащее положение тела в мягком удобном кресле авиационного типа, отсутствие привычной системы автомобильных приборов, несколько неожиданный вариант конструкции педального привода, близость земли — зеленой обочины дороги и цветов, тишина, нарушаемая щебетанием птиц. Вы уселись удобно, проверили систему управления, закрепили ноги в педалях и подали знак полной готовности к началу движения. Аэродинамический прозрачный фонарь закрыт, и Вы внезапно оказались в изолированном объеме. Все здесь под рукой, надежно пригнано и удобно для эксплуатации. С чем никак не удается смириться, так это с отсутствием привычного нам моторного шума, всегда сопутствующего началу любого движения в современных транспортных средствах. Легкое вращение педального привода и Вы скользите вдоль обочины. По-прежнему тихо и только где-то внизу под ногами слышится размеренный шорох цепной передачи. Скорость нарастает, и возникает небольшой шум ходовой части, усиливаемый кузовом. На спидометре скорость 50 км/ч. Если Вы хорошо подготовленный атлет и отлично знакомы с велосипедным спортом, то знаете, что такая скорость на велосипеде стоит значительных усилий. А здесь Вы равномерно и с запасом сил вращаете кривошипы привода и не можете поверить в столь быстрое движение. Для полноты ощущения Вы совершаете несколько маневров по изменению траектории движения — машина отлично слушается руля. Вы прекращаете педалировать, но скорость движения не снижается — прекрасный накат. И только спидометр указывает на то, что физические законы продолжают оказывать свое действие на веломобиль. Вы тормозите. Надежно срабатывают тормоза. Фонарь откинут, и по-прежнему тихо вокруг.

Небольшое лирическое отступление автор позволил себе для того, чтобы передать неискушенному читателю ощущение необычного движения непосредственно у земли, сравнимого, может быть, лишь с полетом на планере в небе. Эмблема велосипедных и веломобильных фестивалей в городе Шяуляе символично указывает путь к здоровью и положительным эмоциям (рис. 1.5) веломобилиста. рис. 1.5. Сердце и велосипед — герб велофестиваля (Шяуляй) Теперь о теневых сторонах веломобиля. Их немного и в полной мере они начинают проявляться, когда кончается хорошая дорога. Если веломобиль движется на достаточно большой скорости и начались неровности дорожного покрытия, очарование езды исчезает, появляется грохот, вызываемый ударами о препятствия. Веломобиль теряет легкость хода, амортизация значительно хуже, чем на велосипеде, где можно привстать с седла на педалях и тем самым смягчить удары. Необходимо снизить скорость, включить требуемую передачу или вообще выйти из веломобиля и, взяв его на буксир, преодолеть неровный участок дороги. Подъемы, и особенно крутые, весьма ощутимы при езде на веломобиле. Переключатель скоростей помогает сохранять темп педалирования, но не спасает от быстрого падения скорости движения. Этот недостаток частично устраним: опыт и хорошая спортивная подготовка водителя позволяют достаточно легко справляться с подъемами. Нужно сказать еще несколько слов о прицепе к веломобилю: он ощутимо снижает скорость движения, а чрезмерная его загрузка вызывает дополнительное сопротивление, которое особенно сказывается на подъемах или плохой дороге.

В г. Шяуляе с 1956 г. традиционно проходят дни популяризации велосипеда. Сначала это были ежегодные соревнования подростков на велосипедах Шяуляйского велозавода. Соревнования проходили в праздничной обстановке. В конце концов это превратилось в месячники популяризации велотранспорта с фестивалем, который благодаря массовости, организованности, изобретательной программе стал известен во всей стране. С 1982 г. тут проводятся конкурсы на лучшую конструкцию веломобиля, а в 1984 г. эти конкурсы благодаря шефству журнала «Изобретатель и рационализатор» официально стали всесоюзными. В стране появилось немало общественных конструкторских бюро, молодежных творческих коллективов, создающих новые биотранспортные экипажи. Городские партийные и советские органы г. Шауляя уделяют большое внимание практической реализации идей и проектов более гармонического сочетания автомобильного общественного транспорта с велотранспортом индивидуального пользования. О решении всех возникающих вопросов пока еще говорить не приходится. Их, этих вопросов, слишком много. Нет пока еще и промышленного выпуска веломобилей. Но всюду есть желание способствовать развитию велотранспорта, а в г. Шяуляе уже предприняты вполне конкретные шаги по решению поставленных задач. Автор совместно с группой энтузиастов веломобилестроения прошел десятилетний путь от создания первой примитивной модели В-1 до модели опытно-промышленного изготовления. Не менее сложный путь прошли и другие изобретатели и конструкторы веломобилей. Начиная с 1980 г., поток созданных новых моделей значительно увеличился, а город Шяуляй стал центром ежегодных смотров-конкурсов достижений в веломо-билестроении. В 1980 г. ленинградские конструкторы братья М. и Б. Фридман предложили малогабаритные, напоминающие движущиеся кресла, экипажи, весьма удобные по своим характеристикам для фигурной езды. В 1981 г. полтавский инженер и дизайнер В. Мазурчак создал сверхкомпактный вариант городского веломобиля. Серия моделей, созданных в различных уголках нашей страны и показанных на смотрах-конкурсах, продемонстрировала попытки конструкторов найти компромиссные решения между скоростью и комфортом, простотой конструкторского решения и безопасностью движения. Анализ разработанных и представленных на смотрах моделей веломобилей показал, что наиболее перспективными для городского движения следует считать малогабаритные (длиной до 2.5 м) экипажи на одного, максимум — двух человек. Предпочтение отдается открытым или частично закрытым кузовам, в которых водитель сидит в положении, близком к нормальному или полулежачему Конкурс-смотр 1985 г. собрал в г. Шяуляе наиболее представительную экспозицию веломобилей — 45 моделей. Было отобрано 10 лучших моделей, а их авторы были приглашены для участия в XII Всемирном фестивале молодежи и студентов в Москве. Веломобили демонстрировались в Международном спортивном центре. Делегаты и гости фестиваля смогли убедиться в больших возможностях веломобилей и лично испытать на ходу любую из представленных моделей, включая амфибию. Отзывы и интерес к веломобилям превзошли все ожидания и еще раз убедили организаторов выставки и авторов проектов в правильности выбранного пути развития индивидуального транспорта.

Из истории велосипеда. Основная часть велосипеда — колесо — была известна 6000 лет назад. Прототипы велосипеда — одноколейные экипажи, на которых ездили, отталкиваясь ногами от земли, были найдены в Вавилоне, Египте и Помпее. В Англии на витраже костела в 1580 г. изображен херувим, едущий на таком экипаже. Леонардо да Винчи в 1495 г. нарисовал почти современный велосипед с одинаковыми колесами, цепной передачей, педалями и удобным сидением. Двухколесный веломобиль на обложке этой книги по кинематике достаточно близок к нему. Первый известный нам велосипед с рулем и педалями (рис. 2.1) реализовал крепостной Ю. Артамонов (по другим данным — Артамон Ефимов — “артамонов самокат”, прим. кодера), прикативший на нем в 1801 г. на коронацию царя в Москву. Переднее металлическое ведущее колесо этого велосипеда было примерно в 2 раза больше заднего. Позже изготавливались велосипеды с диаметром переднего ведущего колеса до 1,6 м, названные «пауками». Рис.2.1.Один изпервыхвелосипедов, изготовленных в Риге в XIX в.(схема Артамонова) Масса велосипеда достигала 35 кг, скорость 12–20 км/ч. Ездить на нем было опасно, на седло было трудно садиться. В 1869 г. начали изготавливать велосипеды с шариковыми подшипниками. В 1885 г. появился «безопасный» современный велосипед, названный тогда «бициклом». С 1890 г. стали широко применять пневматические шины. Велосипед становится популярным. Вот что написано в Большой энциклопедии, выпущенной в 1901 г. в Петербурге: «Велосипед стал одним из основных средств передвижения и за несколько десятилетии покорил весь цивилизованный мир. Когда появились «бициклы» отличной конструкции, езда на велосипеде распространилась и стала популярной во всех слоях общества». В 1869 г. во Франции между Руаном и Парижем на дистанции 120 км состоялись первые велогонки на деревянных велосипедах. Средняя скорость чемпиона составила 11 км ч. Велосипедный спорт быстро распространялся. В больших городах были оборудованы специальные велосипедные треки, которые стали не менее популярны, чем ипподромы. Первое соревнование в России было проведено 24 июля 1883 г. на московском ипподроме. Велосипедисты состязались на велосипедах-«пауках» и «бициклах». В эти же годы успешно развивался велоспорт в Прибалтике, особенно в Риге. Стали издаваться журналы «Велосипедист», «Циклист» — в Москве, «Велосипед», «Самокат» — в Петербурге. Хотя велосипед тогда стоил дорого (около 250 руб.). число их быстро увеличивалось. В 1896 г. трое англичан объехали на велосипедах земной шар, а в 1911–1913 гг. русский велосипедист А. Панкратов за кругосветное путешествие был награжден бриллиантовой звездой — высшей наградой Международного союза велосипедистов, основанного в 1900 г. Особенно популярен стал велосипедный спорт в Италии, Франции, Англии. Нидерландах, Дании. Гонки неизменно вызывали восхищение зрителей.

Кроме одноместных велосипедов изготавливались тандемы, триплеты, квадруплеты, квинтуплеты, а в Америке даже нониплеты — для девяти человек. Масса обычного велосипеда составляла 1/5 часть от массы человека. В 1901 г. только в одной Германии было выпущено полмиллиона велосипедов. Предлагались и широко рекламировались самые необычные проекты веломашин (рис. 2.2). рис. 2.2. Веломашина-качалка, XIX в. В. И. Ленин и Н. К. Крупская систематически совершали длительные прогулки на велосипедах. Ездой увлекался великий физиолог И. П. Павлов. Членами велосипедных клубов были Э. Золя, Л. Н. Толстой, научившийся ездить в 67 лет. Дж. Верди первый раз сел на велосипед в 83 года. Листая страницы тех лет, видим, что для человечества не было новинок интереснее велосипеда. На велосипедах ездили на свадьбы, крестины, а особых поклонников велосипеда по их завещанию даже хоронили на велосипеде. Сидя на велосипедах, проводились дуэли, а матадоры участвовали в корриде. Первый чемпионат мира был организован в 1893 г. на треке г. Чикаго, шоссейные гонки — в 1921 г. в г. Копенгагене. Завершая краткий исторический экскурс в сравнительно недалекое прошлое, уместно привести слова Э. Хемингуэя, сказанные им полвека назад: «Я начинал много рассказов о велогонках, но так и не написал ни одного, который мог бы сравниться с самими гонками». Велосипед многократно «изобретали» и совершенствовали на протяжении всего периода его существования. В 1897 г. журнал «Нива» напечатал фотографию велосипеда Дарлинга (рис. 2.3). рис. 2.3. Велосипед Дарлинга Изобретатель его предлагал ездить в полулежачем положении. Журнал это охарактеризовал как курьез, не имеющий никакого практического качения. В том же журнале через I7 лет был описан проект велосипеда-торпеды с обтекаемым корпусом-клеткой: «Сидя в этой клетке, даже велосипедист средних способностей без труда на 10 % улучшил бы все рекорды мира. Сопротивление воздуха так мало, что при езде свеча за спиной велосипедиста не погасла. Идея господина Бюно Варильи осуществит переворот в автомобильной, локомотивной промышленности и кораблестроении. Скорость экипажей увеличится с изменением корпуса», — писала «Нива». Французский инженер был совершенно прав, но аэродинамическими формами велосипедов и новыми вариантами его компоновки всерьез заинтересовались лишь спустя пятьдесят лет. И в этом нет ничего удивительного, так как на рубеже двух столетий появился автомобиль и так же быстро автомобильная лихорадка охватила весь мир. Велосипедным транспортом стали интересоваться значительно меньше. Возрождение велосипеда. Нефтяной кризис, угрожающая здоровью гиподинамия, недостаток общественного транспорта — основные причины того, что на западе в семидесятые годы произошло подлинное возрождение велосипеда [53, 56]. Приведем данные о продаже велосипедов, например, в США:

Годы1960 1961 19651970 1972 1973Продано (млн. шт.)3,73,75,6 6,912,414В 1972 г. в США впервые велосипедов было продано больше, чем автомобилей (10,6 млн.), а в мире в это время было произведено 35–40 млн. велосипедов. Первое место по объему их выпуска в этот год заняла Япония, второе — США, третье — СССР. В настоящее время более 40 % американцев, 50 % голландцев (одни постоянно, другие — иногда) пользуются велосипедом. Знатоки рынка провозглашают, что потребность в велосипедах будет постоянно расти. По прогнозам в 1990 г. в США будет продано 19 млн. велосипедов. Совершенствованию и ремонту велосипедов посвящены специальные разделы научно-популярных журналов. В Бостоне (США) были организованы интересные соревнования: 25 велосипедистов и столько же автомобилистов стартовали привычным городским маршрутом. Команда велосипедистов выиграла со счетом 23:2. Похожий эксперимент проведен в Москве. Результаты этих соревнований показали, что в городских условиях велосипед часто движется быстрее других видов транспорта. Профессор Калифорнийского университета М. Эглстон [55], участвовавший в конкурсе по рационализации городского транспорта, получил премию в 150 000 долларов. Он предложил в специальных отделах вагонов и автобусов разрешить перевозку велосипедов с тем, чтобы подъехав к центральным районам крупного города, пассажиры могли продолжить движение по загруженным транспортом улицам уже на собственном велосипеде. Это предложение, но в упрощенной трактовке в настоящее время реализовано во многих городах нашей страны и за рубежом; отдельные центральные и другие любимые горожанами улицы полностью закрыты для всех видов транспорта, кроме велосипедного. Велосипед популярен в нашей стране, особенно в некоторых ее городах. Очень много велосипедов, например, в г. Дубне, там оборудовано 120 стоянок. В г. Иванове по выходным дням на некоторых улицах велосипедов больше, чем автомобилей. Популярен велосипед в г. Паланге. Интересно, что на нем ездят люди в возрасте 70–80 лет, которым тяжело ходить. В Вильнюсе в зоне отдыха имеется 20-километровая велосипедная дорожка; подобные дорожки проложены в г. Шяуляе, Паневежисе и др. Самоходные экипажи. Пятьсот лет назад Леонардо да Винчи спроектировал броненосец, движение которого осуществлялось восьмеркой бойцов. Ручками они поднимали груз, который, опускаясь, двигал громоздкое сооружение. Леонардо да Винчи предвидел даже коробку передач, но этот проект остался нереализованным. В 1600 г. голландский математик С. Стевен сделал четырехколесный экипаж с парусами, немного позже — шестиколесный. В безветренную погоду его могли приводить в движение и люди при помощи веревки, вращающей вал среднего колеса. Четырехколесную самоходную коляску в 1649 г. в Германии изготовил г. Гантшель. В 1685 г. известный часовщик г. Нюрнберга С. Фарфлер для передвижения со сломанной ногой сделал себе тихоходный трехколесный экипаж, в котором движение от ручки шестерней передавалось переднему колесу (рис. 2.4). рис. 2.4. Экипаж нюрнбергского часовщика С Фарфлера

В 1693 г. во Франции Ля Рошель сконструировал самоходную коляску. В 1752 г. русский крестьянин Л. Шампуренков изготовил экипаж, который приводили в движение два человека. Спустя девять лет в Англии появился четырехколесный самоход Овендена. В 1791 г. русский механик И. Кулибин сделал весьма искусный по тем временам трехколесный экипаж, движимый одним человеком. Появились трех- и четырехколесные экипажи с двигателями. Первый легковой автомобиль появился в 1885 г. Квадрицикл г. Даймлера с двигателем внутреннего сгорания был более похож на спаренный моторный велосипед, нежели на автомобиль. Тем не менее он развивал скорость 18 км/ч, а его двигатель мощностью 0,5 кВт был очень экономичен: за 1 ч сгорало 0,5–0,75 л топлива. К сожалению, моторные экипажи приобретали все большую массу и легкие экипажи были надолго забыты. Веломобили. В 1927 г. А. Курочкину был выдан патент СССР № 11078 на спортивный экипаж с приводом, подобным академической гребле. На этом экипаже можно ехать по земле, надев лыжи или коньки,— по снегу или по льду, а поставив понтоны,— по воде. Изобретатель предложил спортивный экипаж, подходящий для тренировок круглый год. Был ли реализован этот проект — неизвестно, так же, как и проект пятиместного веломобиля Аксельрода (рис. 2.5). Рис.2.5.ЭкипажАксельрода (США, 1941 г.) В 1971 г. авиационный инженер Р. Бундшух в США изготовил экипаж, который произвел сенсацию. Педикар, похожий на легкий автомобиль массой 50—60 кг, имеет две двери (рис. 2.6). Вместимость его: водитель, ребенок и багаж. Педали двигаются по дуге в 20° и соединяются с приводом стальными тросами. Принцип передачи такой же, как при запуске лодочного мотора. Педали не зависят одна от другой: на них можно нажимать одновременно или поочередно. Движение сообщается валу, а от него, через пять передач,— задним колесам. Часть энергии накапливается в пружине, возвращающей трос для следующего движения. Испытания показали, что энергии, используемой при ходьбе, хватает, чтобы педикар двигался со скоростью 16–33 км/ч. рис. 2.6. ПедикарР. Бундшуха (США, 1971 г.) Кожух педикара уменьшает сопротивление воздуха на треть по сравнению с велосипедом. Педикар был изготовлен квалифицированным инженером. Это был первый веломобиль, доказавший его практическую пользу. Журналисты предсказывали педикару большое будущее, так как он удобнее велосипеда и также полезен для здоровья. Серийно веломобили начали выпускать в начале 70-х годов в США и Японии. Компания «Нитироба» в 1975 г. выпустила серийную модель миниатюрной конструкции, управлять которой может даже ребенок. Корпус веломобиля состоит из легкого пластика; имеются три передние и одна задняя передачи. Средняя его скорость — 10–15 км/ч, максимальная — 30 км/ч. Веломобиль свободно движется в гору с уклоном 10°. В нем есть дополнительное место для ребенка. По данным печати подобный веломобиль в Японии стоит около 400 долларов.

Веломобиль «Вита» (рис. 2.7) сделан преподавателем Харьковского автомобильно-дорожного института Ю. Стебченко в 1975 г. Масса веломобиля 29 кг т. е. вполовину меньше, чем масса педикара. Рама сделана из тонкостенных труб. Для кронштейнов задних колес использованы две рамы от детского велосипеда «Орленок», колеса — от велосипеда «Школьник», педали имеют такую же конструкцию, как у педикара. Передачи переключаются тросами, усилия ног передаются барабану, смонтированному на втулке от велосипеда «Турист»; цепь и звездочки — от велосипеда «Школьник». Веломобиль способен двигаться со скоростью до 20 км/ч, имеет хорошую проходимость. О нем писали многие журналы и газеты, его демонстрировали по телевидению. Это первый советский прототип веломобиля, хотя скорость его уступает не только велосипеду, но и быстро бегущему человеку. Рис.2.7.Веломобиль«Вита» Ю.Стебченко (1975 г.)

В довоенное время известность приобрел «велокар» — один из так называемых нерегламентированных велосипедов. Его высота не превышала 0,6 м, оба колеса имели диаметр 0,5 м, а гонщик занимал почти горизонтальное положение. Даже если он был спортсменом среднего класса, то почти всегда выходил победителем во всех встречах с прославленными чемпионами велоспорта того времени (1935–1940 гг.) и показывал выдающиеся скорости на дистанциях 5, 10, 20 км и в часовой гонке без лидера. Однако в скоростных гонках на треке и в шоссейных гонках на затяжных подъемах велокар всегда оставался сзади обычных гоночных велосипедов и прежде всего потому, что имели место явные неудобства в управлении при ускорениях, выполнении неожиданного рывка, поддержании равновесия и перераспределении массы гонщика, что особенно важно в групповых велогонках. Эта интересная для веломобильного спорта информация заимствована из книги г. Коста, известного специалиста велотрека [23]. В послевоенное время в конце 50-х годов интерес к скоростным экипажам вновь стал возрождаться в связи с общим подъемом интереса к велосипедному транспорту и интенсивным развитием велостроительной промышленности. Аспирант филиала Калифорнийского университета в Лонг-Биче Ч. Кайл занялся усовершенствованием современного велосипеда. В процессе исследования изучалась аэродинамика велосипеда, сравнивалось трение качения обычного и складного велосипедов. Оказалось, что сопротиапепие воздуха значительно больше, чем колес. Это потребовало привлечения специалиста по аэродинамике. После совместной успешной работы было внесено предложение об учреждении международной ассоциации мускульных транспортных средств (International Human Powered Vehicle Association, IHPVA). Такая федерация была создана. Первые, ставшие традиционными, ежегодные соревнования прошли в 1975 г. Наивысшая скорость, достигнутая на этих соревнованиях, составляла 71,9 км/ч, т. е. превышала рекордные скорости, достигнутые на велосипеде. В 1976 г. в Японии были успешно проведены национальные соревнования на стандартных трехколесных экипажах. Результаты вселили надежду в будущем сделать этот вид спорта олимпийским. Столь высокие скорости в этих соревнованиях были достигнуты в основном за счет специальных обтекателей, применение которых в велосипедном спорте категорически запрещено Международным Союзом велосипедистов. Такой запрет был вызван необходимостью сравнять технические возможности спортсменов и предоставить всем единые условия в соревнованиях. Известен интересный случай в истории велосипедного спорта, когда на заре нашего века велогонщик Ч. Мерфи проехал одну милю за локомотивом по специальному деревянному настилу, проложенному между рельсами, за 54 с, достигнув скорости 100,23 км/ч. Этот уникальный по тем временам результат достигнут только за счет дорогостоящего технического решения и не может быть зарегистрирован Союзом велосипедистов.

Вновь созданная Ассоциация мускульных транспортных средств регистрирует подобные рекорды, установленные с использованием дополнительных технических средств. Поэтому здесь уместно сообщить об абсолютном рекорде, достигнутом на велосипеде с использованием специального лидера — спортивной автомашины с туннельным обтекателем, создающим разреженное пространство, в котором находится велосипедист. На рис. 2.8 показан вариант машины-лидера. Этот рекорд принадлежит врачу из Сан-Бернардина А. Абботу и был установлен весной 1974 г. на дне высохшего озера Бонневиль при прохождении дистанции в одну милю (1609 м). Им была достигнута скорость 222 км/ч, а Дж. Говард в 1985 г. достиг скорости 244,7 км/ч. рис. 2.8. Автомобиль-лидер для достижения рекордных скоростей велосипедиста На подготовку ушли годы. А. Аббот сам спроектировал и переделал велосипед и автомобиль для рекордного заезда. Лидером управляли два водителя: один сидел впереди, другой — сзади; первый управлял машиной, второй внимательно следил за велосипедистом и регулировал скорость машины. Переднее колесо велосипеда прикрывалось специальным аэродинамическим коробом из прозрачного пластика, прикрепленным к задней части автомобиля. Масса рекордного велосипеда 15,8 кг, диаметр колес — 0,456 м. Чтобы потери трения были минимальными, для колес велосипеда использовались совершенно гладкие покрышки. Ведущая звездочка цепного привода очень велика — в ней 230 зубьев (в спортивном велосипеде около 50 зубьев), у ведомой звездочки 13 зубьев. При скорости 222 км/ч ведущая звездочка вместе с педалями вращалась с частотой 135 мин-1 (обычно около 90 мин-1). Оценив смелость и изобретательность А. Аббота, можно было упрекнуть его в том, что такая езда вряд ли могла бы иметь какую-нибудь практическую пользу. Однако этот же спортсмен в 1976 г. занял первое место на втором международном чемпионате мускульных средств транспорта в Лонг-Биче (Калифорния). Лежа на велосипеде лицом вниз, А. Аббот установил новый мировой рекорд — 76,91 км/ч. Обтекаемый кожух позволил ему добавить 14,5 км/ч к его прошлогоднему достижению, но сделал машину почти неуправляемой, пригодной только на один заезд. Соревнования провел Калифорнийский университет. В чемпионате принимали участие одноместные, двухместные и многоместные экипажи. Не было только обычных велосипедов. Одни гонщики ехали сидя, другие — лежа. Не обошлось без аварий. В апреле 1977 г. в Калифорнии были проведены третьи международные соревнования мускульных транспортных средств. Их участники вновь улучшили мировые рекорды скорости. На дистанции 200 м с ходу А. Аббот достиг скорости 79,08 км/ч. Однако первое место занял Р. Террио, его результат 79,47 км/ч. Привод четырехколесного экипажа Р. Террио, как и многих других, был двойной, работали ноги и руки. Третье место занял К. Хелс на традиционном велосипеде с аэродинамическим кожухом. Восемь участников из десяти ехали лежа, не было ни одной многоместной машины. Самую высокую скорость показали Хэттон и Эш на двухместном тандеме с кожухом из пленки.

На четвертых международных соревнованиях в 1978 г. были предложены призы Аббота за превышение скорости 54 миль в час (86,89 км/ч) на одноместном экипаже и 55 миль в час (88,49 км/ч) — на двухместном. Двухместный экипаж Нортроповского университета был очень близок к цели (87,58 км/ч), этот приз был взят им при первом же старте на следующий год на пятых международных соревнованиях, проведенных в 1979 г. на автодроме Онтарио в Калифорнии. Их результат — 89,96 км/ч. Соревнования проводились на 200-метровой дистанции с ходу. Разбег разрешался почти на километровой дистанции. На этих соревнованиях среди одиночек победил Ф. Маркэм на экипаже г. Мартина и Н. Дина, среди многоместных — Д. Грилл, С. Андрю и Л. Ниц на машине А. Войгта, С. Войцика и Дж. Спейчера. Участвовали также пожилые люди, инвалиды и дети. 74-летний Э. Делано на обычном велосипеде с обтекателем достиг скорости 46,71 км/ч, а восьмилетний Мишель Малевицки на четырехколесном полузакрытом экипаже лежа лицом вниз — 40,22 км/ч. Кроме соревнований на 200 м проводилась и часовая гонка по четырехкилометровому овальному кругу автодрома. Интересным событием явилась шоссейная гонка на 34,75 км — восемь кругов. Старт давался такой же, как на автогонках в Ле-Мане, где гонщики после сигнала бежали и садились в свои машины. Первое место со средней скоростью в 43,84 км/ч занял Ф. Тач на экипаже, движимом руками и ногами. Привезенный неудачный кожух за два дня он заменил обтекателем, сооруженным из бамбука и пленки. Приведем таблицу результатов пятых международных соревнований (табл. 2.1): Таблица 2.1. Результаты международных соревнований 1979 г. Тип экипажа Поза Скорость, км/ч Многоместный (дистанция 200 м с ходу)ДвухколесныйЛежа лицом вниз, трехместный91,82ТрехколесныйЛежа на спине, двухместный91,58ЧетырехколесныйЛежа на спине, второй гонщик лицом вниз91,00Одноместный (дистанция 200 м с ходу)ДвухколесныйЛежа лицом вниз81,80ЧетырехколесныйЛежа лицом вниз80,07ТрехколесныйЛежа лицом вниз 74,83 Одноместный (часовая гонка)Велосипед с обтекателемСидя51,29Велосипед-тандем с обтекателем Сидя 50,42 Одноместный трехколесный веломобильЛежа на спине39,84В ноябре 1978 г. в Японии по инициативе доктора Ш. Торияма, одного из директоров Ассоциации мускульных транспортных средств, были организованы соревнования, привлекшие 22 участника. Самым быстрым был экипаж Ниппонского университета, который показал скорость в 68,43 км ч. В Англии, Австралии, затем ФРГ и других странах начали активно действовать организации Ассоциации. Шестые международные соревнования также проводились в Онтарио в 1980 г. В них участвовало более 50 экипажей. Во всех видах соревнования, кроме шоссейной гонки на одноместных экипажах, победили спортсмены, выступавшие на веломобиле «Вектор» конструкции инженера А. Войгта (рис. 2.9) из концерна «Дженерал Дайнемикс» (США). На двухместном веломобиле «Вектор-тандем» (рис. 2.10) Д.Гриллс и Л. Барчевски на дистанции 200 м показали скорость 101,24 км/ч. Одноместный веломобиль «Вектор» с гонщиком Л. Барчевски развил скорость 91,17 км/ч.

Интересно отметить, что во время этого заезда дул встречный ветер со скоростью 1,6 м/с. В часовой гонке Э. Эдварде прошел 59,44 км. а тандем Р. Скарена и Э. Голландера — 74,5 км. рис. 2.9. “Вектор” Л.Войгта (США, 1980г.) рис. 2.10. Модель “Вектор-тандем” в плане ив профиль В шоссейных соревнованиях победили гонщики на веломобиле «Вектор-тандем», показав скорость 49,18 км/ч на дистанции 43,44 км. Среди одиночек победил Ф. Тач на велосипеде с обтекателем. Вторым на финиш пришел спортсмен на веломобиле «Вектор», незначительно проиграв победителю. «Вектор» — спортивный скоростной веломобиль высокого класса, спроектированный профессиональным конструктором. Эта во многом унифицированная модель позволяет на своей базе смонтировать новый вариант «Вектор-тандем», предназначенный для двух гонщиков, сидящих спинами друг к другу. Рама сварной конструкции изготовлена из углеродистой стали, нижняя часть кузова — из армированной пластмассы (фибергласса), верхняя прозрачная часть— из лексана. Технические данные веломобиля “Вектор” Длина, м2,95Ширина, м0,64Высота, м0,81Масса, кг23Переднее колесо2Диаметр переднего колеса, м0,584Заднее колесо 1Диаметр заднего колеса, м0,69Положение водителяЛежаКоэффициентаэродинамического сопротивления 0,11 Числозубьевбольшойзвездочки 100 Числозубьевмалыхзвездочек 11–28 Приводное колесо Заднее Управляемые колеса Передние Веломобиль «Евро-Вектор» — новый вариант известной модели «Вектор», спроектированный группой специалистов по авиации и космонавтике в ФРГ. Для достижения рекордных скоростей конструкторы сознательно отказались от обеспечения большого комфорта для гонщика, хотя стоимость этого веломобиля составила 10 тыс. долларов. Технические данные веломобиля “Евро-Вектор” Длина,м 3,05 Ширина, м0,64 Высота, м0,81 Масса, кг 30,9 Переднее колесо 2 Заднее колесо1 Мидель, м20,389 Ширина колеи между колесами, м 0,5 Радиус поворота, м11,6 Коэффициент трения качения0,006 Коэффициент аэродинамического сопротивления 0,11 Дорожный просвет, м0,03 База, м 1,32 Приводное колесо Заднее Управляемые колеса ПередниеРулевое управление веломобиля «Евро-Вектор» действует непосредственно на оба передних колеса и напоминает по своей форме ручку управления на спортивном самолете. Тормоз и механизм переключения передач устроены на ручке управления. Для привода используется только один вид движения — педалирование ногами. Кривошип педального привода имеет длину 180 мм. Цепь длиной в 3 м проходит под сидением водителя к заднему колесу. Передняя звездочка имеет 100 зубьев. Низшая передача — 100:26, высшая передача 100:11, что соответствует пройденному расстоянию соответственно 8,22 и 19,41 м при одном обороте кривошипа. Заднее колесо имеет нормальный размер гоночных колес, передние — меньший диаметр.

Рама сделана из высокопрочных стальных труб. Установленный на раме кузов сформирован из стекловолокна и смолы, покрыт слоем акрилана. Снимающаяся носовая часть кузова изготовлена из лексана. Для улучшения вентиляции водитель может снять часть колпака. При этом коэффициент аэродинамического сопротивления увеличивается незначительно. Колеса с обеих сторон закрыты аэродинамическими пластмассовыми кожухами. Система крепления колес такова, что их смену можно осуществить не более чем за двадцать секунд. На рулевой колонке смонтирован бортовой компьютер, с помощью которого водитель без помех для наблюдения за дорогой следит за многочисленными данными: мгновенной и средней скоростью движения, частотой вращения педалей в минуту, временем и пройденным расстоянием, параметрами работы сердца. Водитель находится в полулежачем положении лицом вверх, удобно откинувшись назад на легком сидении, плечи и спина плотно прилегают к специально спрофилированной спинке, создавая тем самым условия для развития гонщиком максимальной мощности. В целях обеспечения безопасности водитель пристегивается ремнями. В целом пассивная безопасность на веломобилях типа «Евро-Вектор» благодаря закрытому кузову значительно выше, чем на велосипедах и веломобилях с открытым кузовом. Важной особенностью веломобиля «Евро-Вектор» является его высокое аэродинамическое качество, обеспечиваемое прекрасными обтекаемыми формами кузова. Коэффициент аэродинамического сопротивления его достигает 0,11, очень низкого для наземного транспорта значения. Анализ и эксперименты убедительно доказывают, что именно аэродинамическое качество спортивного и тем более рекордного веломобиля определяют его скоростные возможности. Влияние аэродинамического фактора становится превалирующим на максимальных скоростях движения. Достаточно взглянуть на современные спортивные модели веломашин (рис. 2.11), чтобы убедиться в том большом внимании к аэродинамике кузова, которое конструкторы уделили ему (рис. 2.12). Но аэродинамическое качество кузова — это только часть аэродинамической проблемы веломобиля. В ряде случаев остается еще не выясненным вопрос аэродинамики колес, находящихся внутри кузова. Современные достижения в велосипедном спорте, связанные с созданием и применением дисковых колес, опровергают известные изречения о том, что «велосипед не следует изобретать». Рост рекордных скоростей веломобилей происходит не только за счет физического совершенства спортсменов, но одновременно и за счет технической оснащенности современных машин. Комплексные исследования веломобилей и сравнение их с широко известными моделями велосипедов производились по следующим параметрам: максимальной скорости, развиваемой при спуске по дороге с определенным уклоном; скорости при фиксированной мощности привода; силе сопротивления при буксировке на длинном канате за лидером на малых, средних и рекордных скоростях; силе аэродинамического сопротивления при определенных значениях скорости набегающего воздушного потока. Одновременно сравниваются и оцениваются такие параметры машин, как их масса, габаритные размеры и вид рисунка рабочей поверхности шины, давление в шинах, площадь миделя.

Результатом конструкторских и исследовательских поисков является, как правило, новая модель веломобиля, обладающая по совокупности своих свойств высоким динамическим качеством, обеспечивающим возможность достижения и превышения существующего рекорда скорости. Таким образом, динамика роста рекордных скоростей (рис. 2.13) является ярким свидетельством технического совершенствования веломашин. рис. 2.13. Рекорды скорости веломашин по трем видам гонок: 1 — групповой на дистанции 200 м; 2 — индивидуальный; 3 — одночасовой Группа исследователей в составе А. Гросса, Ч. Кайла и Д. Мэйлуики собрала, обработала и Представила в обобщенном виде интересный материал по сравнительному анализу мускульных средств передвижения с учетом их механических, аэродинамических и энергетических параметров [11]. В сокращенном виде эти данные представлены в табл. 2.2. Таблица 2.2. Сравнительные характеристики спортивных веломобилей Тип веломашиныХарактеристика Сила сопротивления(Н) при скорости движения32 км/ч Аэродинамические параметры аэродинамическая каченияМидель, м2Коэфф. сопро- тивленияТуристскийвелосипедМасса велосипеда 1 1,7 кг; масса велосипедиста 72 кг; шины клинчатые с диаметром колес 0,69 м и давлением в шинах 0,63МПа20,03,8 0.40 1,0Гоночный велосипедМасса велосипеда 9,0 кг; масса велосипедиста 72 кг; шины гладкие с диаметром колес 0,69 м и давлениемвшинах0,74 МПа15,8 2,4 0.36 0,88Гоночный тандемМасса тандема19 кг; масса велосипедистов 144 кг; шины гладкие с диаметром колес 0,69 м и давлением в шинах 0,63 МПа 24,17,30,481,0Веломобиль «Вектор»Масса веломобиля 30,8 кг; масса спортсмена 72 кг; шины гладкие с диаметром колес 0,61 м и давлением в шинах 0,14 МПа2,34,6 0,400,11Веломобиль «Вектор- тандем»Масса веломобиля 34,0 кг; масса спортсменов 144 кг; шины гладкие с диаметром колес 0,61 м и давлением в шинах 0,74МПа 2,88,1 0,44 0,13 Таблица 2.2. (продолжение) Тип веломашины Коэффициент сопротивления качению Энергетические параметры для ровной дороги и безветрия Скорость (км/ч) на подъеме и спускес 5 %-ным уклоном Прогулочная скорость (км/ч) при мощности 75 ВтМощность (в %) от N туристского велосипеда при 32 км/чМаксимальная скорость при (км/ч) при мощности 750 Вт при свободном спускена подъеме при мощности 300 ВтТуристскийвелосипед 0,0045 21,1 100 50 44,6 19,8 Гоночный велосипед 0,0030 23,6 77 54,5 50,2 20,9 Гоночный тандем 0,0045 24,5 66 58,9 56,6 20,9 Веломобиль «Вектор» 0,0045 35,1 29 96,5 145,0 18,2 Веломобиль «Вектор- тандем» 0,0045 41,2 23 116,7 174,4 20,9

НЕДОСТАТКИ ВЕЛОСИПЕДА И ПЕРВЫХ МОДЕЛЕЙ ВЕЛОМОБИЛЕЙ КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ НЕДОСТАТКИ ВЕЛОСИПЕДА И ПЕРВЫХ МОДЕЛЕЙ ВЕЛОМОБИЛЕЙ Велосипед в нашей стране является самым массовым видом индивидуального транспорта. Он успешно используется молодежью, лицами среднего, старшего и даже преклонного возраста для ежедневных поездок на работу, прогулок, туризма и для перевозки малогабаритных грузов. Велосипед не используется круглогодично (рис. 3.1). Особенно интенсивно ездят только в летний период, когда погода позволяет совершать поездку с большей скоростью, в легкой спортивной одежде, не боясь попасть под дождь или снегопад, когда все располагает для эмоциональной разрядки и физической тренировки. Отсюда понятен повышенный интерес изобретателей и конструкторов к созданию более совершенных всепогодных веломашин. Рис. 3.1. Использование велосипеда в различное время года (г. Шяуляй, 1979 г.) мужчинами (1) и женщинами (2) Принято считать, что на сегодняшний день принципиально усовершенствовать велосипед невозможно. Несмотря на многочисленные попытки изменения конструкции (известно более 15 000 патентов), основная схема его почти 100 лет остается неизменной. Действительно, классический велосипед, применяемый для езды на плохих дорогах, трудно усовершенствовать. Однако при езде по хорошим дорогам проявляется ряд существенных недостатков велосипеда современных конструкций массового выпуска. При езде на велосипеде для преоделения сопротивления воздуха используется большая часть всей энергии, расходуемой на приведение велосипеда в движение. Человек, сидя на велосипеде, обращен к воздушному потоку почти максимальным «своим миделем». Чтобы уменьшить сопротивление воздуха, спортсмены вынуждены занимать низкую, не свойственную человеческому телу и его организму позу, к которой гонщик со временем привыкает и она становится для него вполне работоспособной. Здесь имеется целый ряд вопросов для критического анализа со стороны специалистов в области медицины и здравоохранения. Особенно это касается женского велосипедного спорта, существование и будущее которого как вида спорта всегда находилось под сомнением. В ряде стран он и сейчас находится под официальным запретом. И только значительные успехи женского велосипедного спорта на международной спортивной арене, его популярность во многих странах мира позволили ему получить признание Международного союза велосипедистов и Международного Олимпийского комитета.

Несмотря на высокую эмоциональность велосипедной езды, - несомненную пользу для здоровья, психики и общей физической закалки организма и тренировки мышечной системы, велосипедист во время езды находится подчас в весьма жестких условиях, когда льет дождь, летит град, из-под колес вылетает жидкая грязь. Велосипедист, совершающий туристскую прогулку, может позволить себе кратковременный отдых и переждать непогоду. Велогонщик же лишен таких возможностей и вынужден продолжать тяжелую гонку. Веломобиль обладает в этом смысле значительными преимуществами: он позволяет cпортсмену или обыкновенному туристу удобно расположиться в мягком сидении комфортабельной кабины и защищает его от палящего солнца, дождя, пыли и грязи. Первые модели веломобилей грешили одним и тем же: копировали внешние формы мало- и микролитражных автомобилей. Конструкторы первых веломобилей, не имея опыта их эксплуатации, естественно пытались использовать уже готовые конструкторские решения, выполненные в автомобилестроении, а затем и в авиации, а точнее в планеростроении. На первых этапах это давало определенный эффект: быстро принимались и реализовывались казавшиеся верными технические идеи. Но проходило время обсуждения идей, воплощения их реальной конструкции в жизнь и наступал период опробования и испытаний. Все ложное и неудачно выбранное становилось очевидным дефектом конструкции и начинались новые творческие поиски. Р. Бундшух, например, создавая свой педикар, решил воспользоваться идеей конструкции кабины легкого самолета. Кабина имела большой запас прочности, явно превышающий требования веломобилестроения. В результате педикар получился весьма массивным, его масса составила около 60 кг, что близко к массе легкого микролитражного автомобиля, приводимого в движение с помощью бензинового двигателя, который мощнее человека в несколько раз. А педикар приводит в движение человек! Значит, налицо явное несоответствие массы и мощности. Но опыт Р. Бундшуха сделал свое дело. Он показал реальную возможность создания такого экипажа, который может позаимствовать самые главные качества велосипеда и автомобиля: самодвижение без какого бы то ни было бензинового, газового и тому подобного двигателя и создание автомобильного комфорта в миниатюре.

К сожалению, ошибки предшественника современных веломобилей многократно повторялись. Вот веломобиль, завоевавший первое место в конкурсе, проведенном одним из журналов (рис. 3.2). По внешнему виду это настоящий микролитражный автомобиль. Судя по кузову и колесам, его масса не менее 100 кг. Чтобы привести веломобиль в движение, требуется значительная энергия, которую можно заранее накопить, например, раскручивая маховик. Председатель жюри — опытный инженер — предложил автору поставить фрикционное сцепление, как в автомобиле. Велосипед со сцеплением… Веломобиль по автомобильным критериям внешне красив, но его технические решения сплошь неприемлемы. Трение качения широких колес малого диаметра в 2–3 раза больше, чем обычного велосипеда. Люди сидят рядом и прямо. Мидель такой же. как и у автомобиля или тихоходного водного велосипеда. Ехать одному в таком веломобиле тяжело, а по плохой дороге лучше идти пешком. Рис. 3.2. Автомобильный подход к конструированию веломобиля (проект 1978 г.) Одно из основных свойств веломобиля — малая масса. Не стоит повторять ошибки, заимствованные у автомобиля. Масса одноместного веломобиля не должна превышать 20 кг. Возможно, тому, кто не спешит и ездит по ровным дорогам, любит статический комфорт, может понравиться удобный, но тихоходный веломобиль. Но из истории транспорта следует, что обычно больше всего ценится скорость, т. е. «легкость» хода.

Первые автомобили были весьма громоздки, но достаточно экономичны по сравнению с современными «монстрами» скоростных автострад. Погоня за скоростью и комфортабельностью сделала современный автомобиль неэкономичным. С самого начала изобретения автомобиля конструкторы старались улучшить его экономичность. Примером может служить знаменитый массовый автомобиль Форда, автомобили фирм «Фольксваген», «Рено», «Ситроен». В послевоенные годы в Европе заинтересовались малогабаритными автомобилями. В 1955— 1958 гг. одна из фирм ФРГ выпускала маленький двухместный автомобиль длиной 2,8 м. Места располагались одно за другим, а вместо дверей была подъемная, как у кабины самолета, верхняя часть. Два управляемых колеса находились впереди, а одно ведущее. — сзади. Мощность двигателя — 7.5 кВт, а скорость достигала 88 км/ч. Идея создания малых автомобилей всегда привлекала конструкторов, но сегодня в условиях перенаселенных городов и надвигающегося энергетического кризиса она приобрела особое значение. В настоящее время возрос спрос на двухместные автомобили. В Японии, например, маленькие автомобили особенно популярны, так как там ездят в основном на небольшие расстояния. Экспериментальный одноместный автомобиль фирмы «Субару» с двигателем мощностью 20 кВт при скорости 88 км/ч потребляет только 2,4 л бензина. Одноместный автомобиль фирмы «Судзуки» с двигателем мопеда объемом 50 см3 и пластмассовым кузовом развивает скорость 50 км/ч, а потребляет только 2 л бензина на 100 км. Создание сверхэкономичных автомобилей стало своеобразным спортом — состязанием технических идей и технологических решений (рис. 3.3). Рис. 3.3. Сверхэкономичные автомобили для соревнований Рассмотрим основные недостатки автомобиля. Одной из основных характеристик транспортного средства является соотношение его собственной и полезной масс. Для легкового автомобиля это соотношение составляет около 10, хотя у лучших автобусов оно может быть только 1,3, а у грузовиков даже - 0,4. Большая масса — это большое сопротивление со стороны дороги и сил инерции. Для преодоления этого сопротивления требуется мощный двигатель — источник шума и загрязнения воздуха. К сожалению, масса современных автомобилей уменьшается очень медленно и это является первым в нашем перечне недостатком. Вторым недостатком массового автомобиля является его плохая обтекаемость. Хотя визуально новые автомобили кажутся все более обтекаемыми, на самом деле коэффициент его аэродинамического сопротивления снижается медленно и почти в 10 раз превышает этот коэффициент фюзеляжа планера. При больших скоростях аэродинамические потери энергии становятся преобладающими. Попробуем представить себе новый автомобиль, сконструированный по авиационным принципам, и назовем его для краткости «авиамобиль» (рис. 3.4). рис. 3.4. Проект «Авиамобиль» (1982 г.)

Для того чтобы уменьшить сопротивление воздуха, пассажиров правильнее расположить не рядом, а друг за другом. Такая необычная компоновка имеет большие преимущества. Как известно, с водителем разговаривать не рекомендуется, поэтому необязательно создавать для этого условия. Кроме того, в такой автомобиль водителю садиться и выходить со стороны тротуара более безопасно. При управлении в нем гораздо лучше чувствуются габаритные размеры машины, увеличивается обзор. Важным является фактор устойчивости, который определяется отношением ширины колес к высоте положения центра масс, равным 2. Принятое положение пассажиров «авиамобиля» в позе полулежа способствует улучшению устойчивости машины за счет уменьшения высоты положения центра масс при одновременном уменьшении площади его миделя. Ниже приведены некоторые сравнительные характеристики серийного автомобиля ВАЗ–2101 и «авиамобиля». Характеристики ВАЗ–2101 и «авиамобиля» ВАЗ–2101 «авиамобиль» Собственная масса, кг955150Длина, м4,073,5Высота, м 1,44 1,0 Ширина, N1,61,0Мидель, м21,80,7Коэффициент аэродинамического сопротивления 0,45 0,15 Мощность двигателя, кВт45,63–9Максимальная скорость, км/ч 140 100 Расход топлива, л/100 км101–2Технические характеристики «авиамобиля» делают возможным применение электропривода. Для движения в городе со скоростью 60 км/ч вполне достаточно мощности 1 кВт. В условиях современного города дневной пробег автомобиля индивидуального пользования не превышает 100 км. Следовательно, дневной запас энергии должен составлять всего 2 кВт•ч. Масса аккумулятора такой энергоемкости составляет около 50 кг. Многочисленные достоинства легкового автомобиля всем хорошо известны. Всем также хорошо знакомы, хотя и в меньшей степени, печальные последствия автомобилизации наших городов, приводимой к массовой утрате подвижности человека, столь необходимой ему для его нормальной жизнедеятельности в настоящее время и в будущем. Веломобиль, как антипод автомобиля, обладает определенными достоинствами, весьма полезными для своего владельца и для окружающего его мира, людей и природы.

СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ВЕЛОМОБИЛЯ ВОПРОСЫ ЭРГОНОМИКИ НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ БИОМЕХАНИКИ УСТОЙЧИВОСТЬ ВЕЛОМОБИЛЯ КОЛЕБАНИЯ В ВЕЛОМОБИЛЕ ПРИНЦИПЫ ДИЗАЙНА ВЕЛОМОБИЛЯ Веломобиль как любая современная машина является результатом творческого поиска конструктора, дизайнера, расчетчика, исследователя и испытателя. Веломобилестроение находится явно в выигрышном положении по сравнению с автомобилестроением, авиастроением и тем более велостроением,— пожалуй, старейшей технической отраслью современного машиностроения. Это преимущество видится в том, что в арсенале упомянутых отраслей промышленности накоплен огромный опыт поиска и принятия конструкторского решения, опыт эксплуатации в различных экстремальных условиях, свойственных каждому типу и виду этих машин. Вместе с тем, мы наблюдаем и нелегкий путь развития веломобилестроения, которое в нашей стране продолжает большей частью оставаться пока еще предметом творчества энтузиастов, что, несомненно, задерживает развитие этого вида перспективного транспорта (выделено кодером). Кратко изложим общие сведения, касающиеся вопросов проектирования вновь создаваемых веломобилей.
СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ВЕЛОМОБИЛЯ При движении на веломобиль действует сила тяги, создаваемая непосредственно веломобилистом, которой противодействует сумма всех сил сопротивления движению: сопротивление качению колес, сопротивление подъема в гору, сопротивление воздуха, сопротивление прицепа (если таковой имеется) и сила инерции. С ростом скорости веломобиля резко возрастает мощность, необходимая для поддержания этой скорости (рис. 4.1). Рис. 4.1. Зависимость потребляемой мощности N от скорости V: 1 — для спортивного велосипеда, площадь миделя F = 0,6 м2, коэффициент аэродинамического сопротивления Сх=0,9; 2 — спортивный велосипед с низкой посадкой, F = 0,5 м2, Cх = 0,7; 3 — веломобиль, F = 0,4 м2, Сх=0,13; 4 — соотношение потребляемой мощности веломобиля и велосипеда, %; 5 — соотношение потребляемой мощности (%) веломобиля и автомобиля «Жигули» Сопротивление качению колес пропорционально массе веломобиля, коэффициенту трения качения и обратно пропорционально радиусу колеса.

На практике часто используют приведенный коэффициент трения качения f, равный отношению коэффициента трения качения к радиусу колеса. Тогда сила сопротивления движению равна Rk= fmg, где m — масса веломобиля, a g — ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2. В автомобилях, например, приведенные коэффициенты трения зависят также от давления воздуха в шинах: чем меньше давление, тем больше сила трения. Для нормальных давлений при скорости около 70 км/ч значения f представлены в табл. 4.1. Тут же даны и коэффициенты скольжения ф покрышек по поверхности дороги [57], важные для режима торможения. Для велосипедов со стандартными колесами в работе [43] представлены следующие значения приведенного коэффициента трения f: Для асфальта 0,005–0,01 » булыжной мостовой 0,02 » грунтовой дороги (в хорошем состоянии) 0,02 Для снега утрамбованного0,3 Таблица 4.1. Коэффициенты трения качения f и трения скольжения ф для автомобилей Дорожное покрытие и его состояние Коэффициенты fф 0,012–0,0150,7–0,9Асфальт:сухой, чистый мокрый 0,015–0,0180,4–0,6грязный 0,016–0,0200,2–0,45 заснеженный 0,100–0,2500,2–0,4обледеневший 0,040–0,070 0,2–0,4 Грунт:0,030–0,0500,5–0,6сухой, твердыйвлажный 0,040–0,100 0,2–0,4 Лед:0,015–0,020 0,06–0,15сухойвлажный0,013–0,018Менее 0,1 Исследования, проведенные с веломобилем В–8, выявили следующие значения коэффициента f: Для сухого, чистого асфальта 0,004–0,005 грунтовой дороги0,025луга ровного0,04Коэффициент скольжения ф на сухом асфальте оказался 0,7–0,9 — то же значение, что и для автомобиля. Коэффициент приведенного трения для «Евро-Вектора» [58] равен 0,006, что вызвано уменьшенным диаметром обоих передних колес. Для веломобиля «Вираж» с внешним диаметром колес 490 мм, шириной покрышек 40 мм инженер В. Мазурчак определил следующие значения приведенного коэффициента трения для асфальта: 0,018; 0,0125 и 0,007 при соответственном давлении в шинах 0,15; 0,30 и 0,45 МПа. Как известно, давление в шинах спортивного велосипеда обычно составляет около 0,6 МПа, а дорожного — лишь 0,15–0,30 МПа. Приведенные данные показывают, что шины с низким давлением для веломобиля не оправданы энергетически. Если приведенный коэффициент трения превышает 0,05–0,07, езда на веломобиле становится невыгодной энергетически — по затратам энергии целесообразнее идти пешком, не говоря о некомфортабельности езды по плохой дороге. Сопротивление подъему в гору — важный фактор сопротивлений, действующих на веломобиль. Эта сила сопротивления лимитируется углом наклона профиля дороги к горизонту и для ее преодоления требуется дополнительная мощность, необходимая для поддержания заданной скорости движения.

Рассчитаны взаимосвязи между этими показателями при скорости движения 5 м/с (18 км/ч) и массе веломобиля 100 кг для различных категорий дорог, определяемых величиной уклона tg а:
Категории автодороги12345tg_a0,030,040,050,060,07N,кВт0,180,230,280,330,33При спуске эта сила является силой, движущей веломобиль. Расчет показывает, что при уклоне в 0,07 (4°) веломобиль рекордного класса без педалирования разовьет скорость около 150 км/ч, но для этого потребуется уклон протяженностью 1,5 км. Заметим, что велосипед достигает скорости только 60 км/ч, а автомобиль «Жигули» — около 100 км/ч.
Сопротивление воздуха при движении веломобиля является наиболее важным видом внешнего воздействия на веломобиль и с увеличением скорости его движения влияние этого фактора становится доминирующим. Сила аэродинамического сопротивления веломобиля определяется известной зависимостью Rx=p(v2/2)Cх, где р — плотность воздуха; v — скорость набегающего воздушного потока; Сх(а, b, у, Re, Sh, е) — коэффициент аэродинамического сопротивления веломобиля, зависящий от углов а, b и у между геометрическими осями веломобиля и направлением скорости воздушного потока, критериев Рейнольдса Re и Струхаля Sh, характеристик турбулентности е набегающего воздушного потока (прим. составителя: реально в вычислениях используют готовую формулу F=pСхS(V2/2), где F - сила сопротивления, S — площадь фронтальной проекции (мидель), р — плотность воздуха, v — скорость набегающего воздушного потока, а Сх - коэффицент сопроотивления [Иногда используют приведенное значение, равное произведению Сх и S ] ).
Большое значение для снижения аэродинамического сопротивления имеют параметры воздуха — температура и плотность. Например, при снижении температуры, с +30°С до –10°С плотность воздуха увеличивается на 17 %. Отсюда можно сделать вывод о целесообразности организации скоростных заездов веломобилей на высокогорье для достижения максимальных скоростей (примечание составителя: где-то года с 2000-го каждый год проводятся соревнования рекордных веломобилей в США на плато Баттл Моунтайн (Battle Mountain) около Невады http://wisil.recumbents.com/wisil/speedruns2000/worlds-fastest-bicycle-2000.htm).
Мидель веломобиля — важный показатель аэродинамического качества — должен быть, естественно, минимальным. В двухместном скоростном веломобиле для достижения минимального миделя расположение веломобилистов должно быть тандемным. В лучших моделях современных веломобилей достигнуты малые значения поперечного сечения, до 0,2 м2. С уменьшением длины кривошипов привода до 125 мм экспериментальный веломобиль В–7 имеет высоту 0,55 м, ширину 0,45 м и при этом водитель в столь малом объеме чувствует себя достаточно хорошо.

Вот некоторые ориентировочные аэродинамические параметры биотранспортных объектов [52, 58]: Миделево сечение, м2 Сх Бегущий человек0,71,0Велосипедист в высокой посадке0,61,1Спортсмен-велосипедист в средней посадке 0,5 1,0 То же, в низкой посадке0,40,9Веломобиль «Вектор»0,40,11Веломобиль В-7 0,2 0,15 Человек, лежащий вдоль воздушного потока0,10,3В дальнейшем вместо этого термина употребляется сокращенный термин «мидель». При экспериментальных продувках велосипедиста в аэродинамической трубе при скорости 20 м/с в наиболее обтекаемой низкой посадке сила аэродинамического сопротивления составляла от 44 до 73 Н. При обычной посадке без стремления достигнуть хорошего обтекания эта сила увеличивалась дополнительно на 7–19 Н [7]. Человек в положении лежа имеет минимальный мидель — около 0,1 м2. Этот мидель почти реализован в спортивных санках для спуска с гор и в веломобиле В–2 без кожуха в положении отдыха. Для дорожного веломобиля мидель может быть увеличен до 0,5 м2. В районах с постоянными сильными ветрами рациональны автоматически управляемые аэродинамические поверхности — паруса площадью до нескольких квадратных метров. При этом надо учитывать, что скорость ветра у земли значительно ниже, она колеблется в зависимости от придорожных объектов. Вместе с тем хорошо известны случаи практического использования парусов на колесных экипажах, например, при пересечении пустынь и степей. В настоящее время в г. Вильнюсе разрабатывается план многодневного перехода на веломобилях с парусами по дорогам Прибалтики. Международная федерация мускульных транспортных средств с первого дня своего существования провозгласила своей главной задачей экономию мускульной энергии, в частности, за счет внедрения различных технических новшеств. Аэродинамические устройства являются, пожалуй, главным объектом внимания конструкторов веломобилей. В 1976 г. мы предложили пленочный самонадувающийся кожух, названный парашютным обтекателем или антипарашютом. Отбирая повышенное давление скоростного напора в обтекатель, получили очень экономную пневматическую конструкцию. Эксперименты показали большую стабильность парашютных обтекателей при значительной турбулентности потока. Для складного или открытого веломобиля такие обтекатели особенно интересны. Проводились опыты с моделями парашютных обтекателей в воздухе и воде. Скорость моделей в воде — около 1 м/с, в воздухе 5–30 м/с. Длина моделей составляла 0,5–2,0 м. Модели парашютного обтекателя с жесткой передней частью, имеющей в центре небольшое отверстие, имели стабильную обтекаемую форму. Модели имели хорошо наполненную форму даже при отклонении потока воздуха на 15–20° от их продольной оси. Задняя часть при этом несколько отклонялась «по ветру», что, по-видимому, улучшало их обтекаемость по сравнению с жесткими обтекателями.

Установлено, что наши еще далеко несовершенные модели парашютных обтекателей имеют значения коэффициента аэродинамического сопротивления около 0,2. Однако гибкий обтекатель в принципе может иметь даже лучшую обтекаемость, чем жесткий, что в гидродинамике подтверждается на примере эластичной кожи дельфина. Конструкция складного парашюта очень легка и компактна потому, что основные его части подвергаются только растяжению. Это приводит к тому, что нагрузки воспринимаются равномерно по всему сечению материала. В технике часто используется принцип чистого растяжения, например в парусах, сетях, воздушных шарах, подвесных мостах и крышах, пневматических зданиях. Парашютный обтекатель принадлежит к подобным конструкциям. По сравнению с жесткими обтекателями, сложными в изготовлении, антипарашют в сотни и тысячи раз легче и дешевле. Антипарашют может найти широкое применение не только в велмобилях. Например, пилот планера может находиться в кабине из прозрачной пленки, которая при унсличении скорости принимает форму капли. Целесообразен самонадувной тент из пленки для груювых автомобилей (рис. 4.2). Установлено, что при скорости 80 км/ч половина горючего идет ни преодоление воздушного сопротивления. С применением пленки но только можно снизить сопротивление воздуха, но и при незначительных затратах на нее превратить грузовики в крытые машины, и которых лучше сохраняются грузы. Эластичные обтекатели можно использовать и в воде для улучшения обтекаемости громоздких барж, плавающих доков, создания самонаполняющихся плотин и т. д. Рис. 4.2. Применение парашютного обтекателя для грузового автомобиля. Воздухозаборник скоростного напора размещен над окнами кабины. О парашютных обтекателях автор докладывал на Всесоюзном семинаре по аэродинамике и теплообмену, организованном МВТУ им. Баумана, и предлагаемые варианты уменьшения сопротивления были признаны интересными и перспективными как в научном, гак и в практическом плане. Форма кузова веломобиля имеет решающее значение для снижения его аэродинамического сопротивления. Для рекордных веломобилей следует выбирать ламинизированные профили минимального сопротивления. Ламинизированные профили имеют максимальную величину миделя примерно в середине длины профиля. Это не всегда удобно для веломобиля, так как максимальный мидель должен быть впереди, где работают ноги. Для. веломобиля «Евро-Вектор» был выбран стандартный профиль NACA, видоизмененный в процессе проектирования с помощью ЭВМ. Модели и готовый веломобиль «Вектор» были тщательно исследованы в аэродинамической трубе. При проектировании важным моментом является установление соотношения длины веломобиля и характерного размера миделя. Рациональное отношение длины к поперечному размеру миделя составляет l/d= 3–4. Заметим, что пропорции тела человека близки к этому отношению, поэтому многоместные веломобили не имеют особых аэродинамических преимуществ. Зависимость коэффициента Сх от величины сечения и длины обтекаемого тела представлена на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Зависимость Сх от сечения и длины обтекаемого симметричного профиля [2] (? — угол между сектором скорости потока и осью профиля): 1 — квадратное сечение 56 х 56 мм, l = 400 мм; 2, 3, 4 — круговое сечение диаметром 64 мм и длиной 600, 400 и 300 мм. При отношении длины к поперечному размеру, равному 1:1, т. е. когда тело имеет форму шара, условия обтекания резко меняются из-за срыва воздушного потока в области, близкой к миделю. Зависимость изменения силы сопротивления такого объекта от скорости набегания воздушного потока показана на рис. 4.4. Рис. 4.4. Зависимость сил сопротивления Q от скорости v для шара диаметром 0,24 м [2] Веломобили движутся в таком интервале чисел Рейнольдса, в котором наблюдается резкое изменение значения коэффициента Сх (рис. 4.5). Принимая характерный размер — высоту аэродинамического кожуха L = 0,6 м, скорость v = 5–10 м/с, кинематическую вязкость воздуха 1,4 • 10-5 м2/с, получаем: Re= (2,144 – 4,28)105. Для веломобиля со сферическим корпусом возможен парадокс: двигаться против ветра будет легче, чем по ветру. Рис. 4.5. Зависимость С от критерия Рейнольдса Re для различных тел [2]: 1 — пластинки; 2 — эллипсоида, большая ось которого перпендикулярна к потоку; 3 — шара; 4 — шара с турбулизатором (проволочное кольцо, расположенное в передней части шара); 5 — эллипсоида, большая ось которого параллельна потоку Если для гоночных веломобилей колеса можно разместить в корпусе (это ограничивает угол поворота при рулении), то для дорожного веломобиля колеса, видимо, могут находиться снаружи корпуса. Заделка боковых поверхностей колес пленкой в первом и во втором случаях [2] снижает Сх с 0,9 до 0,3, однако при поперечном боковом ветре эффект может оказаться обратным. В дорожном веломобиле целесообразно ездить в положении, когда голова веломобилиста выступает из кожуха. Это улучшает обзор, вентиляцию и акустику. Продувки фюзеляжей с подобными открытыми кабинами показывают, что сопротивление при этом увеличивается на 30 %. Для безопасности при опрокидывании и для защиты от солнца целесообразно иметь над головой жесткий козырек, выполненный в виде крыши, которая может защитить лицо веломобилиста в дождливую погоду от падающих под углом капель дождя. Капли дождя падают со скоростью v= 4,6(d)-? м/с [35], где d — диаметр капли, мм. При скорости веломобиля 10 м/с угол падения капель по отношению к горизонту будет около 25°. В соответствии с этим и должен быть спроектирован козырек над головой водителя веломобиля.

Веломобиль относится к категории предметов, исключительно тесно вступающих в контакт с человеком. Этот контакт не ограничивается только использованием потребительских свойств предметов, как это имеет место при эксплуатации автомашины, самолета, мебели; этот контакт значительно полнее. Человек, сливаясь с машиной, становится как бы колесным кентавром. Только после этого веломобиль, впрочем как и велосипед, обретает все свойственные ему качества, столь ценимые людьми, стремящимися к физическому совершенствованию и поддержанию спортивной формы посредством совмещения полезной деятельности, отдыха и эмоциональной нагрузки. Мускульная энергия. Мышечная система человека, рассматриваемая как двигатель, имеет КПД от 10 до 30 %, в зависимости от групп работающих мышц, характера и уровня качества выполнения этого движения. Источник энергии — пища — расходуется человеком в среднем таким образом: Основной обмен веществ, кДж/сут …………………………5860–7100 Пищеварение, кДж/сут …………………………………………..580–710 Затраты на непроизводственную работу, кДж/сут……2090–2510 Затраты на производственную работу, кДж/8 час…… 10500 Таким образом, в среднем для поддержания жизнедеятельности в покое человек затрачивает мощность около 80 Вт, а в трудовой деятельности в течение продолжительного времени — до 360 Вт. Максимальные кратковременные уровни мощности — около 700 Вт (без учета КПД мышц). Полезная мощность, развиваемая мышцами, зависит от многих причин и в первую очередь от уровня качества исполнения движения, т. е. от степени отработки и рациональности приемов этого движения. Если для постоянной работы в течение рабочего дня можно рассчитывать полезную мощность, отдаваемую механизму, в 0,15 кВт, то в течение нескольких минут можно развить мощность 0,4 кВт, а за 10 с — до 1,5 кВт, правда, последний результат можно отнести к хорошо подготовленным спортсменам. Значительного повышения КПД мышц достигают тренировкой. Например, после двух недель тренировки на веломобиле можно почти в 2 раза увеличить объем выполняемой физической работы. Возраст человека оказывает сравнительно небольшое влияние на силу мышц. Так, с 20 до 60 лет она уменьшается в среднем на 25 %. Некоторые люди в 60-летнем возрасте имеют прекрасно сохранившееся здоровье и отлично работающую мышечную систему. Мощность, необходимая для выполнения требуемой работы, может быть оценена косвенным путем — методом измерения количества потребляемого кислорода. Эти измерения достаточно сложны, поэтому в простейшем варианте можно довольствоваться данными о пульсе, которые, однако, существенно зависят от параметров окружающей среды (температуры, влажности и т. д.) и психических факторов. Считается, что при нормальной производственной работе в течение смены частота пульса не должна превышать частоту пульса покоя больше чем на 40 ударов в минуту, а температура тела — на 1°С. Пульс до 120 ударов в минуту обычно соответствует легкой работе, 120 — средней, 180,— тяжелой, свыше 180 — очень тяжелой работе.

При полезной мощности в 0,2 кВт пульс ориентировочно равен 120, а при 0,5 кВт — 150 ударам в минуту. Эти данные получены путем контроля пульса при ходьбе по лестнице. Желательно, чтобы физическая работа педалирования на веломобиле была равномерной. Краткие перерывы в езде более желательны, чем длительные, но редкие. Во избежание усталости при длительной езде на веломобиле развиваемое усилие не должно превышать примерно 20 % от максимального. В веломобиле все эти условия легко выполнимы. Положение тела и приложение сил веломобилиста. Для достижения максимальной скорости и экономии энергии следует использовать такое положение тела веломобилиста, при котором можно получить наилучшие условия передачи усилий от ездока к ведущим колесам веломобиля. Практика использования рабочих движений, выполняемых различными конечностями, показала, что в короткие интервалы времени эффективны комбинированные движения, сочетающие различные их виды: например, движение педалирования и одновременное дополнительное движение наподобие академической гребли. Эффективность такой работы объясняется участием в ней почти всех групп мышц человеческого тела. Негативной стороной организации такого привода является сложная координация движений, практически недоступная подавляющему числу людей. Кроме того, одновременное вовлечение в работу такого количества мышц лишает организм необходимых фаз отдыха и приводит к его быстрому утомлению. Проведя первые эксперименты с использованием рабочих движений, подобных академической гребле, а также комбинации этого движения с педалированием ногами, конструкторы веломобилей, включая автора, пришли к единому мнению: наиболее простой вид приводного движения — педалирование ногами. Впрочем, история развития велосипеда уже не раз подтверждала правильность такого решения. Ну что же, история повторилась в очередной раз, но уже в другом направлении творческого поиска. Стандартные веломобили должны подходить 90 % населения со средними размерами тела. Может быть установлено (как и для велосипедов) два-три варианта размеров на компоновку системы привода и управления веломобилем. Для 5 % людей, имеющих уменьшенные размеры, и для 5 %, имеющих увеличенные размеры тела, могут выпускаться веломобили соответствующих размеров. Нужны также и подростковые экипажи. При проектировании важно использовать современные и точные антропометрические данные. На начальной стадии проектирования надо применять антропометрические таблицы и рисунки. Однако точное решение, важное, например, в спортивном веломобиле можно получить лишь натурным испытанием. Проблемы размеров и положения тела взаимосвязаны и их нужно решать совместно. Требования оптимальной позы для мускульных действий и для хорошей видимости обычно противоречивы. Веломобиль относят к объектам с весьма сложной и узкой пространственной структурой. Для решения задачи оптимального положения тела веломобилиста необходимы натурные испытания и подгонка.

Органы управления веломобилем. Все органы управления можно разделить на силовые, на которые действуют с изменяемой силой, и позиционные, связанные с изменением их положения. Имеются органы управления смешанного типа. Например, рычаг управления веломобилем, когда при изменении его положения сказывается возрастающее силовое воздействие на руку веломобилиста. Это позволяет лучше чувствовать машину на ходу. Для веломобиля применимы в основном только позиционный и смешанный типы органов управления. Можно выделить следующую иерархию приказов органов управления: нулевая контролирует расстояние (действие контролируемого механизма в веломобиле — частота вращения педалей); первая контролирует скорость (руль контролирует угловую скорость при повороте); вторая контролирует ускорение (действие тормоза). Для максимальной скорости и точности управления необходимо использовать доминирующую руку, другая рука обладает, как правило, приблизительно только 75 % силы и точности первой руки. Оси вращения органов контроля управления должны соответствовать положению и степени подвижности определенных суставов. Органы управления не должны препятствовать обзору водителя. Преимущество имеют органы управления, которые требуют сгибания суставов, а не разгибания. Для сохранения подвижности и работоспособности суставов необходимо предусмотреть использование перчаток и теплых ботинок в холодное время года. Сравнительная характеристика функциональных возможностей конечностей человека приведена в табл. 4.2. Таблица 4.2. Сравнительная характеристика функциональных возможностей конечностей человека [71] Конечность Сустав Развиваемая сила Достигаемая точность Рука Плечо Высокая НизкаяЛокоть Средняя Средняя Кисть, палец Низкая ВысокаяНога Колено Максимальная МинимальнаяГоленостопВысокая НизкаяНаправления движения органов управления должны совпадать с направлением движения веломобиля, реагирующего на сигнал управления. Например, ошибкой было бы выполнить руль поворота, который вместо вращения или наклона направо — налево двигался бы вперед — назад. Такой веломобиль был представлен автору. Управлять им было очень неудобно и сложно. В этом отношении удачным является руль автомобиля, используемый в веломобиле. Он обеспечивает точность управления и одновременно большие углы поворота. Однако его размеры и расположение не позволяют применять его на многих веломобилях из-за малого объема кабины и стесненности движений в области плечевого пояса и в локтевых суставах. Поэтому предпочтительной, особенно в гоночных веломобилях, является собственная система управления. Приборы контроля схожи с автомобильными, но они должы иметь меньшие размеры. Современные циферблатно-цифровые приборы на жидких кристаллах, установленные в кабине, явятся данью современному техническому прогрессу приборостроительной промышленности. Микроклиматические эффекты. Энергия, образующаяся в организме веломобилиста, расходуется на обеспечение его жизнедеятельности, выполнение производственной работы — педалирования и на тепловой обмен с окружающей средой, который примерно составляет: обмен конвекцией — 30,8 %; излучением — 41,3 %; выдыхаемым воздухом — 7,3 %; испарением пота — 20,6 %.

В любом случае температура человеческого тела не должна превышать 38 °С. Существенное влияние на температуру поверхности тела веломобилиста оказывает его одежда и микроклиматические условия в кабине веломобиля, определяемые температурой воздуха и стен кабины, скоростью движения воздуха в кабине, влажностью воздуха и его давлением. Д. Ван-Зейлен [50] предложил математически объединить эти факторы в формулу для определения так называемого показателя хорошего самочувствия С применительно к условиям, близким к нормальным: где tв — температура воздуха; to — средняя температура стен; р — давление водяных паров, мм рт. ст; v — скорость движения воздуха. Значения показателя С имеют следующий смысл: 1 — жарко; 2 — слишком тепло; 3 — тепло, но приятно; 4 — приятно; 5 — прохладно, но приятно; 6 — холодно; 7 — очень холодно. При температуре окружающего воздуха 12 °С и скорости его движения 4 м/с показатель С равен 7 баллам, что соответствует понятию “очень холодно”. При отсутствии движения воздуха в кабине С равно 5, т. е. “прохладно, но приятно”. В формуле не учитывается теплю, выделяемое веломобилистом при совершении работы. Известно, что при работе с тепловой мощностью 0,7 кВт и при температуре окружающего воздуха О °С человек чувствует себя вполне комфортабельно. Поэтому при интенсивной работе в веломобиле с закрытым кузовом можно ездить при температуре до О °С. При более низкой температуре необходима утепленная и не стесняющая движений одежда. Труднее обеспечить комфортабельные условия при высоких температурах окружающей среды. Тогда наиболее существенной становится теплоотдача с испарением пота. Здоровый мужчина может терять до 2 л пота в час. При температуре до 37 °С помогает обдув ветром, далее теплоотдача осуществляется почти исключительно за счет испарения влаги. В жару необходимо максимально увеличить поверхность тела, с которой может испаряться влага. При соответствующей конструкции сидения и крыши, защищающей веломобилиста от солнца, а также меньших энергозатратах на передвижение на открытом веломобиле ездить значительно прохладней; чем на велосипеде. Таким образом, веломобиль комфортабельнее велосипеда не только при низких температурах, дожде, но и при жаре. При умеренной и безветренной жаркой погоде обдув при езде на веломашине, несмотря на совершаемую работу, может сделать жару более приемлемой, чем на стоянке. Итак, для достижения комфортабельного теплового режима в веломобиле необходимы: 1) регулирование скорости движения воздуха в кабине; 2) защита водителя от холода и солнечного воздействия; 3) создание конструкции сидения, обеспечивающего доступ воздуха к телу, а при холоде обеспечение теплоизоляции рук и ног. Скорость движения воздуха в кабине можно регулировать отверстиями в передней и задней части кузова или превращением веломобиля в полуоткрытый или открытый вариант. Можно применять вентилятор.
Для защиты от солнца рекомендуется устанавливать светоотражающие поверхности. Покрытие внутренней поверхности легким слоем теплоизоляции может быть полезным не только в мороз, но и в жару, может также обеспечить звукопоглощающий эффект. Весьма актуальной и достаточно трудной проблемой является защита от запотевания стекол. Самое экономичное решение состоит в уменьшении поверхности стекол. Для сидений при теплом климате непригодно покрытие из искусственной кожи. Лучшее решение этого вопроса — использование пропускающего воздух сменного чехла из толстой и рыхлой ткани, обладающей большой влагопоглощающей способностью.

Веломобили обладают большими возможностями в выборе движений для обеспечения привода. Сначала стоит рассмотреть типы движений веломобилистов, применяемые в спорте. Самый близкий, «родственник» веломобиля — велосипед, достигший высокой степени совершенства. Французский специалист Ш. Феру в 1960 г. считал, что КПД цепной передачи велосипеда составляет 99 % и что велосипед — один из самых совершенных созданных человеком механизмов. Фиксация велотуфли на педали позволила применить круговой способ педалирования и тем самым способствовала повышению общего КПД системы человек — машина. Интересно отметить, что имеется более 10 способов педалирования на велосипеде: при равномерном его движении, на старте, при резком ускорении, езде в гору и прохождении сложных участков трассы. Скорости велосипедных гонок непрерывно растут не только за счет технического совершенствования велосипедов, но и за счет совершенствования биомеханики спортсменов [29], т. е. процесса выполнения приводного движения — педалирования. Динамика развития рекордных скоростей в отдельных видах гонок с использованием принципа педалирования ногами показана в табл. 4.3. Таблица 4.3. Рекорды в индивидуальной часовой гонке Конструкция велосипедаТип педалиВеличина рабочего хода ноги (%) по отношению к полному циклу ее движения Рекорд мира, кмРекордсмен, годСамокат ДрайзераШип на носке ботинка для отталкивания от земли20~12Не регистрировался, 1812Велосипед («паук»)Педаль дорожного типаНе более 40 25,508Дадсон, 1876, Англия Велосипед с цепным приводом на переднее колесоТо же4032,000Турнер, 1890, Германия Велосипед, близкий к современномуПедаль с зацепкамиОколо 5035,325Дегранж, 1893, Франция Педаль с туклипсом и ремнемДо 7038,220Дюбуа, 1894, ФранцияТо жеПедаль с туклипсом и ремнем, велотуфли с шипами10042,122 Эгг, 1912, ШвейцарияСовременный трековый велосипедТо же10049,431Мэркс, 1972, БельгияВеломобиль «Вектор»То же10059,44 (на автодроме)Эдварс, 1979, СШАПри круговом педалировании, экономном в энергетическом отношении, тангенциальное усилие меняется сравнительно мало и тем меньше, чем выше квалификация спортсмена [41]. Так, для мастеров спорта минимальное мгновенное тангенциальное усилие составляет 66 % от среднего, для 1-го юношеского разряда — только 40 %, при средних усилиях — соответственно 173 и 114 Н.

Любопытно отметить, что при низкой квалификации спортсмена на руле и сидении возникают дополнительные усилия, равные в среднем 20 % от тангенциального, что вызывает деформацию рамы велосипеда в каждом цикле пецалирования. При высокой квалификации спортсмена эти деформации существенно снижаются, что приводит к экономии напрасно рассеиваемой энергии веломобилиста. По аналогии с велосипедным спортом в веломобиле характер педалирования и квалификация веломобилиста являются определяющими при оценке и анализе потенциальных возможностей веломобиля. С ростом скорости его движения интенсивность работы организма спортсмена возрастает. Частота пульса отлично подготовленного велосипедиста при равномерной езде достигает 90–120 удар/мин, при рывках и финише 150–170 удар/мин (рис. 4.6). Рис. 4.6. Зависимость частоты сердечных сокращений велосипедиста от скорости движения В спринтерских гонках пульс возрастает до 170–190, а на финише доходит до 200–230 удар/мин. На треке в стайерских гонках частота педалирования составляет 110 мин-1, при ускорениях повышается до 140 мин-1, а при максимальных скоростях на финише доходит до 150 мин-1 [3]. Рассмотрим некоторые вопросы, связанные с анализом движения ног веломобилиста. По аналогии с велосипедом в крайнем переднем положении педали угол между голенью и бедром обычно составляет 165–170°. Бедро движется на треть своей возможной амплитуды, голень не более чем на половину, так же, как и голеностопный сустав. Интересно отметить, что несмотря на разницу в росте гонщиков, доходящую до 20 %, кривошипы имеют длину от 165 до 175 мм. В веломобиле амплитуда лиижения ноги может иметь несколько большую величину. Так, в веломобиле «Вектор» применены кривошипы длиной 180 мм. Чемпионы-велосипедисты в течение 10 с способны развивать мощность до 1,5 кВт, но через минуту они вынуждены снизить ее почти в 2 раза. Специальное приспособление показало, что мощность английского велосипедиста Б. Джоля в течение 5 мин составляла 0,48 кВт. При работе в течение двух часов этот гонщик смог развивать мощность только 0,37 кВт. Это объясняется тем, что развиваемую мощность человеческого организма при длительной работе ограничивает количество кислорода, поступающее в мышцы из крови. Человек способен потреблять кислорода не более 5,5 л/мин, а 1 л усвоенного кислорода соответствует примерно 0,075 кВт. Мгновенная мощность, как указывалось выше, может быть гораздо больше средней. Например, штангист, поднимая штангу массой 125 кг, развил в течение 0,3 с мощность 3 кВт. Как утверждалось в докладе Совета экспериментальной медицины (Англия), мужчины, отталкиваясь обеими ногами одновременно, в течение 0,1 с достигают мощности 5 кВт, женщины — 3 кВт, т. е. в 15 раз больше средней. Мощность, развиваемая веломобилистом при педалировании по аналогии с велосипедистом, зависит от величины прилагаемых к педалям усилий и частоты их вращения. На рис. 4.7 и рис. 4.8 представлены графические зависимости мощности спортсмена при педалировании и момента, развиваемого спортсменом на оси каретки велосипеда, от скорости вращения педалей.

Рис. 4.7. Мощность, развиваемая велосипедистам в зависимости от скорости вращения педалей [3]: 1, 3 — на треке; 2, 4 — на шоссе; сплошные линии — разгибательные мышцы, штриховые — сгибательные Рис. 4.8. Момент, развиваемый велосипедистом в зависимости от скорости вращения педалей [3] Обозначения те же, что и на рис. 4.3 Если мышцы человека рассматривать как двигатель для транспортного средства, их технические характеристики и потенциальные возможности действительно можно считать уникальными. Такого форсирования мощности механические двигатели, как правило, не достигают. Стартующий легкоатлет, например, на отрезке 20–30 м может обогнать автомобиль «Жигули». Небольшое расстояние и крутой подъем бегун преодолевает быстрее велосипедиста из-за лучшего сцепления с дорогой. Ускорение бегуна больше, чем велосипедиста, а велосипедиста, в свою очередь, больше, чем обычного автомобиля. Любопытно, что именно велосипедное движение выбрал для своего рекордного аппарата «Альбатрос», совершившего перелет через Ла-Манш в 1979 г., конструктор Мак-Криди [51]. В это время скорости обтекаемых низких веломобилей были уже значительно больше, чем у велосипедов. Однако конструктор принял позу велосипедиста, видимо, по причине удобства управления, обеспечения обзорности и равновесия. Его «Альбатрос» двигался на высоте 6— 9 м над поверхностью моря. При прекращении педалирования аппарат через 30 с упал бы в море. Для поддержания нормальной скорости 18 км/ч частота педалирования была в среднем 79 мин-1 и продолжалась около 2 ч 50 мин. Велопилот Б. Аллен готовился по специальной программе. Ежедневно на велосипеде он преодолевал 65 км по дороге с подъемами. Вторая половина дня отводилась работе на велоэргометре. В результате специальной диеты собственная масса Аллена снизилась на 12 кг и составила 61,5 кг при росте 186 см, а его физические возможности сохранились и даже улучшились. Каков ресурс биомеханического «двигателя»? В 1972 г. англичанин Бэгг проехал 120 104 км на велосипеде за 341 день. А еще ранее это расстояние было пройдено за 365 дней. Для общей информации расскажем о более впечатляющих фактах, связанных с велосипедом. В 1829 г. в Нью-Йорке была проведена первая шестидневная велосипедная парная гонка. Победители этой гонки пара Мюллер — Валлер прошли 3368 км. В современных парных шестидневных гонках количество пройденных километров достигает, как правило, 5000 км. За 240 тренировочных дней в году гонщик-велосипедист проходил около 30 тыс. км. Профессиональные гонщики тратят на соревнования и тренировки около 320 дней в году, а за один спортивный сезон только в гонках они проходят свыше 15–17 тыс. км. На сложнейшей дистанции велогонки «Тур де Франс» в 25-дневной гонке в 1962 г. Жан Анкетиль достиг средней скорости 37,3 км/ч [1]. Каковы же должны быть минимальные расходы мышечной энергии, избавляющие человека от заболевания гиподинамией? Одни специалисты считают, что для этого необходимо сделать 10–15 тыс. шагов ежедневно, другие рекомендуют 6–8 ч занятий физкультурой и спортом в неделю. Мышечные энергозатраты — трудовая деятельность и занятия физкультурой — должны составить 5000— 8400 кДж в сутки.

При малой загрузке на производственной работе затраты энергии на физкультурные занятия должны быть не менее 1700–2500 кДж в день. Такая энергия расходуется при беге со скоростью 13 км/ч в течение 30 мин или ходьбе со скоростью 5 км/ч в течение двух часов, или езде на велосипеде со скоростью 18 км/ч в течение одного часа. На экономичном в энергетическом отношении веломобиле для достижения этого результата необходимо проехать в течение часа по хорошей дороге со скоростью около 30 км/ч. По К. Куперу, создателю системы количественной оценки необходимой физической нагрузки, людям от 40 до 49 лет необходимо «проехать» на велотренажере со скоростью 24 км/ч пять раз в неделю по 48 мин. При этом пульс должен быть около 150 мин-1 [39]. На экономичном веломобиле такая нагрузка соответствует скорости около 40 км/ч. Тогда для получения минимальной нагрузки, необходимой для поддержания здоровья, надо проезжать пять раз в неделю по 32 км в день. Затраты энергии в ежедневных тренировках, необходимых для достижения хорошей спортивной формы, будут, очевидно, в несколько раз выше. Создание оптимальной биомеханики веломобиля может быть осуществлено экспериментально на специальном стенде, где можно измерять мощностные параметры гонщика, причем гонщику должна быть предоставлена возможность менять параметры позы, движения кинематических звеньев. Образующийся при этом мидель можно фиксировать и измерять фотоэлектрическим способом. Сейчас еще невозможно дать точных указаний по созданию оптимальной биомеханики веломобиля. Тем не менее уже ясны основные требования, предъявляемые к организации рациональных движений веломобилиста для привода веломобиля. Приведем основные из них. 1. Движения и поза человека должны вписываться в минимальный мидель для уменьшения аэродинамического сопротивления веломобиля. Исключение могут составлять веломобили-тренажеры или развлекательные экипажи. В некоторых случаях можно временно использовать движения, не отвечающие этому правилу: при езде в гору, по ветру, на малой скорости по городу (в открытом веломобиле с несколькими видами движений). 2. Не должно быть холостых ходов у работающих ног веломобилиста. Ноги к педалям должны крепиться так, чтобы использовались и сгибающие, и расгибающие мышцы. Если на велосипеде крепление ног требует высокой квалификации езды, в веломобиле это не представляет особых затруднений. 3. В случае использования для привода приемов академической гребли в веломобиле нерациональны перемещения больших масс корпуса веломобилиста. Движение академической гребли надо применять так, чтобы корпус веломобилиста оставался неподвижным, а двигались бы только опоры ног и рук. Тогда средний темп академической гребли (приблизительно 24 гребка в минуту) может быть существенно увеличен. 4. Движения должны быть сбалансированы таким образом, чтобы не вызывать больших реакций на сидение. Для комфортабельной езды сидение должно быть достаточно мягким, но не должно обладать большой податливостью.

Для спортивных веломобилей, например трековых, катящихся по гладкому покрытию, специально используют жесткое сиденье. 5. В движение должна вовлечена максимальная масса мышц, этo увеличивает мощность, сообщаемую приводу, гармонично развивая тело ездока, благоприятно воздействует на физиологические процессы в его организме. На короткой дистанции большая масса мышц позволяет достичь максимальной скорости, однако на длинных дистанциях это может дать отрицательный результат, так как фазы одыха мышц сокращаются и процессы восстановления ухудшаются. 6. Передаточное отношение должно легко изменяться. Мышцы развивают максимальную мощность только при определенной скорости работы. Интересным является, как отмечалось, предложение изменять передаточное отношение в течение одного оборота применением овальной ведущей звездочки. Это дает преимущества, по-видимому, при низком темпе педалирования и недостаточно высокой квалификации веломобилиста. 7. Траектория движения конечностей гонщика должна быть круговой или овальной, а не прямолинейной. Возврат должен осуществляться по другой траектории, отличной от рабочего хода. Это позволяет вовлечь в работу большее число мышц, движения при этом становятся более комфортабельными, естественными. 8. Поза веломобилиста должна способствовать оптимальной биомеханике. Например, согнутая поза велосипедиста препятствует нормальному протеканию физиологических процессов. Не оправдалась и поза, применяемая в веломобилях, лицом вниз, наиболее близкая в этом смысле к велосипедной. Такие позы мешают достигнуть максимальной длительной мощности, поэтому не получили практического применения. 9. Движение для привода веломобиля следует менять время от времени на другое. В одном веломобиле можно совмещать несколько движений, модифицируемых даже в течение одной поездки. Это помогает более гармонично развивать мышцы, делает длительную поездку более быстрой и разнообразной. 10. Управление веломобилем не должно мешать основному движению привода, в первую очередь с максимальными усилиями. Управляющие движения, по возможности, не должны совпадать по направлению с основными, иначе веломобиль будет вилять, как это происходит с велосипедом на старте.

Опыт показал, что двухколесные веломобили с обтекаемым корпусом неустойчивы при боковом ветре [25]. Не отличаются устойчивостью при поворотах и значительной скорости и трехколесные экипажи. Вместе с тем для веломобиля должна быть обеспечена достаточная устойчивость в любых условиях.
Статическая устойчивость. Веломобиль не должен терять статического равновесия на дороге с поперечным и продольным уклонами.
Поперечная устойчивость четырехколесного веломобиля, определяемая условием скольжения, но не переворачивания, будет выдержана в том случае, если будет вы-
полнено условие поперечного статического равновесия [57]:
ф <b/(2h),
где ф — коэффициент сцепления; b — ширина колеи; h — высота положения центра масс от земли.
Если принять, что ширина веломобиля не должна превышать 1 м, ширина колеи b=0,9 м, ф= 0,9, h = 0,5 м, условие устойчивости будет выдержано (заметим, что высота центра масс вряд ли может быть ниже 0,5 м).
Рассмотрим случай трехколесного веломобиля с равномерно нагруженными колесами; при этом h<b/(Зф). Для веломобиля «Вектор» это условие было бы выдержано при h < 0,215 м, а для В–8 — h < 0,28 м, что нереально.
Чтобы выдержать условие статической поперечной устойчивости при реальном значении А=0,5 м для трехколесного веломобиля с размерами веломобиля «Вектор», ширина колеи должна быть около 1,7 м, что надо считать нерациональным.
Веломобиль «Вектор» опрокинется при угле поперечного наклона дороги, равном
tg? = b/(3h)=0,4, тогда ?~22°, что является удовлетворительным для спортивного экипажа.
Как известно, для легковых автомобилей (?=45-60°, для трехколесных тракторов ?=30-35°.
Продольная статическая устойчивость при продольном уклоне дороги будет выдержана в том случае, если: l1/h>ф и l2/h>ф, где l1 — расстояние от центра масс до оси передних колес; l2 — то же для оси задних колес.
Как правило, выполнение этого условия не представляет затруднений.
Для трехколесной схемы опасным является случай одновременного поперечного и продольного наклона дороги. Учитывая, что веломобиль — машина, предназначенная для хороших дорог, условие статического равновесия спортивных веломобилей обычно не выдерживается.
Динамическая устойчивость. Четырехколесный экипаж может опрокинуться при повороте на горизонтальной дороге, если его скорость превышает Voпp, равную:
 где g — ускорение свободного падения; r — радиус кривой поворота; b — ширина колеи; h — высота положения центра масс от земли.
Если b = 0,9 м, h = 0,5 м и r=30 м, то Voпp=58,5 км/ч.
Для безопасности езды требуется, чтобы экипаж, прежде чем опрокинуться, скользил по поверхности дороги.

Тогда условие устойчивости может быть определено, так же как в статике: ф<b/(2h).
Скорость, при которой начинается скольжение, Vmax определяется условием  . При рассмотренных условиях (r = 30 м, ф=0,9) Vmax=58,5 км/ч.
Как отмечалось ранее, трехколесная схема практически не может удовлетворить условию поперечной статической устойчивости. Трехколесный веломобиль может опрокидываться без предварительного скольжения. Так, «Вектор» опрокинется, если, например, r=30 м, уже при V=27 км/ч. При минимальном для него радиусе поворота (r = 11 м) на горизонтальной дороге опрокидывание произойдет при скорости 16,5 км/ч. Трехколесная схема для пассажирских экипажей из соображений безопасности не рекомендуется. Например, трехколесный педикар не обладает достаточной устойчивостью (рис.  4.9). Однако трехколесная схема проще, легче и совершеннее энергетически, чем четырехколесная. Поэтому ее можно использовать со вспомогательными колесиками, приподнятыми над землей. В начале опрокидывания колесики достигают поверхности дороги, и веломобиль по своей устойчивости становится аналогичным четырехколесному (прим. составителя: в этом случае в настоящее время чаще используется двухколесная схема или трехколесная схема со всеми наклоняемыми колесами). Эта схема обеспечения подобна применяемой в авиации так называемой велосипедной схеме расположения колес. Основную массу самолета воспринимают два колеса или две группы колес, расположенных под фюзеляжем, а боковые колеса на крыльях лишь поддерживают равновесие на стоянке и при разгоне. В веломобиле такая схема позволяет применять лишь два основных пневматических колеса. Боковые колеса, поддерживающие равновесие, нагружаются мало и не создают ощутимого дополнительного трения. Это позволяет выполнить их очень компактными и простыми в конструктивном отношении. Поперечные нагрузки, воспринимаемые этими вспомогательными колесами, для них не опасны.
 
Рис.  4.9. Трехколесный педикар, не обладающий достаточной для практики устойчивостью
Как известно, велосипед не обладает достаточной продольной динамической устойчивостью. При резком торможении переднего колеса велосипедист может опрокинуться через голову. Веломобиль в отличие от велосипеда будет только скользить, так как здесь обычно выдерживается условие:
l1/h>ф
В заключение разберем, какой должна быть ширина колеи. По экономическим соображениям ширина колеи веломобиля должна быть минимальной. Велосипед, например, имеет ширину 0,6 м, кроме того, с каждой стороны требуется просвет по 0,2 м для поддержания равновесия. В крайнем случае, велосипедисту достаточно метровой полосы. Чтобы вписаться веломобилю в этот размер, его ширина не должна быть больше 0,6—0,8 м, но в этом случае при резком повороте он может опрокинуться без скольжения. При хороших, защищенных от ветра дорогах и соответствующих мерах безопасности, можно мириться с неполной динамической устойчивостью движущегося веломобиля.

Динамическую устойчивость можно значительно увеличить, если при повороте корпус веломобиля отклоняется в сторону поворота (рис. 4.10). Это можно осуществить, если управление веломобилем связано определенным механизмом с наклоном корпуса. Рис. 4.10. Увеличение устойчивости трехколесного автомобиля Проще всего это сделать, если положением веломобиля управлять наклоном в ту или иную сторону спинки сидения или корпуса водителя. В принципе возможны и сервосистемы, наклоняющие корпус веломобиля не только при поворотах, но и при воздействии статических сил. Однако при этом не должна усложняться конструкция, а это уже серьезная изобретательская и конструкторская задача. Боковой ветер, как известно, ощутимо влияет на устойчивость автомобилей. Естественно, он оказывает воздействие и на легкие веломобили. С ним можно успешно бороться, имея низкий округлый корпус с небольшой площадью профиля и оптимально расположенным центром давления бокового ветра. Заметим, что скорость ветра у земли значительно меньше. Ее целесообразно еще уменьшить на велодорожках кустарниками, кавальерами — земляными насыпями.

Веломобиль в процессе своего основного продольного движения выполняет дополнительные сложные движения, вызванные внешними воздействиями — неровностями дороги, порывами встречного и бокового ветра, наездом на препятствие и т. п. Относительно осей системы координат хуz, движущейся вместе с веломобилем, последний совершает колебательные движения, имеющие в автомобильной практике названия: по продольной оси х — подергивание; по поперечной оси у — шатание; по вертикальной оси z — подпрыгивание; происходят также вращательные колебания вокруг оси х — покачивание; вокруг оси у — галопирование; вокруг оси z — рыскание. Как показывает практика, наиболее значительные из них — подпрыгивание и галопирование: другие колебания по хорошей дороге имеют значительно меньшее влияние. При скорости до 30 км/ч, давлении в камерах до 0,3 МПа, хорошей дороге, полусидячем положении веломобилиста колебания субъективно ощущаются незначительно и не ухудшают комфортабельности езды. При больших скоростях движения, более высоких давлениях воздуха в шинах и неважном состоянии дороги комфортабельность резко уменьшается. Ранее на велосипедах применялись системы амортизации, способствующие уменьшению колебаний тела спортсмена; затем с улучшением качества дорог от этих систем отказались во имя упрощения конструкции велосипеда. Кроме того, выработанные приемы езды на велосипедах с переносом части массы тела с одной ноги на другую, а также свойство человеческого тела гасить колебательные процессы — все вместе обеспечивают достаточно комфортабельную езду на велосипеде. На веломобиле применять перечисленные велосипедные приемы езды трудно, поэтому введение системы амортизации представляет интерес, хотя осуществить это техническое решение непросто. Причины колебаний веломобиля можно разделить на внешние и внутренние. К внешним относят неровности дороги и ветер переменной силы. Внутренние причины — эксцентриситет колес, движения человека, изменяющие положение центра масс. На комфортабельность езды самое большое влияние оказывают неровности дороги и эксцентриситет колес. При небольшой базе последний может вызвать интенсивное галопирование уже при средней скорости, когда совпадают или кратны собственная и вынужденная частоты колебаний. Автомобильная практика допускает радиальное биение колес не более 5 мм, у веломобилей оно должно быть значительно меньше. Влияние дороги на колебания зависит от изменения микропрофиля и одиночных неровностей, вызывающих удары. Как известно, для асфальтобетонной дороги среднеквадратическая высота неровностей продольного профиля не должна превышать 10 мм. Наиболее же неприятные ощущения в виде ударов вызывают отдельныенеровности больших размеров. Из автомобильной практики известно, что при этом вертикальное ускорение допустимо до 2,8–3,0 g. Такое ускорение на практике можно получить в результате прыжка при приземлении на ноги с высоты 0,45 м. При периодических колебаниях допускаются ускорения 2–2,5 м/с2, а в отдельных случаях до 4 м/с2 [57]. Вибрации — высокочастотные колебания с малой амплитудой — весьма нежелательны в веломобиле. Причиной вибрации может быть очень жесткое крепление кузова к раме, биение колес.

Вибрации по амплитуде и степени воздействия на человека можно разделить на несколько зон [50] (см. табл. 4.4). Колебания, вызванные неровностями дорожного покрытия, находятся в интервале от 0 до 2-й условной зоны. При ударных воздействиях, вызванных выбоинами дороги, ускорения соответствуют 3–4-й зонам. Таблица 4.4. Степени воздействия вибрации на человека Максимальное ускорение в единицах g Условные зоны вибрации Характер воздействия на организм человека Ниже 10-3 0Неощутимый10-3 10-21Слабо ощутимый 10-2 10-12Вполне ощутимый 10-1 13Слабые неприятные ощущения 1-10 4 Весьма неприятные ощущения свыше 105Опасное воздействиеПри ходьбе центр массы человека испытывает колебания с частотой 1–2 Гц и амплитудой 5— 10 мм при собственной частоте колебаний человеческого тела около 6 Гц. В веломобиле частота движений при педалировании составляет 1–2 Гц. Отсюда видно, что сочетание низкой собственной частоты подвески веломобиля и частоты педалирования может вызвать нежелательный резонанс. Таким образом, мягкую подвеску можно применить только при езде с медленным педалированием. При выезде на хорошую дорогу и увеличении частоты педалирования мягкую подвеску можно отключать. Человек по-разному воспринимает колебания: это зависит от того, в каком положении находится его тело. При беге, ходьбе наибольшие ускорения получают нижние части тела. Ноги, корпус, шея являются естественными амортизаторами. Верхние части тела получают значительно меньшие ускорения. Таким образом, сидящий человек будет лучше защищен от вертикальных колебаний, чем полулежащий. Это надо учитывать при конструировании системы амортизации. Изолировать от колебаний больше всего нужно верхнюю часть тела, особенно голову. Ноги менее чувствительны к колебаниям, поэтому снабжать амортизацией передние колеса веломобиля не имеет особого смысла. В отличие от автомобиля веломобиль имеет небольшую массу по сравнению с человеком. В автомобиле отношение подрессоренной массы (кузов) к неподрессоренной (передний и задний мосты) составляет 4–5. Если на веломобиле подрессоривать лишь кресло с человеком, а корпус крепить прямо к ходовой части, можно добиться отношения, близкого к указанному. Вообще же на колебания веломобиля большое влияние будут оказывать параметры человека как биодинамической системы, обладающей способностью гасить колебания. Специальные гасители колебаний могут не понадобиться. В заключение можно отметить, что для спортивного веломобиля, используемого на хорошей дороге, система амортизации вряд ли необходима. Она может не требоваться также для веломобиля с сидячим положением человека и для веломобиля, имеющего большую базу. Применение системы амортизации затрудняется необходимостью иметь жесткую опору сидения для обеспечения педалирования. Все изложенное делает создание системы амортизации и комфортабельного сидения нелегкой, но достаточно актуальной задачей. Заманчиво иметь комфортабельную машину и для дорог не самого высокого качества

Здесь же нужно упомянуть об акустических колебаниях в веломобиле. Они вызываются внешними причинами: неровностями дороги и ударами колес о препятствия; несовершенством исполнительных механизмов и устройств: трансмиссии (скрипы и визг), тормозов (писк), закрытой кабины (гул, дребезжание) и т. д. Закрытый и хорошо отрегулированный веломобиль с точки зрения стороннего наблюдателя движется бесшумно. Однако внутри кабины шум иногда может достигать раздражающего уровня. Справедливо требовать в кабине тишины, подобной при езде на велосипеде. Шум значителен из-за резонансного действия корпуса. Если отодвигается задняя верхняя часть корпуса и образуется щель шириной 10–20 см, шум резко ослабевает. Конечно, внутреннюю поверхность веломобиля можно покрыть шумопоглощающим материалом. Однако более удачным решением будет такая компоновка, при которой голова находится над кузовом в открытом пространстве. Это одновременно обеспечит хороший обзор, вентиляцию и более эмоциональную езду.

Дизайн стал существенной частью любого изделия. Неоспорима также роль дизайна для транспортных средств, которые видят множество людей. Большинство вещей, окружающих нас, составлены из прямоугольных плоскостей, которые часто легче конструировать. Слегка криволинейные формы, близкие к плоским, распространены также в дизайне, автомобилей. Однако в природе плоских прямоугольников мало. Принцип строжайшей экономии предпочитает криволинейные, сложные для описания, но на самом деле более простые, чем угловатые, формы. Формы веломобилей определяются эргономикой, аэродинамикой, прочностью и жесткостью при минимальной массе. Все это обусловливает не плоские, пря- моугольные, а криволинейные формы во всех сечениях. Надо отметить, что при массовом производстве такие формы могут быть даже более простыми в изготовлении. В то же время только такие формы могут обеспечить высокое качество веломобиля, который должен быть максимально обтекаемым и простым, без острых переходов и выступающих деталей. Аналогичные требования предъявляются и к внутренней отделке, определяемой эргономикой. Дизайн веломобиля, пожалуй, более близок к авиационному, чем к автомобильному. Как показывает практика, такой дизайн на улице или дороге благоприятно оценивается всеми наблюдателями. И в новейших легковых автомобилях все более начинают преобладать конструкторские решения, близкие к авиационным. Стоит обсудить возможность применения прозрачных поверхностей, часто используемых в транспортных машинах. К сожалению, современные стекла очень тяжелы, а пластмасса легко царапается. Большие остекленные поверхности на солнце могут способствовать значительному перегреву внутри кабины. Сегодня можно создавать легкие криволинейные прозрачные поверхности доступными технологичными способами (например, в виде пневматической конструкции из специальной пленки), но это вряд ли необходимо. Скорее наоборот, желательно скрыть водителя, с тем чтобы езда в кабине веломобиля не требовала специального костюма. Таким образом, большие прозрачные поверхности должны уступить место непрозрачной армированной пластмассе или другим более практичным материалам. Цветовое решение веломобиля должно быть очень ярким и броским, как это принято в спортивной технике. При своих небольших размерах и большой скорости веломобиль должен быть заметным для всех. Желательно использование люминесцентных красок. Яркий цвет для быстродвижущегося транспорта подходит по своему функциональному назначению и поэтому он желателен и красив. При теплом климате поверхность веломобиля должна отражать солнечные лучи во избежание перегрева. Предпочтительные цвета веломобиля: ярко-оранжевый, ярко-желтый, ярко-красный. Желательны контрастные решения, облегчаемые тем, что верхнюю часть корпуса целесообразно выполнить съемной. Эффектно смотрятся элементы кинетического дизайна, например спицы или дисковые поверхности колеса, мелькающие при вращении, развевающиеся флажки, стремительные полосы и надписи на корпусе.

Для лучшей видимости веломобиля применяют специально ярко окрашенные поверхности или световые сигналы, поднятые над экипажем. Дизайн веломобиля — чрезвычайно сложное дело, поэтому необходима многоэтапная работа: схема, рисунок (рис. 4.11 и 4.12), уменьшенные модели. Окончательное решение может быть принято только на основании анализа полномасштабной модели с натурной эргономикой, испытанием обзорности из кабины, посадки и высадки, которые должны быть не сложнее, чем в автомобиле, и т.д. Окончательное решение будет достоверным лишь после практических испытаний. Дизайнерские решения могут быть весьма эффективными. Такие веломобили кроме практической пользы обладают большим эмоциональным воздействием на окружающих завершенностью своих форм и привлекательной окраской. Рис. 4.11. Дизайнерские предложения веломобилей, выполненные Т. Хлибовичем Рис. 4.12. Дизайнерские варианты педикара и «Виты» (худ. Ю. Апанасович) В дизайне веломобиля прежде всего необходимо обеспечить максимально комфортабельное обитание водителя с учетом, разумеется, возможностей его достижения в ограниченных объемах кузова. Следующий аспект задачи — аэродинамика кузова, умело сочетаемая с обеспечением комфортабельности обитания. Отдельные конструктивные детали, такие, как аэродинамический прозрачный козырек, окна обзора, зеркало заднего вида, легкосъемный тент над кабиной водителя и другие подобные элементы, удачно дополняют дизайнерское решение. Яркая цветовая гамма и броское сочетание тонов и полутонов, стремительные полосы, подчеркивающие направленность движения и, наконец, цветовое решение, подчеркивающее устойчивость всей системы путем перехода от темных тонов у основания кузова к светлым у его верхней части, являются неотъемлемым атрибутом дизайнерского оформления веломобиля. Важным аспектом дизайнерского решения является обеспечение технологичности конструкции, возможности обязательного условия применения новых легких и прочных, материалов, современных методов изготовления и соединения деталей конструкций. Экономическая целесообразность должна пронизывать каждый этап создания новой модели веломобиля. Дизайн веломобиля привлекает кажущейся на первый взгляд простотой. Известны курсовые и дипломные проекты студентов-дизайнеров по разработке конструктивных и дизайнерских решений веломобиля. К сожалению, не все решения тут рациональны, что можно объяснить сложностью темы, отсутстрием личного опыта проектирования и эксплуатации веломобиля.

В различных областях науки и техники обычны выводы, позволяющие вложить огромную информацию в лаконичную, математическую форму. Ле Корбюзье предложил систему пропорций помещений жилых зданий, названную им модулором. Интересна работа [34], в которой найдены математические закономерности кинематики биологических объектов и установлена их тесная связь с пропорциями человеческого тела, нашедшего отражение в произведениях классического искусства. Установлены некоторые одинаковые пропорциональные зависимости размеров конечностей многих млекопитающих. Формообразование современных автомобилей подчинено единым законам их организации, и, как утверждает инженер Л. Шугуров, недалеко то время, когда автомобили по своим показателям будут жестко регламентированы, подобно верхней одежде или мебели. Весьма компактный кузов: веломобиля также подчинен определенным закономерностям, которые пока еще не установлены, но их поиском занимаются конструкторы. Нужно признать, что простая каплеобразная форма веломобиля «Вектор» или В-8 не вполне обладает требуемой выразительностью и завершенностью форм. В дизайн веломобиля могли бы внести вклад скульпторы, отлично владеющие объемными пропорциями тела человека. Заметим, что в современной скульптуре ради основной идеи часто отказываются от проработки многих деталей, получая выразительные «обтекаемые формы». Возможно, что этот стиль поможет в решении сложной задачи: какими же внешними формами должен обладать веломобиль

ВЕЛОМОБИЛЬ В-1 ДВУХМЕСТНЫЙ В-2 ТРИЦИКЛ В-3 ДВУХКОЛЕСНЫЙ ЭКИПАЖ В-4 ВЕЛОМОБИЛЬ В-5 ВЕЛОМОБИЛЬ В-6 С АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАБИНОЙ РЕЛЬСОВЫЙ ЭКИПАЖ В-7 СПОРТИВНЫЙ ВЕЛОМОБИЛЬ В-8 ВЕЛОКАРТ В-9 ВЕЛОМОБИЛИ В-10, В-11, В-12 Можно определенно заявить, что чисто теоретическая разработка веломобиля, имеющего теснейший контакт со столь сложным объектом, как человек, сегодня пока невозможна. Более того, в начальных стадиях обязательно должно преобладать экспериментальное и практическое изучение вопроса. C 1975 по 1985 гг. в Вильнюсском инженерно-строительном институте с помощью ряда организаций было создано 12 различных типов экспериментальных веломобилей от модели В-1 до модели В-12. Цель создания этих машин — приобретение конструкторского опыта, экспериментальное и практическое исследования, а также создание новых оригинальных конструкций веломобилей.

В 1975 г., кроме педикара Н. Бундшуха и веломобиля «Вита» В. Стебченко, другие веломобили были нам неизвестны. Расчеты показывали, что достигнутые ими скорости можно резко повысить. Основное направление, выбранное нами,— улучшение энергетических характеристик экипажей. В 1975 г. было решено изготовить исследовательский дорожный стенд (Рис. 5.1). Исследовав несколько различных движений, мы сели в академическую лодку. В гребле участвует все тело: мышцы ног, рук, спины и брюшного пресса. После гребли самочувствие превосходное. Физиологически это особенно удачное движение. Кто хоть раз греб в академической лодке, тот поймет, почему это движение применили для веломобиля. Только эксперимент мог подтвердить, можно ли управлять веломобилем, как академической лодкой. Стенд сокращенно назвали В-1 — первый веломобиль. Рис. 5.1. Веломобиль В-1 Кинематика В-1 очень проста, не сложнее велосипеда. Водитель сидит на легком фанерном сиденье гребца, которое передвигается на колесиках на 0,6 м вперед и назад. Водитель держит в обеих руках рукоятки, похожие на рукоятку весла.Прикрепленный к ним трос передает движение двум барабанам с муфтами свободного хода. Внешний диаметр барабанов, на которые наматывается трос, 0,17 и 0,20 м. Меньший барабан предназначен для максимальной скорости, больший — для прогулочной. Капроновые шнуры с пружинами растяжения возвращают барабаны обратно. Пружины растяжения пробовали заменить более компактными пружинами часового типа, но безуспешно: они ломались при выполнении движения задним ходом. Чтобы пружины растяжения своевременно возвращали барабаны в исходное положение, развиваемая сила должна достигать не менее 30—50 Н. Для уменьшения длины пружин используется одинарный блок. Для передачи крутящего момента одна трещотка была заимствована от спортивного велосипеда, другая — была изготовлена так, чтобы обеспечить передачу крутящего момента при обратном движении. Ход рукоятки — «весла» составляет 1,2 м. Как и в лодке, правая педаль вращается вокруг оси, перпендикулярной к ее плоскости. Движение с помощью тросов передается на заднее управляемое колесо. При повороте педали на весь угол (около 90°) колесо поворачивается на угол, который соответствует длине дуги по ободу, равной 0,02 м. Такой маневренности достаточно при движении по шоссе, однако более крутые повороты в городе делать трудно. При меньшей передаче механизма руля прямолинейное движение затруднено; кроме того, при резком повороте можно перевернуться, так как центр массы находится довольно далеко от двух передних колес. Уже после первых испытаний удивила легкость хода веломобиля. Мировые достижения скорости «предшественниц» веломобиля — академических лодок (около 20 км/ч) — сразу были легко превзойдены. Хотя веломобиль довольно тяжелый (28 кг), скорость его на старте сразу резко увеличивается.

Положение тела намного удобнее, чем при езде на велосипеде, ехать приятнее. Так как передачи скорости не переключаются, при подъеме дороги «гребля» становится медленнее, выполняемые движения напоминают изометрические упражнения. На этом аппарате пройдено около 1000 км по городу и за городом, во все времена года. При езде работают мышцы всего тела. При температуре воздуха —5 °С достаточно надеть свитер. При длительном спуске с горы мерзнут пальцы ног и лицо. После преодоления 20—30 км самочувствие очень хорошее. Всю неделю не покидает приятное ощущение в мышцах спины, ног и рук. Все размеры системы привода веломобиля, с которыми непосредственно связан водитель, аналогичны размерам весельного привода академической лодки. Гребцы, мастера спорта, испытавшие В-1, остались довольны. По их Мнению, на веломобиле можно тренироваться круглый год, при наличии малозагруженной асфальтированной трассы. Веломобиль В-1 доказал, какие большие у него возможности. Вместе с тем выявились недостатки первого аппарата: большая масса, габаритные размеры, недостаточная маневренность, а главное — низкие аэродинамические свойства. Максимальная скорость, установленная при первых испытаниях, без тренировок, была 40 км/ч (скорость веломобиля измерялась с ходу на расстоянии 100 м). Гребцы академических гонок превысили скорость нетренированных людей почти на 10 %. Нужно полагать, что без кожуха максимальная скорость была бы около 50 км/ч, т. е. меньше, чем спортивного велосипеда. Причины столь небольшой скорости — значительный мидель, плохая обтекаемость. Не используются все потенциальные возможности движения академической гребли. В веломобиле В-1 обратное движение мало эффективно. В подобных веломобилях сидение целесообразно делать неподвижным. Руки и ноги должны приводить в движение разные передачи, причем для каждой фазы движения мгновенное передаточное отношение должно меняться. Это легко достигается в том случае, если применить два некруглых барабана, спрофилированных с учетом характера работы мышц в различных фазах. Эти зависимости могут определяться измерением силы мышц в различных фазах движения. Тогда можно значительно увеличить КПД передачи. Веломобиль В-1 с движением академической гребли показал себя интересным транспортным средством, равномерно нагружающим основные мышцы тела. Большинство городских жителей довольно много ходят, но мышцы верхней части их тела имеют малую нагрузку. Прокатавшись на В-1, через день-другой опять хочется сесть за его «весла».

Было решено создать двухместный веломобиль, одновременно получая возможность исследовать особенности многоместных веломобилей с приводом приемами академической гребли. Много внимания было уделено уменьшению их габаритных размеров и массы. Почти не увеличивая размеров В-1, в новый веломобиль удалось удобно поместить двух человек (Рис. 5.2 и 5.3). Для уменьшения миделя опоры для ног были подняты до уровня сидения. Эти опоры второго ездока раздвинуты — между ними в крайнем положении помещается первый ездок. Длина веломобиля невелика, но несколько увеличилась ширина. Рис. 5.2. Веломобиль В-2 с движением академической гребли (1976 г.) Puc. 5.3. Устройство веломобиля В-2: 1 — ведущие колеса; 2 — муфта обгонная; 3 — руль ножной; 4 — рулевая тяга с ручным рулем; 5 — тормоз; 6 — возвратная пружина; 7 — ручка привода; 8 — сидение; 9 — ножной упор; 10 — салазки сидения; 11 — рама; 12 — сидение; 13 — задние управляемые колеса; 14 — подшипник поворота оси; 15 — спинка Центр тяжести машины на четырех колесах удалось расположить очень низко, она весьма стабильна. С помощью жесткой тяги осуществляется поворот общей оси задних колес. Длина тяги меняется с помощью ручной гайки. Таким образом, веломобиль можно развернуть на больший угол, чем только одним ножным управлением. Веломобилем с помощью педали управляют при езде на большой скорости, без резких поворотов. При более медленной езде большие повороты можно преодолевать с помощью ручного руля. Хотя управление имеет двойной принцип, конструкция его очень проста. Ручка тормоза вмонтирована в переднюю часть веломобиля. Тормозятся только передние колеса, тормоза — от спортивного велосипеда. Все колеса вращаются на консольно закрепленных осях диаметром 15 мм. Колеса собраны на шариковых подшипниках. Ездить на В-2 легче, чем на одноместном. Второй ездок, которому не нужно управлять движением, все свое внимание может уделять только приводу. В отличие от предыдущей модели, в веломобиле В-2 пятки находятся на уровне сидений, поэтому мышцы брюшного пресса и спины могут быть использованы более эффективно. Известно, что, разогнавшись до 40 км/ч в положении спортсменов лежа, В-2 проезжает по ровной дороге по инерции около 500 м, т. е. почти в 2 раза больше, чем гоночный велосипед со спортсменом в спортивной посадке. На двухместном В-2 легко ехать против ветра. Как средство для отдыха или спорта двухместный веломобиль быстроходнее и интереснее. Неопытная команда, впервые садясь в этот веломобиль, достигает скорости около 42 км/ч. После тренировок скорость может увеличиться до 55 км/ч. Насколько известно, В-2 явился первым двухместным веломобилем с движением приемами академической гребли.

После испытания двух веломобилей с движением приемами академической гребли было решено создать более аэродинамичный и быстроходный веломобиль (Рис. 5.4 и 5.5). Нужно было уменьшить мидель, габаритные размеры, массу. Выбор пал на движение ног вперед-назад. При этом учитывалось, что в положении полулежа развивается достаточно большая мощность, а мидель веломобиля становится минимальным (Рис. 5.4). Рис. 5.4. Веломобиль В-3 (1977 г.) Рис. 5.5. Устройство веломобиля В-3: 1 — опора головы; 2 — спинка; 3 — обгонная муфта; 4 — колесо ведущее заднее; 5 — сидение; 6 — тяги: 7 — тормоз; 8 — руль; 9 — тяга тормоза; 10—тяга руля; 11 — пружина возвратная; 12 — рама; 13 — шатун с педалью (в крайнем нижнем положении); 14 — рычаг руля; 15 — управляемое переднее колесо Значительное внимание было уделено усовершенствованию системы привода и число передач увеличили до 20. В передней части веломобиля немного ниже сидения были вмонтированы два рычага с педалями привода. К ним прикреплен трос. В рычагах имеется 20 углублений. При такой конструкции можно выбирать расстояние от оси рычага до места зацепления троса и таким образом менять передачу. Другие части привода аналогичны предыдущим моделям В-1 и В-2. При движении педали можно нажимать по одной независимо друг от друга, но такое движение менее удобно, чем выпрямление обеих ног одновременно. Полулежа в таком положении удобно и ехать, и управлять. Голова упирается в мягкий, пружинящий упор. Сидение выполнено без упора для плеч, поэтому создаваемую силу нужно частично компенсировать удержанием тела руками. Это неудобно, особенно, при максимальной мощности. Попытки применить плечевые ремни не дали положительных результатов, так как они не обеспечивали необходимой жесткости. В веломобиле В-3 применен руль, вращаемый кистью. Он был вмонтирован рядом с водителем справа. При повороте небольшой грибообразной ручки тяга, вкручиваясь в гайку, поворачивает переднее управляемое колесо малого диаметра. Оно мало загружено, так как центр масс был расположен ближе к задним колесам.

Рама веломобиля В-3 в форме замкнутого пятиугольника изготовлена из стальных полых трубок четырехгранного профиля (25 X X 28); толщина стенки трубки 1 мм. Ноги, а их сила доходит до 3000 Н, только растягивают продольные трубки. Крутящие моменты на раме невелики. Массу веломобиля удалось уменьшить до 17 кг, но, вне всякого сомнения, она могла бы быть еще меньше. Длина В-3 только немного больше роста человека, по маневренности и компактности веломобиль почти соответствует велосипеду. Наряду с явными преимуществами, нужно отметить и некоторые недостатки веломобиля: так как ноги двигаются по одинаковой траектории вперед и обратно, то работают не все мышцы ног, движение однообразно, слишком высоко приподняты ступни. Привод из тросов, несмотря на свою простоту, недостаточно совершенен. После испытаний выяснилось, что веломобиль на ходу устойчив, но если тормоза отрегулированы неодинаково, веломобиль, при торможении может скользить в сторону, малонагруженное переднее управляемое колесо при резких поворотах не обеспечивает надежного сцепления с дорогой, тросы вытягиваются и не обеспечивают необходимой жесткости системы привода.

На велосипеде А. Аббота, на котором была достигнута скорость 80 км/ч, гонщик располагался лицом вниз и был закрыт аэродинамическим кожухом. Подобное положение водителя приняли и в нашей четвертой машине В-4 (Рис. 5.6). Фактически это спортивный велосипед с положением велосипедиста лицом вниз. Рис. 5.6. Двухколесный экипаж В-4 (1978 г): 1 — переднее управляемое колесо; 2 — тормоз; 3 — руль; 4 — упор для плеч; 5 — ложе; 6 — труба рамы; 7 — колесо ведущее; 8 — механизм переключения передач; 9 — звездочка; 10 — педаль Было решено уменьшить габаритные размеры велосипеда А. Аббота, подняв тело велосипедиста выше колес. База осталась такой же, как и у велосипеда. Ось каретки педалей была смонтирована за задним колесом и несколько выше него. Другие параметры почти соответствовали параметрам спортивного велосипеда. Изменилась только рама, а сидение превратилось в опору. При испытаниях оказалось, что при желании кататься на таком велосипеде нужна некоторая специальная подготовка. Однако и после этого езда нестабильна: при резком повороте руля задняя часть велосипеда начинает раскачиваться. Быстрая езда опасна. Тогда была изготовлена модификация велосипеда В-4 с базой 1,7 м. Расстояние от коленей велосипедиста до земли составило 0,14 м, ось каретки оказалась сзади колеса, цепь привода укоротилась. Угол наклона вилки переднего колеса составил 45°. После этих изменений машина стала устойчивой на ходу, руль сам становится в прямое положение, хорошо выполняются повороты. Веломобиль В-4 оказался чисто спортивной машиной. Ехать лежа лицом вниз удобно лишь на небольшое расстояние, так как тяжело держать голову в этом положении, к тому же опора поджимает мышцы пресса, что, в свою очередь, мешает дыханию и не позволяет смотреть назад. Поза, видимо, пригодна только для своеобразного спортивного велосипеда. Свободный пробег по инерции веломобиля В-4 оказался больше, чем у спортивного велосипеда, так как вдвое уменьшился мидель, а положение тела веломобилиста стало более обтекаемым. Все же практика убедила, что принятая компоновка была ошибочной.

При конструировании веломобиля В-5 были учтены преимущества и недостатки четырех предыдущих моделей: большое число деталей от спортивного велосипеда, малая масса, небольшие габаритные размеры, удобство положения веломобилиста в кабине (Рис. 5.7). Ведущее колесо веломобиля — переднее, цепной привод заимствован от спортивного велосипеда; кроме круглой ведущей звездочки имеется дополнительная эллипсная. Применено шесть передач. Положение веломобилиста принято полулежа на спине, голова и плечи опираются на удобные подушки. Рама веломобиля имеет простую конструкцию. Вилка переднего колеса оканчивается тонкостенной трубой d 50 мм. На ее конце находится подшипник общей оси задних колес. Переднее колесо идентично заднему колесу спортивного велосипеда. Два управляемых колеса веломобиля находятся на одной оси и вращаются на сферических самоустанавливающихся шариковых подшипниках, внутренний диаметр которых 15 мм. Общая ось задних колес управляется тягой с помощью механизма винт — гайка с шагом 10 мм; расстояние от оси симметрии веломобиля до точки крепления тяги с задней осью — 150 мм. Тяга одновременно является рулем, вращающимся вокруг продольной оси. На конец рычага руля насажена ручка грибообразной формы, управление которой осуществляют правой рукой. Переключение скоростей и торможение выполняют левой рукой. Задние колеса выполнены с барабанами и муфтами свободного хода. При желании к барабанам можно присоединить тросовый (или ленточный) привод. Тогда веломобиль будет двигаться не только с помощью педалей, но и рук. Рис. 5.7. Веломобиль В-5 с эллипсной ведущей звездочкой (1978 г.): 1 — педаль; 2 — ось каретки; 3 — звездочка; 4 — переднее ведущее колесо; 5 — механизм передач; 6 — ручка тормоза; 7 — руль; 8 — сидение; 9 — труба корпуса; 10 — тяга руля с винтом; 11 — спинка; 12 — упоры; 13 — обгонная муфта (для ручного привода); 14 — подшипник поворота оси; 15 — опора для головы Веломобиль В-5 имеет меньшие габаритные размеры по сравнению с предыдущими моделями, а его кинематика проще по сравнению с известным стандартным японским веломобилем фирмы «Хонда», неоднократно выставлявшимся на конкурсах и соревнованиях. Два передних управляемых колеса японского веломобиля вращаются на шарнирах автомобильного типа, ведущим является третье колесо, установленное за спиной водителя. Цепь расположена вдоль всего веломобиля, имеет дополнительные поддерживающие звездочки и способна передать довольно большое усилие.

Кожух веломобиля В-5 сделан из легких трубок сплава магния, на которые натянута полиэтиленовая пленка. Общая масса кожуха 2 кг. Верхняя часть кожуха откидная. Находясь в верхнем положении, колени ног веломобилиста приподнимают пленку. Пятки при вращении педалей внизу выходят из кожуха, поэтому мидель составляет только 0,25 м2. Видимо, центр тяжести В-5 можно опустить еще ниже. Общая схема В-5 возможно ближе к оптимальной, как и та, которая была создана для велосипеда в конце прошлого столетия. Однако для веломобиля как для аппарата более широкого диапазона будет создан не один, а несколько основных вариантов конструкции. Веломобиль В-5 эксплуатировался круглогодично. Он хорошо передвигался по льду, по неглубокому снегу, в гололедицу. Управлять веломобилем может даже впервые севший в него человек.

В современном планере человек занимает позу, приемлемую и для веломобиля. Требования легкости, прочности, обтекаемости, эстетики в авиации одни из самых высоких. Поэтому для кузова новой модели В-6 было решено использовать кабину планера. Завод спортивной авиации в г. Пренае известен созданием первых в СССР цельнопластмассовых планеров рекордного класса «Летува», по своим летным характеристикам являющихся одними из лучших в мире. В планере для больших и ответственных деталей используют новейшие композиционные материалы — сверхпрочное углеродное волокно. К сожалению, кабина планера «Летува» оказалась слишком большой. На заводе имелись планеры стандартного класса «Кобра» производства ПНР, пролетавшие 10 лет и внешне находящиеся в отличном состоянии. Кабина «Кобры» в основном изготовлена из пластика и дерева. После удаления ненужных механизмов масса ее оказалась 14 кг. Фонарь из авиационного стекла толщиной 2,2 мм с оправкой имеет массу 8 кг. Конечно, кабина имеет слишком большой запас прочности, а требования веломобиля к массе оказываются не менее жесткими, чем в авиации. При разработке ходовой части за основу взят веломобиль В-5. Была несколько изменена несущая рама, которая дополнена хвостовой частью, выполненной из пленки типа «антипарашют». Машины этой модели участвовали в первой зимней гонке в Вильнюсе в 1980 г., и на снежном шоссе была достигнута скорость 40 км/ч. Что показало применение авиационной конструкции на земле? Из-за большого запаса прочности кабина оказалась слишком тяжелой для веломобиля. Обзор из кабины был явно недостаточен ввиду острого угла наклона стекла кабины. На земле зрительная информация более мелкая и должна быть точнее, чем в полете. Акустические и эргономические характеристики веломобиля В-6 оказались лишь удовлетворительными. Неприятно удивил скрежет механизмов. Писк тормозов при торможении многократно усиливался, добавлялся грохот кабины при езде по негладкой дороге. Вырез в кабине для переднего колеса не позволял качественно работать антипарашюту. Посадка и выход водителя в транспортном варианте веломобиля были недостаточно удобны. На солнце салон веломобиля нагревался до 50 °С даже в умеренно теплую погоду. Пока стекло весит больше армированного пластика, рационально застекление делать небольшим.

Монорельсовый транспорт имеет много преимуществ: он очень быстр, экономичен, безопасен. Монорельсовые мобили могут достичь максимальных скоростей из-за малоготрения качения и отсутствия необходимости в постоянном управлении. Эти дороги для легких экипажей настолько просты, что могут строиться для очень небольших пассажиро-потоков. Например, реальна скоростная дорога от поселка к животноводческой ферме. Обычные веломобили могут быть снабжены дополнительным устройством, позволяющим передвигаться и по монорельсу. Некоторый опыт может дать экспериментальный экипаж на обычных железнодорожных рельсах. Мы выбрали узкую колею, которая много часов в день пустует и удобна для экспериментов. Экипаж В-7 (Рис. 5.8) — четырехколесная тележка с двухступенчатым цепным педальным приводом, снабжена обтекателем из листового дюралюминия. Водитель лежа приводит экипаж в движение обычным педалированием. Для уменьшения миделя длина педальных кривошипов составляет всего 125 мм. Удалось довести мидель вероятно до рекордного значения — 0,2 м2. Длина корпуса около 3 м, высота всего 560 мм, ширина 450 мм. Снаружи кажется, что разместиться в таком кожухе невозможно. Тем не менее, внутри достаточно места. Масса экипажа 40 кг. Тонкостенные колеса диаметром 300 мм выточены из стали и имеют реборды и конический профиль. При хорошей точности установки колес коэффициент эквивалентного трения оказался равным 0,003, а для того чтобы сдвинуть экипаж с места, требуется усилие всего 3,5 Н. При движении малейшие неточности рельсового полотна приводят к прижиму реборд к рельсам и значительным потерям скорости. Поэтому вместо реборд для уменьшения коэффициента трения лучше использовать направляющие ролики. Экипаж легко разгоняется, любой водитель сразу может достичь скорости 50 км/ч. Непрямолинейные стыковки рельсов из-за сильных ударов и резких рывков экипажа не позволили достичь больших скоростей. Теоретические расчеты указывали на возможность достижения 90 км/ч и выше. Торможение благодаря легкости экипажа было очень эффективным, как в автомобиле. Шум внутри кабины при передвижении был не больше чем тот, который пассажиры испытывают в вагоне поезда. Снаружи экипаж производит шум меньше автомобиля, движущегося со скоростью 60 км/ч. Тряски на прямолинейных участках рельсов почти не было. Езда достаточно комфортабельна, хотя шум значительно превышал тот, который производится обычным веломобилем. Когда идет снег, движение экипажа быстро становится невозможным. Из-за сравнительно небольшой нагрузки на колеса толстым неравномерным слоем налипает снег с рельсовой поверхности. Рис. 5.8. Рельсовый экипаж В-7 Экипаж В-7 указал на возможность создания быстроходной дрезины с мускульным приводом. При хорошей рельсовой дороге можно длительное время двигаться со скоростью 50 км/ч. Эксперимент с экипажем В-7 полностью подтверждает возможность постройки эффективной монорельсовой дороги с приводом от мускульной силы.

Эта модель (Рис. 5.9 и 5.10) изготавливалась совместно с Проектно-конструкторским и технологическим институтом Министерства местной промышленности ЛитССР по предложению канд. техн. наук А. Рамониса, директора этого института. Веломобиль В-8 является темой дипломной работы студента ВИСИ Б. Варно, выполнившего большую работу по ее конструированию и изготовлению. Технологическую помощь по обработке армированных и прозрачных пластмасс оказал экспериментальный завод спортивного авиастроения в г. Пренае. Принципиальная кинематическая схема веломобиля В-8 отличается от В-5 более совершенным рулевым управлением и иной установкой задних колес. В конструктивном отношении В-8 — совершенно оригинальная машина. Насколько известно, здесь впервыеприменена несущая безрамная нижняя часть корпуса из армированной пластмассы. Благодаря этому получена большая жесткость корпуса. Сидение — «анатомического» типа, повторяющее линии тела и регулируемое в двух направлениях — горизонтальном и вертикальном. Веломобиль может быть выполнен в открытом или полуоткрытом вариантах. Верхняя часть кузова состоит из отдельных половин — передней и задней. Масса веломобиля 35 кг. Рис. 5.9. Спортивный веломобиль В-8 («Вильнюс-82») для шоссе и трека, 1982 г. Рис 5.10. Устройство веломобиля В-8: 1— передний кожух; 2 — стекло; 3 — педаль; 4 — звездочка: 5, 7 — стекла боковое и заднее; 6 — задний кожух; 8 — задняя подвеска; 9 — ось колеса; 10 — колеса задние; 11 — тяга руля; 12 — сидение; 13 — руль; 14 — тормозная ручка; 15 — ручка передач; 16 — ведомая звездочка; 17 — дерайлер; 18 — колесо переднее; 19 — рама колеса; 20 — цепь; 21 — корпус Цель, поставленная при создании этой модели,— достижение высоких энергетических и скоростных параметров веломобиля. Веломобиль В-8 — первый спортивный веломобиль, изготовленный промышленным способом. Для этого были сделаны формы, позволяющие серийно производить аэродинамический корпус из армированной пластмассы. В этих же формах возможно изготовление как отдельных элементов, так и несущего корпуса в целом, служащего обтекателем несущей конструкции. Надо отметить, что рамная конструкция пока более предпочтительна для производства. Большие трудности представляет серийное производство больших стекол сложной формы. Небьющееся стекло очень дорого и трудно поддается бесконтактному формированию методом выдувания. Контактный же метод формирования не дает достаточных оптических качеств. Обзорность на веломобиле В-8 может быть признана лишь удовлетворительной. Эргономические параметры веломобиля достаточно высоки: удобно расположение педалей, сидения.

Особенно надо отметить систему управления. В первом варианте применен руль велосипедного типа, расположенный под сидением. При достаточном опыте, небольшой скорости и большом передаточном отношении (около 10) привода от руля к колесам обеспечивается надежная управляемость веломобиля, но она не дает достаточно хорошей опоры рукам и интенсивное педалирование сказывается на траектории движения веломобиля. Все же с этой системой управления была достигнута скорость 60 км/ч. Второй вариант управления веломобиля удался больше: по мнению автора, это лучшая система управления из всех опробованных спортивных машин. Секрет успеха — в хорошей эргономике системы управления: весьма удобно положение рук, когда кисти находятся у бедер. Управление выполняют поворотом кистей обеих рук. С помощью балансирующего действия обеих рук добиваются значительно большей точности управления. Исключается передача случайных движений одной руки, так как их корректирует другая. Рукоятки руля дают отличную опору для руки при больших усилиях педалирования. Любой неподготовленный человек сразу может начать управлять веломобилем. Впечатление таково, что веломобиль сам поворачивается туда, куда это требуется. Система цепного привода имеет шесть передач. Тормозная система обеспечивает надежное торможение благодаря сдвоенному тормозу на переднее колесо. На испытаниях веломобиль В-8 показал высокие ходовые качества. При испытаниях по методу свободного выбега по инерции установлено, что для езды со скоростью 40 км/ч достаточна мощность в 110 Вт, что примерно в 4 раза меньше, чем на спортивном велосипеде. Коэффициент сопротивления качению при давлении в шинах 0,6 МПа равен 0,004, коэффициент аэродинамического сопротивления — около 0,13. На ровной дороге нетренированный человек без особых усилий достигает скорости 50—55 км/ч и может поддерживать ее несколько километров, а скорость 40 км/ч — несколько десятков километров. Во время испытаний тренированные велосипедисты на веломобиле В-8 развивали скорость 60 км/ч на дистанции 200 м при скорости бокового ветра 5—8 м/с и температуре воздуха 5 °С. На гоночном велосипеде при этих условиях им удавалось развить скорость лишь до 45 км/ч. В-8 был экспонирован на XII Всемирном фестивале молодежи и студентов.

В ряде случаев веломобили строят для реализации какого-нибудь одного высокого параметра, чаще всего скорости. Управляемость, грузоподъемность, маневренность и особенно устойчивость при этом остаются как бы на втором плане. Веломобиль В-9 был создан для доказательства того, что именно устойчивость веломобиля может быть весьма высокой. Практическим приложением веломобиля В-9 кроме городских поездок явилось участие в гонках на трассе картодрома. Веломобиль можно с успехом использовать в аттракционах, детских автогородках, на каждой ровной площадке, даже в спортзалах. Особое внимание обращалось на обеспечение полной безопасности движения веломобиля. Два велокарта В-9 в 1983 г. за один месяц были сконструированы и построены в г. Вильнюсе В. Рузгисом по эскизному проекту автора (рис. 5.11). 22 мая 1983 г. на них в Шяуляе были проведены показательные соревнования. рис. 5.11. Велокарт В-9 для соревнований по извилистой трассе картодрома (1983 г.) Для велокарта В-9 была выбрана кинематическая схема модели В-5; система управления эргономически близка к веломобилю В-8. Испытания показали, что езда на велокарте В-9 действительно безопасна, система управления удобна. При весьма чувствительном рулевом управлении веломобиль и на большой скорости хорошо удерживает прямолинейное движение. Систему управления можно признать действительно удачной, а безопасность — высокой. Велокарт удостоен Золотой медали ВДНХ СССР (1984 г.). Естественно, возникает вопрос о том, будет ли велокарт с малыми колесами на картодроме быстрее спортивного велосипеда. Ответить на вопрос может только соревнование. При крутых поворотах скорость велосипеда лимитируется сцеплением шины и дороги. Угол наклона велосипеда к вертикали не должен превысить допустимого значения, иначе произойдет скольжение. Иное дело — велокарт. Он, как автомобиль, будет безопасно скользить по поверхности дороги, не переворачиваясь. Испытания велокарта показали реальную возможность создания целой серии подобных машин и организацию соревнований на велокартодромах.

Как упоминалось, для веломобилей более подходит схема типа «тандем», в которой пассажир, сидящий сзади управляющего вело-мобилиста, также участвует в приводе веломобиля. Однако для развлекательных поездок по паркам, трассам домов отдыха привлекательна компоновка «социабль», когда веломобилисты сидят рядом. При небольшой скорости может работать только один из них, другой может отдыхать. Появляется некоторая возможность обходиться без переключения скоростей: при подъеме в гору оба веломобилиста могут работать на той же передаче. Это позволяет унифицировать веломобиль с дорожным детским велосипедом, выполнить его очень простым и надежным. Один из самых частых отказов веломобиля — падение цепи переключателя скоростей. В-10 позволяет выполнять длительные пробеги без этой неполадки. По эскизному проекту автора веломобиль В-10 сконструирован и изготовлен в 1983 г. на Шяуляйском велозаводе «Вайрас» (Рис. 5.12). Рис. 5.12. Развлекательный веломобиль В-10 (1983 г.) Конструкция велокарта В-10 выполнена так, что основные силы, создаваемые веломобилистами, принимают две параллельные однотрубные рамы. Узкая колея позволяет легче вписываться в повороты на велодорожках. Если требуется повышенная устойчивость, например при аттракционном использовании, веломобиль В-10 можно снабдить боковыми колесиками, опирающимися на стоянке или в случае потери устойчивости о поверхность дороги при повороте. Веломобиль В-10 легко выполнить с двумя типами движения: педалированием для левого управляющего ездока и движениями академической гребли для правого ездока-пассажира. В поездке веломобилисты, меняясь местами, получают возможность комплексной мышечной нагрузки. Это повышает комфортабельность веломобиля и реализует тренировочные задачи экипажа. С боков предусмотрена возможность крепления надувных элементов, превращающих веломобиль в катамаран-амфибию. Без особых дополнительных приемов веломобиль В-10 может въезжать в воду, превращаясь в развлекательное и туристское плавательное средство. Сборка и разборка байдарок, как известно, занимает несколько часов, а для их доставки требуется транспорт. В этом смысле веломобиль В-10 лучше приспособлен к однодневному отдыху на суше и на воде. Рис. 5.13. Транспортный веломобиль B-II (I985 г.) Расчеты показали реальную возможность использования веломобиля В-10 в качестве амфибии. Совместно с молодежным коллективом Пренайского экспериментального завода спортивной авиации создан транспортный закрытый веломобиль, которому здесь хронологически присвоили шифр В-11 (Рис. 5.13). Эта одноколейная современная машина показала очень хорошие ходовые качества. Ее масса 30 кг. В содружестве с И. Пилипонисом разработана велоамфибия с последующим шифром В-12 (Рис. 5.14). Поплавки ее, выполненные из композиционного материала, принимают около 0,14 м3 багажа. Масса экипажа 29 кг, без поплавков — 16 кг.

Обе машины демонстрировались на XII Всемирном фестивале молодежи и студентов. Делегаты фестиваля из Канады, ФРГ, Индии, Шри-Ланки, КНДР и других стран оставили об этих машинах весьма лестные отзывы в книге посетителей выставки Международного спортивного центра. Рис. 5.14. Велоамфибия В-12 (1985 г.) Конструкторское и технологическое решение веломобиля-амфибии — весьма серьезная проблема, связанная с необходимостью обеспечения герметичности кузова и антикоррозионности деталей и узлов конструкции. Если материалом для кузова и колес успешно может служить пластмасса — материал, обеспечивающий высокую несущую способность и антикоррозионную стойкость, то детали привода являются легко уязвимыми для коррозионного воздействия влаги. Съем колес и заглушка выходных отверстий в кузове перед спуском на воду — одно из наиболее тривиальных и легко реализуемых решений этой проблемы. Комфортабельность обитания в амфибии и ее дизайнерское оформление являются другой не менее важной проблемой. Большие объемы кузова, обеспечивающие необходимую плавучесть, брызгоотбойники и другие детали, характерные для плавсредств, создают ощутимые трудности практической реализации амфибии для дизайнера. Принцип модульной компоновки способствует поиску компромиссных решений

ОБЩАЯ КОМПОНОВКА КУЗОВ РАЦИОНАЛЬНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ТЕЛА РАЦИОНАЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ ПРИВОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПАРУСНЫЙ ПРИВОД КОЛЕСА РАМА СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СИДЕНИЕ ПРИБОРЫ ОДЕЖДА И ОБУВЬ ИСПЫТАНИЯ В этой главе изложены некоторые соображения по вопросам проектирования веломобилей, возникшие после создания первых десяти их типов. Многие выводы могут иметь субъективный характер и, таким образом, могут стать объектом для дискуссий. Создание веломобилей высокого класса, пригодных для практики, только начинается. В будущем, несомненно, здесь будут достигнуты такие результаты, что описываемые конструкции можно будет рассматривать лишь как результат начального поиска. Конструкторское и дизайнерское искусство при создании веломобилей не будет исчерпано еще долго. ОБЩАЯ КОМПОНОВКА Вариантов компоновки веломобилей бесчисленное множество. Кроме различных вариантов компоновок, близких к автомобилям и велосипедам, возможны совершенно оригинальные решения, начиная от модульных многоместных веломобилей с комбинированными системами привода для использования мускульной энергии человека и кончая веломобилями с так называемыми дополнительными пиковыми, например электрическими, двигателями, обеспечивающими ускоренное движение на ответственных скоростных участках движения. Хотя и большой соблазн создавать двухместные веломобили, все же основным типом является одноместный (в некоторых случаях с дополнительным местом для ребенка). Это подтверждается историей велосипеда: многоместные машины используют только для отдыха и спорта. Так, у велосипеда-тандема скорость примерно на 10 км/ч выше обычного. Для обтекаемых же веломобилей эта разница наполовину меньше. Компоновка двухместного велосипеда типа «социабль», где велосипедисты сидят рядом, в спорте не прижилась из-за большого сопротивления воздуха. Для двухместного веломобиля наиболее рациональна компоновка «тандем», обеспечивающая его проходимость по узким дорожкам. Ширина веломобиля определяет ширину велодорожки и поэтому является важным экономическим фактором при строительстве веломобильных путей.

Наиболее практичным представляется модульное соединение двух или даже трех веломобилей. Первый из модулей — управляемый, остальные являются только прицепами со своим мускульным приводом. После разъединения каждая машина становится автономной. Иногда пустой модуль можно использовать и как прицеп для багажа. Как показывает опыт грузовых автомобилей, прицеп увеличивает сопротивление воздуха лишь на 25 %. Двухместный веломобиль или два соединенных модуля по скорости почти равноценны, а в практическом отношении автономные модули значительно выгоднее. В последнее время внимание энтузиастов веломобилестроения привлекают велобусы — многоместные машины, которые могут передвигаться по малозагруженным автомагистралям (рис. 6.1). Компоновка посадочных мест может быть однорядной и двухрядной. Постройка велобусов становится популярной в странах Западной Европы и Скандинавии. рис. 6.1. Велобус Фарса Какое количество колес для веломобилей рационально? Наиболее часто для скоростных веломобилей выбирают три колеса. Все рекорды скорости на веломобилях достигнуты именно на таких машинах. В спортивном автомобилестроении для достижения рекордных скоростей также использовали в основном трехколесную схему компоновки. У большинства же автомобилей — четыре колеса. Эта схема наиболее устойчива, а между колесами ее легко устроить удобные места для пассажиров. Поэтому и для транспортного многоместного веломобиля четыре колеса могут стать распространенным вариантом. Для узких дорожек можно сконструировать веломобиль с двумя колесами, расположенными одно за другим. При остановке из веломобиля выпускаются вспомогательные шасси в виде двух боковых колес. Эти колеса могут и не убираться: веломобиль опирается на них при наклоне корпуса.в сторону. Таким образом, веломобиль можно сделать почти таким же нетребовательным к дороге, как и велосипед. Какой мост веломобиля должен быть ведущим? Если следовать примеру автомобилестроения, то в этой области выработалось подавляющее мнение о преимуществах переднего ведущего моста, так как такая схема компоновки позволяет решить важные для сегодняшнего дня вопросы агрегатирования машины. Этот принцип не является, пожалуй, столь важным для веломобиля, поскольку в нем двигатель — человек и он не обременен массивными связями с системой привода. Поэтому веломобиль может иметь ведущими как задние, так и передние колеса. Передача движения на задний мост цепью не вызывает особых конструктивных трудностей. Рассмотрим, как системы привода и управления решены в известных конструкциях веломобилей. В веломобиле «Вектор», например, усилие от педалей через цепь, общая длина которой около 3 м, передается заднему колесу. Это сделано для того, чтобы управляемыми были передние колеса. Во всех наших веломобилях, кроме В–3 и В–4, наоборот, ведущими выполнены передние колеса, управляемыми — задние. Управление задних колес увеличивает маневренность машины.

При повороте такая машина вращается вокруг оси, проходящей через центр переднего моста. Следовательно, водитель, который находится за передним мостом, при повороте, например, направо совершает движение вместе с задним мостом налево. В автомобиле, например, это делает управление своеобразным, и чем больше база машины, тем большее ускорение испытывает водитель или пассажиры. В веломобиле база мала, скорость движения сравнительно невелика и указанный эффект практически отсутствует. Опыт проектирования и испытаний веломобилей показал, что до скорости движения 60 км/ч управляемыми вполне можно делать задние колеса, а ведущими — передние. Это упрощает кинематику и снижает массу веломобиля. Дифференциал в системе привода веломобиля нецелесообразен. Кинематика привода будет гораздо проще, если на каждом ведущем колесе будет, муфта свободного хода. Такое решение встречалось и в автомобилях, в которых в первую очередь решаются вопросы экономии горючего и конструкционных материалов. Особое внимание при компоновке веломобиля следует обратить на его минимальные габаритные размеры и массу. Высота центра массы машины заметно влияет на ее устойчивость при поворотах. Оптимальная высота спортивного веломобиля 0,7–0,9 м, транспортного — 0,9–1,15 м. Для сравнения отметим, что уже выпускается серийный легковой автомобиль высотой 1,09 м, а высота известного автомобиля «Роллс-Ройс» снизилась до 1,48 м. Ширина веломобиля не должна быть знaчительно больше велосипеда, иначе велосипедные дорожки для него будут закрыты. Предельная ширина должна быть, видимо, 0,8–1,0 м. Чрезмерная длина веломобиля увеличивает его массу, усиливает на него боковое воздействие ветра, уменьшает маневренность. Следует ограничиться длиной 2,8–3,0 м для спортивного и 2,0–2,5 м — для транспортного веломобиля. При компоновке важно правильно выбрать соотношение колеи и высоты машины. Как известно, для автомобилей стремятся выбрать ширину колеи не меньше двойной высоты центра массы. Тогда автомобиль, прежде чем опрокинуться, испытывает боковое скольжение. Ориентировочно принимая, что центр массы находится на расстоянии, равном половине высоты веломобиля, ширину колеи веломобиля можно принимать равной его высоте. Тогда поперечное сечение веломобиля приблизительно вписывается в квадрат. Этому правилу не подчиняются веломобили рекордного класса, которые ездят по отличной дороге, а их рулевое колесо имеет возможность поворачиватьсянезначительно. Позади водителя можно устроить место для ребенка или багажа. Небольшой багаж размещают и впереди водителя. Багаж больших габаритных размеров возят не часто, поэтому его удобно возить в прицепе.

Одним из самых сложных решений является выбор правильного типа кузова. Чем больше закрыт кузов, тем он более обтекаем. Однако при этом затрудняются вход и выход, а также хорошая обзорность для водителя, поэтому степень открытости кузова выбирают в зависимости от назначения веломобиля, требуемой скорости, климата той местности, где его предполагают эксплуатировать. Остекленная поверхность выглядит красиво, однако у органического стекла прочность ниже, чем у армированных пластмасс, к тому же оно легко царапается, а при солнечной погоде превращает веломобиль в жаркую оранжерею. Оптимальным решением конструкции кузова является такое, при котором голова веломобилиста находится над общим непрозрачным корпусом. Части кузова должны быть легки и позволять быстро его модифицировать. Так, закрытый зимний вариант кузова весной можно превратить в полуоткрытый своеобразный кабриолет или даже в амфибию. В отличие от автомобилей кузов веломобиля может быть составлен из сменных модулей, используемых в различных комбинациях, для соответствующих условий. Кузов делает веломобиль всепогодным, обеспечивая комфортабельность езды не только в дождь, холод, но и при палящих лучах солнца. Нельзя забывать и об эстетической и психологической роли кузова. Замечено, что за рулем автомобиля человек чувствует себя независимым от погодных условий. Жесткий кузов защищает веломобилиста при опрокидывании в авариях: при падении при скорости 40 км/ч он может отделаться лишь мелкими царапинами и ушибами. Одновременно кузов увеличивает массу, стоимость, делает веломобиль более громоздким. Однако по сравнению с автомобилем эти недостатки незначительны. Веломобильные кузова можно классифицировать по степени закрытости, жесткости, материалам, из которых сделана несущая часть рамы, а также по схеме передачи движущих сил. По степени защитности кузов веломобиля может быть открытым, частично открытым, закрытым и трансформируемым. Открытый веломобиль (рис. 6.2) может применяться при сухой погоде, а также для спортивных, развлекательных или физкультурных целей. Собственно, это более современный велосипед для хорошей дороги с различными видами движения для привода, более удобной позой, большей скоростью. рис. 6.2. Велосипедная компоновка Возможно применение пластикового кузова (рис. 6.3–6.5), который улучшает обтекаемость веломобиля и защищает от грязи. Рис. 6.3. Веломобиль с закрытойнижнейчастью экипажа рис. 6.4. Веломобиль счастично открытым кузовом рис. 6.5. Веломобиль в стиле«ретро». Вертикальные поверхности необязательны

Частично открытый кузов может закрывать все тело, за ислючением головы, а в упрощенном виде представляет собой лишь передний кожух, улучшающий обтекаемость, или легкую плоскую крышу для защиты от солнца и дождя. Закрытый кузов дает наилучшую обтекаемость и защиту в непогоду, а в отдельных случаях позволяет удачно решить эстетические вопросы внешнего оформления веломобиля. Однако защитный кузов уменьшает обзорность, затрудняет посадку и высадку, не позволяет избежать неприятных шумов, поэтому разумнее использовать комбинированный кузов из различных частей. Так, в холодную погоду можно применять полностью закрытый жесткий кузов, а в теплую, сухую — открытый. Именно трансформируемый кузов, составленный из модулей, кажется предпочтительнее других. По степени жесткости кузов может быть жестким, эластичным, полужестким. Жесткий кузов подобно авиационному — эстетичный, долговечный, хорошо защищает при авариях. Эластичный кузов из пленки или эластичных пластмасс может плавно повторять контуры тела, имеет значительно меньший мидель и может складываться. Наконец, полужесткий кузов состоит из жестких и эластичных элементов. Так нижняя часть кузова может быть жесткой, а верхняя — представляет пленочную крышку. Для изготовления основных конструкций кузова можно применять следующие материалы: армированную стекловолокном или сверхпрочным волокном пластмассу (композиционные материалы), пластмассу, легкие сплавы и прочие материалы. В настоящее время лучшим материалом для кузова является армированная пластмасса. Она имеет не только самую большую прочность, но и легко формуется, долговечна, при легких ударах на ней не остаются вмятины. Сплавы из алюминия, магния технологичны и кузова из них достаточно легки, но по сравнению с кузовами из армированных пластмасс легко вминаются, менее долговечны. Трудно предсказать, какие еще материалы будут для этого использовать в будущем, но уже сегодня можно с уверенностью исключить из них сталь —основной материал для производства автомобилей. Кузов по своему конструкторскому решению может быть выполнен несущим (безрамным), т. е. воспринимающим основные нагрузки от массы самого веломобиля и ездока и усилий от педалирования. В спортивной авиации кабины планеров выполняют только несущими, отказываясь от сварных металлических кронштейнов для поддержания различных механизмов,— все выклеивается из стекловолокна. Несущий кузов веломобиля легче, но его расчет и конструирование сложнее. Кузов на несущей раме имеет ряд существенных преимуществ при конструировании веломобиля с эластичным кузовом. Прежде всего упрощается монтаж всех узлов на раме. Кроме того, появляется возможность изменять и совершенствовать конструкцию навесного кузова и даже иметь несколько съемных кузовов, предназначенных для различных целей. В этом отношении интересны пленочные пневматические кузова: это, например, может быть двухстеночный корпус, надуваемый наподобие матраца. Проще и более обтекаем одностеночный пленочный кузов.

Испытан макет прозрачного пленочного корпуса, который хорошо поддерживает обтекаемую форму благодаря малогабаритному вентилятору. Давление при этом составляет несколько сотых долей от атмосферного, а потребляемая мощность вентилятора — несколько ватт. Внутри пленочного кузова можно создать комфортабельные условия для водителя при удивительной легкости и компактности веломобиля. Выигрыш энергии от улучшения обтекаемости значительно превышает вентиляционные потери. Кузов — самая сложная часть веломобиля. К нему предъявляют такие же строгие требования по массе, габаритным размерам, эстетике, эргономике, как, например, к одежде человека. Конструктору веломобиля при проектировании кузова ни в коем случае нельзя вслепую следовать принципам конструирования кузова автомобиля или планера. Решение должно быть своим, только «веломобильным».

Cамо собой разумеется, что при езде в веломобиле по хорошей дороге обычное положение тела велосипедиста неприемлемо, так как это неэкономично и не достаточно комфортабельно. Заслуживает внимания только полулежачее или полусидячее положение тела. Только машины с такой позой водителя показывали выдающиеся результаты на международных соревнованиях, проводимых с 1975 г. Сидячее положение. При конструировании первого веломобиля В–1 были точно скопированы размеры сидения и подножек академической лодки. Поза при академической гребле с физиологической точки зрения удобнее, чем поза велосипедиста: корпус тела расположен вертикально, ноги опущены ниже сидения на 0,25 м, движения ритмичны, в работу вовлечены практически все группы мышц. Существенным недостатком сидячего положения веломобилиста является его большой мидель, близкий к миделю велосипедиста в высокой посадке. В модели веломобиля В–2 были учтены эти недостатки: подножки были подняты до уровня сидения, что привело к частичному уменьшению миделя. При свободном качении веломобиля можно откинуться назад, приняв почти горизонтальное положение, тогда мидель уменьшается до минимальности. Такая модификация движения приемами академической гребли рекомендуется для городского веломобиля. При этом веломобилист сидит лицом вперед, дорога хорошо просматривается во все стороны. Лежачее положение. Для езды на большой скорости наиболее оптимальным является почти горизонтальное положение тела. Рекордная скорость 76,91 км/ч установлена в 1976 г. на веломобиле при положении гонщика лицом вниз (рекорд, конечно побит, прим. кодера). Такая поза внешне наиболее близка позе велосипедиста. Однако, как показывает практика, при таком положении быстро наступает усталость, становится трудно дышать, у некоторых веломобилистов начинается головная боль. Такое положение могут принять лишь спортсмены на коротких дистанциях, оно также возможно при езде на веломобилях со сменной позой. Однако эту позу следует признать малопригодной для практического применения. Лучшее положение веломобилиста — полулежа на спине, оно является основным для гоночных автомобилей, в санном спорте, в истребительной авиации и в рекордных планерах. Многие полагают, что полулежа на спине при согнутых ногах в коленях, плохо просматривается дорога. Однако это не так. Даже в том случае, когда глаза веломобилиста находятся чуть ниже согнутого колена, обзор местности вполне хороший. Обзор в заднем направлении решается традиционным способом — установкой зеркала заднего вида, так как поворачивать голову назад неудобно.

Что касается комфорта, то полулежать в веломобиле удобнее, чем сидеть в автомобиле, особенно это ощущается при длительной езде. Надо добавить, что веломобилист в процессе езды вынужден нращать педали и в отличие от неподвижного автомобилиста имеет прекрасные возможности поддерживать тонус своего организма и н первую очередь мышечной системы. Возвращаясь домой с работы на веломобиле, можно удобно и без потерь времени на ожидание общественного транспорта разместиться в кабине веломобиля и, плавно педалируя, совершить приятный моцион, дав желательную но настроению физическую нагрузку застоявшимся или утомленным мышцам. При езде лежа на спине сначала была установлена скорость лишь 72 км/ч — (Калифорния, 1976 г.), затем все рекорды были побиты именно в этой комфортабельной и эффективной позе. Идеальным веломобилем следует считать такой, в котором веломобилист мог бы менять характер приводного движения и положение своего тела. Тогда работали бы все группы мышц и длительная езда не была бы утомительной. Например, при спуске с горы веломобилист лежал бы на спине, на ровной дороге — спокойно бы вращал педали, при езде в гору — с помощью движения приемами академической гребли подключил бы в работу остальные группы мышц тела. Это совершенно реально; веломобиль с универсальным движением по числу деталей, технологии изготовления, комплектации и сборки был бы значительно проще таких современных моторных средств, как мопед.

Уже давно высказывались сомнения о том, что характерное для велосипеда движение — педалирование является оптимальным. Высказывались предположения о большей эффективности других видов движений, в первую очередь движений академической гребли. В арсенале любителей, интересующихся вопросами изобретения велосипеда, свыше 15 000 патентов на его конструкцию. Среди них есть поистине уникальные, предлагающие самые неожиданные и, на первый взгляд, невыполнимые решения, скажем, такие, как привод веломобиля приемами, подобными движениям конькобежца (рис. 6.6). Однако практика заставляет нас каждый раз возвращаться к нашей реальности и пока по-прежнему в центре внимания удерживать традиционный ножной привод, получивший подавляющее распространение в современном велостроении. Рис. 6.6. Бесцепной привод. Задние колеса совершают движения наподобие ног конькобежца (США. 1978 г.) В 1892 г. проф. В. Прусаков предложил ведущую звездочку цепи делать эллипсной, располагая ее малую ось вдоль кривошипов с тем, чтобы при их горизонтальных положениях большая ось эллипсной звездочки располагалась вертикально. Наши испытания последних лет показали возможность и целесообразность использования эллипсной звездочки с 52 зубьями и осями, равными соответственно 122 и 100 мм. При одинаковой скорости движения работа неопытного велосипедиста, едущего с эллипсной звездочкой, выраженная в объемах потребляемого им кислорода, примерно на 30 % меньше, чем при использовании круглой звездочки. Американские инженеры утверждают, что, введя в привод эллипсную звездочку, среднюю скорость велосипедиста можно увеличить на 14 % при соотношении осей эллипса звездочки около 1,5. В веломобиле В-5 использована эллипсная звездочка с 55 зубьями, соотношение осей которой 1,4. Установлено, что малая ось эллипса привода спортивного велосипеда должна отставать от кривошипа на угол 10–25°, так как нога развивает большую силу в конце разгибания в коленном суставе, а максимальный крутящий момент имеет место при большем плече кривошипного механизма. Можно сделать предположение, что специально профилированная звездочка учтет все особенности работы мышечной системы ног и даст возможность получить наиболее эффективное приложение сил. Некоторые специалисты считают, что круговая траектория вращения педалей должна быть заменена овальной, более близкой к траектории ног в беге. Длинная ось овала перпендикулярна к продольной линии тела. Стендовая мощность сконструированного по такой схеме механизма «Эксперимент» по сравнению с приводом обычного велосипеда увеличилась на 25 %, а гонщик на треке с его помощью установил личный рекорд. Однако в веломобиле такое движение увеличило бы мидель, а самый малый мидель, как отмечалось ранее, наблюдается при движении ног вперед-назад. Но тогда работает меньшая группа мышц, движение менее удобно, однообразнее, чем при вращении педалей. Видимо, на веломобиле педалирование более приемлемо с применением, в частности, эллипсной звездочки.

Многочисленные попытки заменить цепнотй привод на велосипедах другими конструкциями привода (рис. 6.7) пока все еще не могут увенчаться успехом несмотря на то, что современная промышленность способна обеспечить массовый выпуск любого из известных сейчас систем привода. рис. 6.7. Передача Т. Гарри Еще в конце XIX в. пробовали применить конические шестерни, однако энергетические потери при этом оказались значительно больше, чем у цепного привода, а конструктивная реализация оказалась намного сложней. Очень проста передача типа трос — барабан, использованная в педикаре (рис. 6.8). Она хорошо сочетается с возвратным движением, КПД ее около 0,96. С помощью этой передачи можно плавно изменять скорость, но она имеет ряд недостатков и, пожалуй, самым основным из них является быстрый выход из строя приводного троса. Предлагаем другие решения этого вопроса, например путем использования вместо троса стальной гибкой ленты толщиной 0,3–0,5 мм. Лента шириной 10 мм, толщиной 0,5 мм и длиной 1 м при действии силы в 1000 Н деформируется всего на 1 мм, а ее износостойкость достаточно велика при нави-вании на барабан. Рис.6.8.Приводпедикара,запатентованный в ряде стран В отличие от велосипеда, где велосипедист при езде в гору может привстать с седла и преодолеть подъем известным способом «танцовщицей», в веломобиле такой прием использовать невозможно и поэтому здесь исключительно важную роль играет система переключения скоростей. Для веломобиля с цепным приводом вполне пригодна система гоночного велосипеда, которая пока и рекомендуется к применению практически без изменений. Отличительной особенностью компоновки велосипедного привода на веломобиле является положение педалей относительно тела водителя, находящегося почти в горизонтальном положении.

На болгарском электропеде, созданном еще в 1973 г., можно проехать расстояние в 30 км со скоростью 25 км/ч. В том же году западногерманская фирма предложила электропед мощностью 0,5 кВт, проезжающий 40 км со скоростью 26 км/ч; масса электропеда довольно большая — 66 кг. В 1976 г. американская фирма «Дженерал энджинс» предложила для велосипеда применить электрический привод. Если двигатель вращает только переднее колесо, можно ехать со скоростью 24 км/ч; одновременно вращая педали, скорость можно увеличить почти вдвое. Аккумулятор крепится на раме. Велосипед проезжет 64 км без дополнительной подразрядки аккумулятора. Привод подходит ко всем велосипедам. Теперь электроприводы велосипеда во многих странах стали обычными. Английский инженер А. Фриман создал «солнцемобиль». В солнечный день он способен двигаться со скоростью 24 км/ч. Энергия для электрического двигателя поступает от элементов, смонтированных на крыше экипажа. В 1983 г. на подобной машине был пересечен Австралийский континент. Можно с уверенностью утверждать, что сегодня экипаж только на электрической тяге в условиях города уступит по своим потенциальным возможностям веломобилю с пиковым электроприводом. На ровных участках дороги веломобиль приводится в движение ножным приводом, а при наборе скорости на перекрестке улиц или при обгоне в работу можно включать электропривод. На веломобиле В–6 был установлен вспомогательный двигатель постоянного тока мощностью 70 Вт. Фрикционная передача от электродвигателя с помощью приводного ролика обеспечивала по ровной дороге скорость движения в 16 км/ч. Расчет показывает, что при массе аккумуляторов 100 кг можно преодолеть расстояние более 1000 км без его подзарядки и, возможно, превысить рекорд экономичности среди электромобилей.

С незапамятных времен человек стремился использовать силу ветра для своих практических целей, в том числе и для передвижения сухопутных экипажей. Историческая хроника упоминает факт использования в 1600 г. С. Стевеном паруса для привода в движение сухопутной повозки. В то время такой привод получил хорошее развитие в морской практике и его перенесение на сухопутный экипаж является вполне закономерным явлением. На Аляске популярен оригинальный вид спорта: парусные велосипеды. Складной четырехугольный парус из прозрачного материала монтируют на руле. Габаритные размеры паруса примерно 1,5×1,5 м, центр паруса — на уровне затылка велосипедиста. При скорости ветра 24 км/ч велосипедист едет примерно со скоростью 35 км/ч. В 1977 г. появились своеобразные «виндсерферы» на колесиках для езды по асфальтированным дорогам. В прессе сообщалось о переходе через пустыню Сахару на колесных яхтах. Легкие экипажи, приводимые в движение силой ветра, могут ехать не буксуя и не увязая в песке. В газете «Комсомольская правда» было рассказано о путешествии группы москвичей на колесных яхтах через пустыни Средней Азии. Интересный, в форме кольца, парус-крыло для колесных экипажей представил инженер-аэродинамик Дж. Амик (рис. 6.9). Виндмобиль, приводимый в движение силой ветра, при скорости бокового ветра 25 км/ч едет со скоростью 65– 70 км/ч. Этот одноместный экипаж изготовлен из материалов, применяемых в спортивной авиации. В нем оборудован вспомогательный электрический двигатель мощностью 1 кВт, который при скорости «виндмобиля» 55 км/ч начинает действовать как генератор и заряжает аккумулятор. Длина экипажа 3,5 м, высота и ширина — 2,44 м. При отсутствии ветра он едет со скоростью 48 км/ч. В 1974 г., следуя по дну озера Бонневиль, «виндмобиль» развил скорость 100 км/ч. рис. 6.9. Виндмобиль Дж. Амика Дж. Амик проектирует четырехместный «виндмобиль», который при силе ветра 11 м/с сможет ехать со скоростью 55 км/ч; при безветренной погоде с включенным электрическим двигателем он может преодолеть расстояние в 240 км. «Виндмобиль» красив, но слишком тяжел — его масса 326 кг, поэтому он вряд ли сможет найти широкое практическое применение. Этот пример доказывает, что не следует забывать и о силе мышц.

При конструировании первого веломобиля некоторые опытные инженеры предлагали использовать колеса дорожного велосипеда, мопеда или даже мотороллера. Предполагалось, что колеса спортивного велосипеда не выдержат действия боковых сил. Рассуждая далее, «по-автомобильному», опасались, что для веломобиля нужны не только маленькие широкие колеса, но и корпус из жести. Мы пошли по иному пути, обратив внимание на колесо спортивного велосипеда — маленький инженерный шедевр. Оно выдерживает нагрузку в 1000 раз больше своей массы. Но и это колесо можно совершенствовать: в нем 36 спиц, а каждая из них способна выдерживать массу человека. Для современного веломобиля годятся именно колеса спортивного велосипеда. Эквивалентный коэффициент трения качения сильно накачанных шин при статических испытаниях на малой скорости 0,003. Для сравнения: коэффициент трения качения для автомобиля — 0,02, коэффициент трения скольжения для конька по льду — 0,03. Целесообразно ли для уменьшения габаритных размеров использовать маленькие колеса велосипеда? Велосипеды с маленькими колесами давно уже не популярны в странах Западной Европы и, учитывая массовый характер использования велосипеда в быту, к этому решению.следует отнестись с доверием. Пока вряд ли стоит использовать для веломобиля другие колеса, кроме спортивного или туристического велосипеда. Правда, эти колеса требуют дополнительного усиления. Его можно добиться увеличением расстояния между фланцами втулки, что усиливает колесо в осевом направлении, а также увеличением диаметра и числа спиц в наборе колеса, которое способно выдержать боковое усилие до 1000 Н, правда, с упругой деформацией до 20 мм. Рациональный наименьший диаметр малонагруженных колес веломобиля составляет 0,5 м. Уменьшение диаметра колеса связано с неизбежным увеличением размеров шин, что, в свою очередь, приводит к увеличению сил трения о поверхность дороги. Веломобиль следует оснащать шинами спортивного велосипеда, накачанными до давления 0,63–0,75 МПа. Сходимость колес оказывает существенное влияние на силы сопротивления: так, уже при непараллельности плоскостей колес 0,01 сопротивление качения увеличивается почти в 2 раза. Боковые колеса веломобилей целесообразно крепить на консольной оси (рис. 6.10). В экспериментальном веломобиле В–5 была использована ось диаметром 15 мм с двумя самоустанавливающимися подшипниками, эквивалентный коэффициент трения которых 0,0015 (обычных шариковых подшипников 0,002). рис. 6.10. Конструкция консольной оси колеса с обгонной муфтой и барабаном для привода движения типа академической гребли Ступица колеса выточена из дюралюминия, ось — из качественной стали, утолщенный конец которой полый. Доказано, что при езде по хорошей дороге на трех или четырех колесах трение качения весьма близко к трению качения на двух колесах, если дорога ровная, а колеса параллельны.

Напряжения в раме веломобиля могут распределяться рациональнее, чем в велосипеде. Это объясняется тем, что в отличие от велосипедной рама веломобиля может представлять не плоскую, а пространственную конструкцию, имеющую большую жесткость как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Основные силы действуют вдоль рамы: это сила педалирования, достигающая максимального значения около 3000 Н. Главные соединения должны быть сварными. Первая рама нашего экспериментального веломобиля была сделана из отдельных дюралюминиевых профилей, соединенных болтами. Такая рама была жесткой в продольном и поперечном направлении, но имела недостаточную крутильную жесткость. Только жесткий веломобиль, как показал опыт, может двигаться прямолинейно и экономно использовать движения веломобилиста.

База веломобиля (расстояние между передней и задней осью) примерно вдвое короче автомобиля, поэтому максимальный угол поворота его колес составляет лишь 15–20°. Веломобиль управляется проще, чем велосипед, так как при его движении не затрачивается сила на поддержание равновесия. Крутые повороты веломобиль может преодолевать быстрее велосипеда, кроме того, он безопасен при торможении. Управлять веломобилем может даже человек, не владеющий навыками управления никаким другим транспортным средством. Понятно, что ездить сразу с большой скоростью нельзя, сначала нужно приобрести первые навыки управления при малой скорости движения, изучить особенности поведения веломобиля и, безусловно, правила движения. В управлении веломобилем могут принимать участие различные конечности и даже части тела человека: руки (кисть), ноги (стопа), корпус (спина). Возможно комплексное управление с одновременным участием, например, рук и ног. При движении с большой скоростью, что может быть обеспечено только за счет собственного иедалирования с большой частотой, козможен случайный поворот руля и ту или иную сторону и нарушение прямолинейности движения. Для того чтобы избежать этого, необходим привод с большим передаточным отношением. Кроме того, пригодна принципиально иная схема управления, которая не чувствительна к небольшим толчкам, но при необходимости может резко изменить направление движения веломобиля. В веломобиле, например, созданном в Массачусетском колледже, применен руль автомобильного типа. Как утверждают, он удобнее велосипедного. Однако наша практика нашла более рациональное с точки зрения эргономики решение в веломобиле В-8. В веломобиле, который движется благодаря педалированию, удобнее всего поза, при которой руки, лежат вдоль корпуса. При энергичной работе ног следует обеими руками крепко держаться за прочные ручки, установленные на жесткой конструкции рулевого управления. Движениями управления веломобилем становятся наклон кистей рук на прямолинейных участках дороги и дополнительный ручной привод, с помощью которого осуществляются более резкие повороты веломобиля. В системе управления веломобилем недопустим большой свободный ход. Рулевая тяга должна быть достаточно жесткой. Все эти требования удовлетворяются при использовании для тяги дюралюминиевой трубки, как это сделано, например, в моделях В–2, В–3 и В–5. Привод системы управления тросами вполне возможен, но только на малых скоростях движения, к тому же он менее надежен. Кроме того, требуется частое регулирование тросовой системы для устранения образовавшегося люфта из-за вытягивания тросов. По габаритным размерам веломобиль наполовину меньше самого маленького микролитражного автомобиля, поэтому ехать на нем удобно и по очень узким улицам. В принципе этот экипаж обладает большей маневренностью, чем любой автомобиль.

Веломобиль — скоростной экипаж, поэтому ему нужны эффективные тормоза. У низкого веломобиля вероятность опасного скольжения при торможении меньше, чем у велосипеда. Тормоза велосипеда недолговечны, и поэтому не очень надежны. Для веломобиля, видимо, более пригодны дисковые тормоза: они эффективнее, с их помощью можно тормозить даже в дождь. Управлять такими тормозами можно при помощи сравнительно простой гидравлической замкнутой эластичной системы, абсолютно герметичной, никогда не требующей пополнения тормозной жидкостью. Сконструировать и, главное, изготовить такую систему — отдельная задача, поэтому для упрощения решения этого вопроса пока рекомендуем применить тормоза спортивного велосипеда. Тормоза для боковых колес должны регулироваться таким образом, чтобы момент торможения был одинаковым на обоих колесах, в противном случае веломобиль при торможении может скользить в сторону. Для торможения передних и задних колес рекомендуется устанавливать отдельные тормозные ручки. Один из тормозов нужно снабдить фиксатором, как стояночный тормоз автомобилей. Практика показала, что тормоза нужны всем колесам веломобиля.

При посадке в спортивный веломобиль гонщик может пользоваться сидением, индивидуально выполненным согласно особенностям его телосложения. Такое сидение практически уже не может быть использовано другим веломобилистом. В данном случае речь идет о высокоэффективной подгонке сидения для обеспечения наилучших показателей педалирования. Возможен, конечно, вариант и более унифицированного сидения, в котором может достаточно удобно разместиться водитель любых антропометрических данных. Площадь контакта тела веломобилиста с индивидуальным сидением весьма велика, по сравнению с велосипедным седлом, и поэтому сидение может быть выполнено достаточно жестким. Мягкий вариант сидения рекомендуется для транспортных веломобилей, с целью обеспечения комфортабельной езды на возможных неровностях дорожного покрытия. При энергичном педалировании на максимальных скоростях мягкое седло деформируется и не обеспечивает жесткого упора. При езде полулежа быстро устает шея, поэтому необходима мягкая опора для головы. При езде по неровной дороге голову можно иногда приподнимать с опоры. Для изготовления каркаса сидения лучше всего использовать стеклопластик. Форма сидения должна копировать очертания тела. Сидение покрыть тонким слоем поролона или губчатой резины, а затем надеть на него чехол из толстой ткани. Подушка опоры для головы может быть закреплена на стальной гибкой ленте, амортизирующей удары. Положение опоры должно регулироваться. Общая масса сидения должна составлять не более 1–2 кг.

Необходимыми приборами веломобиля являются приборы скорости и пройденного расстояния. Микроэлектронный блок с этими приборами может иметь карманные размеры, а при необходимости легко снимается. В блоке могут быть часы и небольшой калькулятор для штурманских расчетов. Приборный блок полезно дополнить индикаторами биофизических параметров человека, например, измерителем пульса. Важно учитывать выполненную человеком работу, чтобы исключить гиподинамию и перенапряжение. Как известно, важна не только общая работа, но и то, как она выполнялась во время поездки. Полезно, если приборы будут суммировать показатели выполненной работы, определяемые временем движения и мощностью. Зная объем и интенсивность работы, каждый сможет задавать себе желаемую физическую нагрузку. Поскольку измеритель мощности потребует дополнительных датчиков, можно обходиться показаниями скорости; некоторая погрешность при этом будет вызвана влиянием ветра, пересеченной местности/ частыми остановками, и может быть частично учтена непосредственно самим веломобилистом. Полезно измерять частоту движений для своевременного переключения передач. Общий приборный блок может проверять состояние аккумуляторов, а также измерять температуру в кабине и за ее пределами, включать освещение и пр. Легкую каску можно дополнить и наушницами для звуковых индикаторов и стереомагнитофона. Для велосипедистов уже изготовляют удобный микромонитор в виде наручных часов, который может измерять пульс, оценивая проделанную физическую работу. Звуковой сигнал предупреждает велосипедиста о превышении заданных ранее параметров.

Для спортивных соревнований на веломобилях подходит обычная спортивная одежда: тренировочная хлопчатобумажная или шерстяная одежда, велосипедные трусы, носки и велосипедные туфли, оснащенные специальными креплениями к педалям, каска с козырьком для защиты глаз от солнца и капель дождя. В прохладную погоду желательно надевать тренировочные трикотажные брюки, в холодную погоду — дополнительную одежду и перчатки. Для спортивного веломобиля лучше всего иметь жестко прикрепленные к педалям специальные туфли, как это делается в современных трековых велосипедах. При длительных поездках в веломобиле желательно иметь дополнительную спортивную обувь, которой можно воспользоваться для разминки или кратковременного отдыха. Одежда в виде легкого непродуваемого комбинезона, наподобие горнолыжного, удобна для открытого веломобиля в холодное время года. Для езды в открытом веломобиле в дождливую погоду желательно создать непромокаемую легкосъемную одежду в виде очень легкого скафандра с хорошей вентиляцией. В г. Шяуляе комбинат бытового обслуживания создал немало моделей одежды для езды на велосипеде. Многие из них можно с успехом применять для езды на веломобиле.

Только испытания могут определить важнейшие параметры и качества веломобиля. Испытания веломобилей можно разделить на статические, динамические и дорожные. Статические испытания. Статические испытания вновь созданного веломобиля сводятся к определению окончательных его габаритных размеров, массы, базы, жесткостных и прочностных характеристик кузова, привода, колес и системы управления. Габаритные размеры играют нижную роль для паспортизации неломобиля и оценки возможности сто эксплуатации в условиях существующих велосипедных и вело-мобильных путей. Основными размерами являются: база — расстояние между осями передних и задних колес; длина, ширина и высота иеломобиля. Масса веломобиля и положение ее центра важны для определения статической устойчивости при опрокидывании. Для определения положения центра массы можно воспользоваться методикой, принятой в автомобилестроении: на опору высотой около 0,3 м устанавливают передние или задние колеса, при этом противоположные колеса ставят на весы. С помощью статических уравнений определяют положение и высоту центра массы. Устойчивость веломобиля проще определить по критической высоте подъема (высота, при которой веломобиль переворачивается), приподняв для этого за колесо веломобиль с человеком. Жесткостные характеристики кузова, рамы, системы рулевого управления и других несущих частей контролируют с помощью таких универсальных измерительных средств, как индикатор часового типа. Цель подобных измерений — определение податливости конструкций при воздействии на них статических нагрузок, близких к реально действующим. Прочностные испытания проходят, как правило, спицевые наборы колес, цепной привод и другие узлы, подверженные повышенным динамическим нагрузкам. Испытания рекомендуется проводить со статической нагрузкой, в 3 раза превышающей нормальную. Динамические испытания. Динамические испытания проводятся на ровном участке шоссе, с учетом всех мер безопасности, с разрешения ГАИ; скорость ветра во время испытания не должна превышать 1–2 м/с. Сопротивление качению определяется динамометрами при буксировке, в направлении туда и обратно, чтобы исключить влияние волнистости дороги. Во избежание аэродинамического сопротивления скорость веломобиля при этом не должна превышать 1 м/с. Длинный эластичный буксировочный шнур делает измерение силы значительно стабильнее. Можно выбрать и ровный участок дороги с небольшим уклоном, по которому веломобиль будет катиться сам со скоростью около 1 м/с. Тогда сила буксирования вверх будет удвоена по сравнению с горизонтальным участком. Интересно определить силу сопротивления качению при повороте, разном давлении в шинах. Сопротивление при движении с нормальной скоростью веломобиля определяется буксировкой с помощью эластичного длинного шнура за велосипедом, другим веломобилем или автомобилем. При этом делается сравнение с сопротивлением спортивного велосипеда.

Проще испытать сопротивление движению измерением скорости при качении веломобиля по инерции. Для этого на ровном участке шоссе длиной не менее 300 м делают отметки через каждую сотню метров. Измеряют время прохождения этих отрезков, результаты сравнивают с этим же параметром спортивного велосипеда. Чтобы исключить влияние профиля дороги, измерение можно прекратить, когда скорость снизится до 1 м/с. Аэродинамическое сопротивление подсчитывают вычитанием сопротивления качения из полного сопротивления. Для веломобиля указанные измерения осложняются малыми силами сопротивления, обычно не превышающими 20–30 Н. Требуются ровные участки дороги и точные измерения сил и скорости. Далее оценивают минимальный радиус поворота веломобиля по колее внешнего управляемого колеса, тормозной путь при движении со скоростью 30 км/ч, максимальный уклон, который преодолевает веломобиль, эффективность стояночного тормоза. Только после достаточной тренировки на данном веломобиле — не менее недели интенсивной езды — можно определить максимальную скорость веломобиля, измеряемую в двух направлениях: на дистанции 200 м с разгоном около 0,5 км. Определяют время, необходимое для достижения скорости 40 км/ч. Точность управления можно измерять при педалировании на максимальной скорости проездом через обозначенную краской полосу шириной, превышающей ширину колеи на 0,4 м. Дорожные испытания. Эти испытания имеют цель выяснить качество веломобиля в практических условиях. Многие параметры оцениваются водителем, при этом важно учитывать мнение многих людей с помощью приготовленной заранее анкеты. Определяется видимость из веломобиля, видимость и распознаваемость самого веломобиля для пешеходов и водителей других транспортных средств. Оценивается удобство управления, переключения передач, торможения, расположения приборов, эффективность вентиляции. Обращается внимание на акустические свойства и плавность езды. Для определения безопасности требуется провести испытания с ударом о препятствие (с манекеном) и переворот, испытание устройств защиты колес от бокового удара о выступающий край тротуара. Представительные результаты дорожных испытаний могут быть получены в различных соревнованиях по фигурной езде, спринту, шоссейной гонке и особенно многодневной гонке или пробегу. Окончательное суждение о веломобиле могут представить эксплуатационные испытания при различных дорожных и климатических условиях. Веломобиль представляет собой удобное средство для психофизических исследований водителя. Физические нагрузки могут создаваться на неподвижном тренажере. При движении веломобиль может везти немалое исследовательское оборудование. Между прочим, это транспортное средство удобно для исследователей и тренеров различных видов спорта: академической гребли, спортивной ходьбы, бега, велогонок. Типичные неполадки при испытаниях. Наиболее частый недостаток, выявляемый при статических испытаниях,— недостаточно жесткая рама на изгиб или кручение. Это сказывается на управлении, вызывает дополнительные механические и биомеханические потери. С этим связано и падение цепи — наиболее частая неполадка при езде.

Если веломобиль не обладает динамическим равновесием, при резком повороте руля происходит опрокидывание, которое, как мы отмечали, к счастью, для веломобилей В–1 и В–6 обошлось без последствий. Серьезная авария может произойти при неполадках в системе управления, как это отмечалось на гонках в Калифорнии. Мы обращали серьезное внимание на систему управления, поэтому отказов в ее работе не наблюдалось. Часто недостаточно эффективно срабатывают тормоза. Это случается из-за недопустимых перегибов в приводном тросе и плохого регулирования. Вообще говоря, велосипедный тормоз недостаточно надежен, требует постоянного контроля и внимательного регулирования. Как и в спортивном велосипеде, слабым звеном оказываются колеса и шины. При ударе о препятствие колеса деформируются и требуют замены или ремонта. Минимум один-два раза в сезон происходит прокол шины. Использование шин после ремонта нежелательно, особенно при скоростных испытаниях. В принципе веломобиль может быть исключительно надежен. Уже первая наша машина, изготовленная без должного опыта, совершала длительные пробеги общей протяженностью свыше 1000 км. Приборы и инструменты для испытаний. Для испытаний необходимо следующее оборудование: 1. Для измерения дистанций — рулетка на 10–20 м. 2. Для измерения времени — не менее двух секундомеров с точностью 0,1 с. 3. Для измерения трения качения и сопротивления движению — динамометры до 100 Н с погрешностью не более 1 Н с эластичным шнуром длиной не менее 5 м. 4. Для измерения жесткостных характеристик веломобиля, действующей силы эффективности тормозов — динамометр до 1500 Н с погрешностью не более 30 Н. 5. Для измерения деформаций — индикаторы перемещений часового типа с ценой деления 0,01 мм и механические фиксаторы к ним. 6. Для определения массы и ее распределения в веломобиле — весы и подставка для колес высотой около 0,3 м или динамометр до 1500 Н с погрешностью не более 30 Н. 7. Для определения скорости ветра — анемометр с погрешностью измерений не более 1 м/с. 8. Для определения наклона дороги — уровень на ровном длинном стержне. 9. Для обмера и определения параллельности (развала и схождения) колес — линейка. 10. Для проверки давления в шинах — манометр до 1,0 МПа. 11. Для сравнительных испытаний — спортивный велосипед высокого класса. ч 12. Средства безопасности: ремни безопасности, шлем, перчатки, знаки ограждения. Для более полных комплексных испытаний нужны различные биофизические приборы, измеряющие пульс, дыхание, температуру, усилия и частоту движений, потребление кислорода. Желательно измерение колебаний, оценивающее совершенство амортизации, шумомер для определения уровня и спектра шума в кабине.

ШОССЕЙНЫЕ СОРЕВНОВАНИЯ ВЕЛОМОБИЛЬ НА ВЕЛОТРЕКЕ ВЕЛОКАРТИНГ ТЕХНИЧЕСКИЙ СПОРТ ТУРИЗМ Веломобилизм может стать самым популярным видом занятий физической культурой и спортом. Ежедневная спортивная гимнастика или обычный бег трусцой со временем утомляет психику человека однообразием движения и окружающей обстановки, а также работой одних и тех же групп мышц. В этом отношении веломобили имеют значительные преимущества. Наряду с интенсивным движением и быстрой сменой окружающей обстановки применение мускульных экипажей может обеспечить тренировочную работу тела, начиная с простых (рис. 7.1, 7.2 и 7.3) и кончая удовлетворением самых изысканных вкусов и ощущений, испытываемых веломобилистом при управлении летающими или плавающими на подводных крыльях аппаратами. Буквально с первых дней своего существования веломобиль стал объектом различных соревнований, в которых оспаривались как технические достижения конструкций веломобилей, так и их скоростные возможности. С 1982 г. традиционные ежегодные фестивали велосипедной и веломобильной техники в г. Шяуляе стали смотром технического творчества растущей армии веломобилистов.

Шоссейные соревнования веломобилей в США проводятся с 1975 г. Для них обычно выбирается хорошая автомобильная дорога или автодром. Возможны соревнования и на городских улицах, требующие, однако, повышенных мер безопасности. Дистанции могут соответствовать расстояниям, применяемым в велосипедном спорте. Наиболее часто устраиваются скоростные заезды на дистанции 200 м с хода. Это вызвано тем, что веломобили при разгоне сначала обладают более медленным ходом, чем велосипеды. Для разгона же до максимальной скорости требуется 0,5–0,7 км. Время прохождения дистанции фиксируется электронным секундомером. Стайерские гонки, проводимые в США, включают часовую езду на автодроме и шоссейную гонку на 50 км. Старт дается по правилам гонок в Ле-Мане: посадка в веломобиль разрешается после стартового сигнала. В шоссейных соревнованиях, как отмечалось, достигнуты высокие скорости, значительно превышающие результаты велосипедистов. Условия участия в соревнованиях могут быть самые различные. В одних соревнованиях к стартам могут допускаться только спортсмены, а веломобили стандартного изготовления выдаваться им согласно предварительному жребию. В других соревнованиях непременным условием может быть участие спортсмена с личным веломобилем и такое соревнование уже становится смотром технического творчества. В одном заезде одновременно могут стартовать различные модели веломобилей. Лучшие варианты конструктивных решений получают дополнительные стимулы к совершенствованию.

Трек обеспечивает самое удобное и безопасное движение на соревновательных скоростях и удобство наблюдения спортивной порьбы. Трековые гонки очень популярны. Так, во Франции уже сейчас имеется 124 велодрома. В конце прошлого века хороших дорог было немного, и велотрек пользовался большей популярностью, чем шоссейные гонки, затем положение стало меняться. Чтобы увеличить интерес к соревнованиям на треке, стали проводить гонку за лидером, роль которого сначала выполняли многоместные велосипеды, а затем мотоциклы. Скорости велосипедов поднялись до 90 км/ч и более. Гонка за лидером в начале нашего века пала основной в программах многих соревнований. Сейчас на треках проводится более двух десятков пидов гонок на велосипедах. Популярность велосоревнований на треке в нашей стране оставляет желать лучшего. Веломобильныe скоростные гонки могут поднять интерес зрителей к велотреку. В свою очередь, велотрек может сослужить хорошую службу веломобилю. Здесь могут быть получены ценные результаты по устойчивости, динамическим качествам, управлению этими аппаратами, совершенствованию конструкции. Рис. 7.1. Тренажер для рук Рис. 7.2. Веломобиль с движением академической гребли (Япония, 1973 г.) Рис. 7.3.Веломобильсгребнымдвижением (Франция,1982 г.) Рассмотрим особенности езды веломобиля на велосипедном треке. На крытом треке тренировки можно приводить круглый год, независимо от погоды. Хотя проведенные нами первые зимние соревнования на шоссе в 1980 г. показали возможность организации состязаний веломобилей зимой, высоких результатов по снежному шоссе ожидать не приходится. В помещении трека воздух теплый, сухой, т. е. имеет небольшую плотность, абсолютно нет ветра, создаются идеальные аэродинамические условия. Великолепное покрытие трека нельзя и сравнивать с самым лучшим шоссе. Все это способствует достижению высоких скоростей движения. Однако при поворотах возникают центробежные силы. Если на 333-метровом треке при скорости 60 км/ч перегрузка составляет лишь l,32g, что практически незаметно, то при скорости 90 км/ч она возрастает до 2,2g. Резкое снижение аэродинамического сопротивления в энергетическом отношении делает езду на веломобиле близкой к езде велосипедиста за лидером. Скорость хорошо обтекаемого веломобиля может составить на велотреке и более 80–90 км/ч.

Наклонные поверхности трека предъявляют особые требования к устойчивости веломобиля. Московский олимпийский трек в Крылатском на поворотах с радиусом 32,2 м имеет наклон 43,5°. Здесь шоссейный рекордный веломобиль «Вектор» при неопытном спортсмене вряд ли смог бы удержаться от переворачивания. Для трекового веломобиля требуется значительно более высокая устойчивость. В нашем распоряжении не было достаточного опыта конструкторского обеспечения устойчивости веломобиля при любой скорости с тем, чтобы веломобиль скользил, но не переворачивался, как это обеспечивается в гоночных легковых автомобилях. Кроме закрытых, более быстрых веломобилей на велотреке с успехом можно использовать открытые веломобили, в которых зрители будут лучше видеть спортсмена. Скорость открытых веломобилей также будет превышать скорости велосипедов. Конечно, от первых трековых веломобилей трудно сразу ожидать больших скоростей. Напомним, что на первой олимпиаде в Афинах (в 1896 г.) чемпион популярных уже велосипедных гонок на. треке на дистанции 500 м с хода развил максимальную скорость лишь 49,95 км/ч, а на дистанции 10 км — только 33,5 км/ч. Первые трековые веломобили с первых стартов превысили эти скорости. 13 мая 1983 г. на Клайпедском велотреке автором были проведены экспериментальные заезды в трековом варианте веломобиля В-8Т. Скорость, показанная на 200 м с хода, в первом заезде составляла 50 км/ч. Веломобиль В-8Т спереди был снабжен двумя опорными боковыми колесиками диаметром 100 мм. При наклоне 36° веломобиль обладает статической боковой устойчивостью, потенциальными возможностями достижения больших скоростей и безопасностью для спортсмена.

Картинг — спорт смелых и ловких людей. Заметим, что со стороны скорость движения картов кажется очень большой, но это только внешнее впечатление. На самом деле скорости здесь около 50 км/ч и только на прямых участках они возрастают до 80 км/ч. Можно заметить, что на крутых поворотах скорость экипажа ограничивается не мощностью двигателя, а коэффициентом сцепления, который обычно не может превышать единицы. Максимальная скорость движения при радиусе поворота в 3 м составит всего 19 км/ч, а при радиусе поворота в 6 м — 27,6 км/ч. При повороте момент боковой центробежной силы во избежание опрокидывания веломобиля не должен превышать момента силы тяжести. Очевидно, что трассы картинга можно с большим успехом использовать иначе. Мы предлагаем идею картинга без мотора. Велокарт без шума и загрязнения воздуха может преодолевать километровый участок со скоростью, лишь немного уступающей мотокартам-. Зато возрастает истинная спортивность соревнований, в которых решающую роль имеет физическая подготовка спортсмена, а не доводка мотора. Велокарт можно представить в виде легкой тележки с полулежачим (на спине) положением спортсмена. При этом его ноги прикрепляются к педалям, а руками он держится за неподвижные рукоятки, на которых находятся и тормозные рычаги. Человек в автомобиле или на велосипеде автоматически наклоняется в сторону поворота, чтобы противодействовать центробежной силе. Вполне естественно это движение использовать для управления. Сидение, которое наклоняется при повороте, должно быть связано с рулевым механизмом. Это освобождает руки и ноги для более эффективной работы. Велокарт может сослужить хорошую службу веломобилю. На нем удобно испытывать новые конструкции привода и управления, он поможет увеличить устойчивость веломобиля. В отличие от мотокарта велокарт можно использовать для обычной езды как веломобиль, он также подходит для демонстрации различных трюков, вроде автородео (на нем, например, можно ездить на двух боковых колесах). Велокарт интересен и на велотреке. На наклонном вираже можно совершать стремительную езду, слегка напоминающую высший пилотаж. Такие выступления велокартов могут внести интересное разнообразие в трековые соревнования.

Веломобиль — это принципиально новая машина, настоящая находка для любителей техники. Сочетая различные движения, можно создать неожиданные конструкторские решения, эффектные формы, достичь значительных скоростей. Вместе с тем веломобиль — одна из самых простых транспортных машин, которую сделать легче, чем, например, мотоцикл. Для его производства в индивидуальных условиях не нужно больших средств и специального оборудования. Необходимы обычные механические мастерские со сварочным аппаратом, детали спортивного велосипеда и некоторое количество других материалов. В школах, техникумах и профессионально-технических училищах, в кружках любителей техники есть все возможности для конструирования и изготовления экспериментальных веломобилей. Испытывать их и ездить на них — очень интересно, это прекрасная плата за работу и время, затраченные на их изготовление. Вместе с тем надо помнить, что это быстрые машины, поэтому нельзя забывать о безопасности при езде на них. Нельзя допускать испытания веломобилей на автомобильных трассах. При испытаниях нужно надеть шлем, перчатки, одежду мотоциклиста, так как при падении или при скольжении по асфальту можно получить травму. Неиспытанная машина иногда ведет себя совершенно неожиданно. Например, однажды наша группа, смонтировав веломобиль, обнаружила, что руль должен вращаться в противоположную сторону!.. При современном уровне развития техники и технологии можно конструировать веломобили с превосходными техническими характеристиками и с заранее установленными свойствами и областями применения. Достижение высочайшего уровня технической реализации идей веломобиля и является содержанием технического веломобильного спорта. Здесь нет, точнее практически нет, никаких ограничений творчества, хотя в отдельных случаях условия могут быть ограничены регламентом того или иного традиционного или однажды организованного соревнования. Сейчас, на заре веломобилизма, наиболее впечатляют рекордные достижения различных мускульных машин на земле, на воде и в воздухе. Остановимся на некоторых из них с тем, чтобы показать широту творческой мысли и необычность конструктивных решений, показанных в различных частях .света в разные времена. В 1505 г. Леонардо да Винчи нарисовал эскиз машины с машущими крыльями. Шестнадцать лет он посвятил изготовлению летающего аппарата, приводимого в движение силой мышц, которому так и не пришлось взлететь. Хотя машущее крыло аэродинамически эффективно, для его движения нужна сложная траектория, угол атаки вдоль крыла должен быть переменным. Поэтому летательные аппараты — орнитоптеры, на которых можно подняться только с помощью силы мышц — и сейчас не слишком реальны. Интересно, что Леонардо да Винчи предложил еще один летательный аппарат — вертолет. Совершим небольшой экскурс в более позднюю историю.

В 1897 г. И. Быков предложил проект вертолета-велосипеда. Два года спустя техник-самоучка Н. Митрейкин сделал подобный аппарат, который пролетел 10 м. В 1890 г. велосипед-самолет сделал В. Герман, а в 1904 г. безуспешно пытался подняться в воздух Шульц. Авиаторы братья Райт имели велосипедные мастерские и, видимо, там делали свои самолеты. В начале XX в., используя велосипед, различные крылья и другие конструкции, проводил испытания Н. Жуковский. В 1912 г. французская фирма «Пежо» определила приз в 10 000 франков тому, кто с помощью только своих мускульных сил пролетит 10 м в одном и обратном направлениях. В конкурсе, организованном фирмой «Пежо», принимало участие 30 аппаратов, но премию так никому и не вручили (рис. 7.4). Через девять лет ее забрал гонщик-велосипедист Г. Пулен, который летел на велосипеде-биплане. В 1929 г. Г. Краузе на спроектированном А. Липишом орнитоптере пролетел 270 м, приводя в движение тоненькие крылья с помощью ног. В 1935 г. в Новочеркасске С. Ченчиковский к типовому планеру Г&$150;9 приделал винт, приводимый в движение педалями. После разгона с помощью резиновой катапульты он летел с помощью вращающегося винта. Сам аппарат подняться не мог. Рис. 7.4. Один из участников конкурса Пежо на летающем аппарате (1912 г.) Итальянцы Боси и Бономи сделали велопланер с двумя приводными винтами. Им удалось пролететь 895 м, но стартовали они тоже с помощью катапульты. В том же году несколько удачных полетов совершили немцы. Аппарат поднялся и на высоте 5 м пролетел 200 м. Сил у пилота хватило только на 20 с. Интересно, что он работал не’ только ногами, но и руками. В 1938 г. велопланер фирмы «Юнкере» пролетел 234 м. В самом начале для старта также пользовались катапультой, позднее самим пилотам удалось оторваться от земли, но в полете они смогли быть только 10–15 с. В 1959 г. В. Бойцов поднялся со своим аппаратом примерно на высоту 4 м и пролетел около 70 м; он взлетел, разбегаясь с горы. В том же году английский промышленник Кремер в рекламных целях назначил приз в 5000 фунтов стерлингов тому, кто облетит две мачты, расстояние между которыми составляло полмили (804 м); высота полета на. старте и финише должна быть не менее 3 м. В 1973 г. для стимулирования технических поисков приз Кремера был увеличен до 50 000 фунтов стерлингов. В 1961 г. студенты Саутемптона сделали из ели и березы велопланер «Сумпак». Его масса 60 кг, размах крыльев 24 м. На планере удалось пролететь несколько сот метров. Через неделю планер фирмы «Де Хевиленд» повторил полет «Сумпака». В 1961 г. ирландец Нонвейлер соединил двухместный велосипед с двухместным планером. Аппарат поднялся на высоту 8 м и пролетел 2 мин. В 1962 г. Дж. Уимпен добился рекорда: пролетел 908 м по прямой. Его «Паффин», проделав примерно 90 полетов, сломался от сильного ветра. Потом было изготовлено еще два подобных аппарата. В 1972 г. Дж. Поттер из бальзы и алюминиевой фольги сделал «Юпитер».

Поднявшись на этой машине на высоту 7 м, он пролетел рекордное расстояние по прямой — 1171 м. В 1976 г. студент Нихон-ского университета Т. Като на велопланере «Аист» пролетел 2193 м, почти вдвое превысив мировой рекорд. Конструкторы делали «Аист» 11 лет, девять первых моделей были неудачными. Масса рекордной машины 37 кг, размах крыльев 21 м, каркас сделан из бальзы и бумаги. Но японцы летели по прямой, поэтому приз Кремера не был выигран. Летать человеку при помощи собственных сил — задача очень трудная. Нужна виртуозная техника. Студенты одного американского колледжа при помощи ЭВМ рассчитали оптимальные данные велопланера: Число мест ………2 Размах крыльев, м …… 24,4 Масса, кг ……… 87 Диаметр винта, м ……….3,6 Мощность (кВт) при скорости 30–35км/ч (двачеловека развивают 0,6 кВт) …………………0,5 Цена, долл ……… 25 000 В 1977 г. инженер д-р П. Мак-Криди из Пасадены (США) за 11 месяцев сконструировал вело-планер «Паутинный кондор». Размах его крыльев 30 м (как у реактивного лайнера), а масса только 35 кг, диаметр винта 3,7 м, скорость в воздухе 17–20 км/ч, минимальная скорость — около 11 км/ч. «Кондор» изготовили из дюралюминия, гофрированного картона, рояльной проволоки, покрыли прозрачной пленкой из майлара. Хотя габаритные размеры аппарата гигантские, масса его удивительно мала. Аппарат очень хрупок. Его может сломать даже слабый ветер, скорость которого равна скорости идущего человека, поэтому испытатели летали в тихие часы зари. Во время испытаний рядом с машиной бежали люди, чтобы при внезапном усилении ветра поймать аппарат и не дать ему сломаться. Пилот Б. Аллен крутил педали с частотой от 60 до 90 об/мин. Полет длился 7 мин 28 с, из которых 6 мин 22 с Б. Аллен был на требуемой дистанции в виде восьмерки. Приз Кремера был взят. «Кондор» выполнил более 400 полетов, видимо, больше, чем все подобные аппараты вместе взятые. С марта 1977 г. велопланер пробыл в воздухе 6,5 ч, самый длительный полет продолжался 8 мин. Приз был завоеван после десяти попыток. Б. Аллен считает, что до «Кондора» успешно летало от 30 до 40 подобных аппаратов и что такие самолеты не будут иметь практического применения. Успех П. Мак-Криди решило и то, что большинство деталей его аппарата было унифицировано. Он мог не только быстро отремонтировать аппарат при его поломке, но и модифицировать конструкцию, заменяя одни детали другими. Самой совершенной оказалась двенадцатая модификация. Создатель «Кондора» П. Мак-Криди — видный специалист аэродинамики. Еще в детстве он занимался авиамоделизмом, был чемпионом мира в планерном спорте, лучшим дельтапланеристом США. Бриан Аллен—хороший гонщик-велосипедист и дельтапланерист. Старая мечта людей летать при помощи собственной силы осуществилась. Велопланеры — эксперимент высокого спортивного и научно-технического класса. Достигнуты показатели необычайной легкости и аэродинамики конструкции. Однако аппараты эти очень большие, хрупкие, сложные и дорогие.

Французский журналист, участвовавший в испытаниях велопланеров, писал: «Это очень интересно, но не дает пользы, опасно и не очень серьезно». Все же Б. Аллену на втором аппарате «Паутинный альбатрос» в 1979 г. удалось перекрыть Ла-Манш и взять еще один приз Кремера, на этот раз в 200 000 долларов. Аппараты Мак-Криди — несомненно большое достижение в техническом спорте. Для продолжения и стимулирования работ в этой области Кремер установил еще один приз за достижение скорости 32 км/ч при полете по треугольной дистанции в одну милю (1609 м). Велопланер «Альбатрос» летел со скоростью 18 км/ч (рис. 7.5). Приз все еще ожидает своего владельца. Рис. 7.5. Велопланер «Альбатрос» П. Мак-Криди (1979 г.) Мыпреднамеренноостановились на использовании мускулов в воздухе, поскольку о достижениях на земле мы уже говорили в предыдущих разделах книги. Теперь несколько слов о водных экипажах. Чтобы повысить скорость движения, конструкторы обращаются к использованию подводных крыльев. Свою дипломную работу посвятил этому англичанин И. Оуэрс. Полного выхода лодки на крылья достичь пока ему не удалось (рис. 7.6). Зато другому аппарату на гонках в Калифорнии после выхода на эффективный гидродинамический режим крыльев (рис. 7.7) удалось достичь скорости 18 км/ч. Рис. 7.6. Одноместная педальнаялодкана подводных крыльях, Англия, 1983 г. Рис. 7.7. Мускульный экипаж С. Хегга на подводных крыльях, США, 1984 г. Читатель, несомненно, согласится с автором в том, что технический веломобильный спорт имеет неограниченные возможности и благодарные перспективы своего развития.

Веломобильный туризм может стать именно тем видом туризма, который устранит существенные недостатки пешего и велосипедного туризма и придаст туризму этого рода такие новые качества, как комфортабельность движения и обитания в кабине веломобиля, защита от непогоды и возможность транспортировать туристское снаряжение на багажнике или прицепе. Для веломобильного туризма так же, как для всех видов немоторизованного туризма, остается главным тот факт, что турист передвигается за счет собственной мускульной энергии. Необходимо отметить понятные на данный период трудности веломобильного туризма: отсутствие организованной системы веломобильного движения, качество автомобильных трасс не всегда соответствует требованиям веломобильного транспорта, а второстепенные дороги нуждаются в ряде случаев в улучшении дорожного покрытия.