Давай изобретём веломобиль / Вернуться на главную

 


Биотранспорт будущего

На земле, на воде и в воздухе

Чтобы улучшить скоростные качества самолетов, автомобилей, мотоциклов, наконец, даже лыжников и конькобежцев, успешно используют принципы аэродинамики. А вот конструкторы транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой человека, до недавнего времени аэродинамику как будто игнорировали. Это тем более странно, что для таких транспортных средств сопротивление воздуха — основной тормозящий фактор.

При скорости велосипеда 30 км/ч лобовое сопротивление воздуха составляет 80% суммарной силы торможения. Достаточно взглянуть на велосипед, чтобы убедиться, что за столетие его форма практически не изменилась. Велосипед модели «Ровер сейфти», появившийся в Англии в 1885 году, мог бы легко сойти за современный. До настоящего времени главным средством борьбы с сопротивлением воздуха остается полусогнутая поза велосипедиста.

Увеличить...

Одной из причин пренебрежения законами аэродинамики явился запрет Международного союза велосипедистов на использование в соревнованиях обтекателей и лежачих велосипедов. Этот запрет был принят в 1938 году и действует до сих пор. Он надолго задержал развитие высокоскоростных велосипедов и явился одной из причин, по которой велосипед оставался почти неизменным столь длительное время.

В 1976 году ограничения на улучшение аэродинамических свойств велосипеда были лишь несколько смягчены. С этого времени велогонщикам разрешили облегающие комбинезоны и обтекаемые шлемы, допущены к соревнованиям велосипеды с каплевидным сечением трубок, обтекаемыми рукоятками тормозов и другими конструктивными элементами с улучшенной аэродинамикой. Однако в том же 1976 году была основана Международная ассоциация по развитию транспортных средств, использующих мускульную силу человека.

Она ежегодно проводит соревнования веломашин, не накладывая каких-либо ограничений на их конструкции, применение обтекателей, позы и даже количество велогонщиков. Скорости все больше усложнявшихся веломашин стали быстро возрастать, хотя во всех высокоскоростных конструкциях сохраняется круговое движение ног при вращении педалей, которое остается наиболее эффективным методом передачи энергии от человека к машине.

Увеличить...

В 1981 году одноместный веломобиль «Вектор-сингл» с легким обтекаемым кузовом из стеклопластика, разработанный американским конструктором космической техники Алланом Войгтом, на коротком участке пути с разгона развил рекордную скорость 95,4 км/ч. В 1986 году на улучшенной модификации «Вектора» был достигнут непревзойденный пока результат 105,3 км/ч. Среди двухместных экипажей рекордсменом, перешагнувшим стокилометровый рубеж, остается уже упоминавшийся «Вектор-тандем».

Советские спортивные веломобили «Вильнюс» и «МАДИ» развивают скорость 60—70 км/ч. Теоретически скорость веломобиля с обтекаемым кузовом может превысить 120 км/ч, в то время как рекордная скорость спортивного велосипеда не превосходит 69 км/ч. До недавнего времени самыми быстроходными средствами передвижения по воде, использующими мускульную силу человека, были так называемые академические гребные лодки, получившие широкую известность благодаря Олимпийским играм и другим престижным соревнованиям.

Такие лодки с командой из 8 человек на традиционной 2000-метровой дистанции развивают максимальную скорость до 12 узлов (1 узел равен 0,5 м/с). Исследования и конструкторские разработки последних лет показали, что плавающие аппараты, снабженные велоприводом, могут значительно превзойти этот уровень. Американцы Алек Брукс и Аллан Абботт создали именно такой одноместный скоростной аппарат «Летучая рыба II» с двумя подводными крыльями, па котором нужно крутить педали как на велосипеде или в веломобиле. Велосипедная цепь проходит внутри полой стойки и связывает педали с высокоэффективным гребным винтом.

Увеличить...

Боковые поплавки обеспечивают устойчивость «Летучей рыбы» в покое и на низких скоростях движения. Достигнув скорости 6 узлов, аппарат отрывается от воды и скользит на подводных крыльях. Глубина погружения подводных крыльев контролируется автоматически с помощью специальной лопасти, скользящей по поверхности воды. Часть конструкции «Летучей рыбы», находящаяся над водой, напоминает велосипедную раму.

В 1986 году Аллан Абботт — один из авторов «Летучей рыбы II» на дистанции 2000 м показал время 6 мин 39,44 с, то есть на 10 с улучшил время, показанное чемпионом мира на академической байдарке-одиночке. Спринтерскую дистанцию 250 м при старте с ходу «Летучая рыба» преодолела за 38,46 с, достигнув скорости около 13 узлов.

Различные зарубежные фирмы и любители-одиночки конструируют одно- и многоместные лодки и катамараны с велоприводом, которые движутся быстрее, чем аналогичные гребные лодки, и, кроме того, обладают хорошими мореходными качествами. Предполагают, что такие аппараты смогут перевозить достаточно большие грузы, развивать скорость до 20 узлов и станут весьма популярными как средства развлечения, отдыха и спорта на воде.

Увеличить...

В течение многих веков человек мечтал научиться летать, подобно птице, используя свою мускульную силу. Но только в последнюю четверть века, уже после появления сверхзвуковых самолетов и космических кораблей, летательные аппараты с мускульным приводом обрели право на существование. Тысячелетняя мечта начала воплощаться в реальность. Это стало возможным благодаря достижениям в трех областях: аэродинамике, конструировании движителей и технологии конструкционных материалов.

За рубежом создание самолетов с мускульным приводом стимулировали состязания, финансировавшиеся различными организациями и частными лицами. Наиболее известные состязания связаны с именем английского промышленника Г. Кремера. В 1959 году он учредил приз в 5000 фунтов стерлингов для того, кто первым, используя только мускульную силу, пролетит одну милю по маршруту в виде «восьмерки». Лишь спустя 18 лет, когда величина приза возросла в 10 раз, американец Бриан Аллен описал заветную «восьмерку» на мускулолете «Паутинный орел», сконструированном Полем МакКриди.

Позднее Кремер назначил самый большой приз в истории авиации — 100 тысяч фунтов стерлингов — за перелет на самолете с мускульным приводом через пролив Ла-Манш. И на этот раз победителями стали МакКриди и Аллен. 12 июня 1979 года, вращая педали мускулолета «Паутинный альбатрос», Аллен преодолел расстояние 33 км и пересек пролив.
«Орел», «Альбатрос» и несколько десятков других, построенных в разных странах мускулолетов были громоздкими хрупкими аппаратами, которые становились неуправляемыми даже при небольшом ветре. Их успешные полеты не привели к распространению самолетов с мускульным приводом.

В 1983 году Кремер финансировал новые состязания, чтобы стимулировать создание более скоростных, более легких и практичных летательных аппаратов. На этот раз было поставлено условие пролететь по маршруту в виде треугольника длиной 1500 м быстрее, чем за три минуты, то есть со скоростью около 30 км/ч. В мае 1984 года этот приз выиграл Ф. Скарабино, который пилотировал самолет «Монарх», спроектированный и построенный в Массачусетском технологическом институте. Длина «Монарха» около 12 м, размах крыльев 18 м.

Пилот приводит аппарат в движение, вращая педали, которые через цепную передачу соединены с пропеллером. В крейсерском режиме пропеллер делает примерно 210 об/мин. При затратах мощности 0,5 л. с. самолет достигает скорости 30—35 км/ч. Необходимую для взлета дополнительную мощность дает электромотор, питаемый от аккумуляторной батареи. Пилот заряжает батарею перед полетом, вращая с помощью педалей генератор. В полете ручкой управления он заставляет самолет поднимать и опускать нос, крениться и поворачивать.

В конструкции «Монарха» использованы сверхлегкие и сверхпрочные композиционные материалы на основе углеродных волокон и эпоксидных смол. Обтекатель выполнен из прозрачного пластика. Вдохновленные успехом инженеры и исследователи МТИ приступили к осуществлению проекта «Дедал», названного так в память о мифологическом герое Древней Греции. Дедал — искуснейший архитектор и скульптор, создатель легендарного дворца-лабиринта царя Миноса для чудовищного минотавра. Но главным подвигом, который прославил Дедала в веках, стал его знаменитый полет.

Спасаясь от жестокого Миноса, у которого он много лет находился в заточении, Дедал из перьев, ниток и воска (он не успел освоить технологию современных углепластиков) сделал четыре больших крыла — два для себя и два для своего сына Икара. Изобретатель привязал крылья на спину, взмахнул и поднялся в воздух. Отец вместе с сыном улетели с острова. Однако, забыв о предупреждении отца, Икар поднялся слишком высоко и упал в море, когда солнечный жар растопил воск. Дедал же успешно преодолел пространство над водой.

Сумеют ли современные дедалы на педальном самолете с мускульным приводом пролететь по легендарному маршруту длиной 110 км с острова Крит до материковой Греции? Ведь это расстояние в три раза больше, чем дистанция, которую преодолел «Паутинный альбатрос». Исследования, расчеты и испытания показывают, что — сумеют. Около года исследователи потратили на подробное изучение метеоусловий в районе Крита и наконец пришли к выводу, что, по крайней мере теоретически, полет на мускулолете по предложенному маршруту возможен.

Гораздо больше, чем конструкция летательного аппарата, всех волновал вопрос о том, способен ли человеческий организм выдержать напряженнейший ритм работы в течение нескольких часов. К работе привлекли медиков, которые поставили серию экспериментов для определения необходимых физиологических параметров будущего пилота «Дедала». В них участвовали лучшие американские атлеты: марафонцы, велосипедисты, пловцы, однако нужного им человека создатели мускулолета нашли совершенно случайно.

Им оказался 27-летний студент-медик Глени Триммль ростом 170 см и весом 68 кг. После обработки результатов медицинских обследований оказалось, что Триммль способен развивать самую большую удельную мощность. Как известно, отношение мощности к массе — главный параметр, по которому в авиации оценивают двигатели.

Для начала в МТИ построили прототип будущего «Дедала» под названием «Легкий орел». Аппарат весит около 40 кг при размахе крыльев 31 м. В январе 1987 года Триммль поднял его в воздух с военно-воздушной базы Эдварде в Калифорнии, преодолев расстояние в 60 км на высоте 1,8—2,4 м со средней скоростью 24 км/ч. Рекорд дальности полетов на аппарате с мускульным приводом был перекрыт.

После рекордного полета на «Легком орле» Триммль продолжал интенсивно тренироваться. Но судьбе было угодно, чтобы повторил легендарный подвиг соотечественник Дедала. Весной 1988 года греческий велогонщик Канеллос Канеллопулос на 40-килограммовом «Дедале» с размахом крыльев 34 м за 4 ч пролетел 119 км между островом Крит и Санторином, поставив непревзойденный пока рекорд человеческой выносливости.
А что же Мак-Криди? Неужели без борьбы уступил пальму первенства конструкторам из МТИ?

Нет, он построил самолет «Вызов солнцу», на крыльях, элеронах и хвостовом оперении разместились солнечные панели. В 1981 году солнцелет, поднявшись на высоту 3350 м, преодолел 261 км между Парижем и городом Кентербери в Англии. Впереди — перелет через Атлантический океан. Ученые считают, что в будущем усовершенствованные летательные аппараты с мускульным приводом смогут решать многие практические задачи, которые сейчас под силу только сверхлегким легкомоторным самолетам.

Назад | Содержание | Далее
 

 

 

2011. Давай изобретём веломобиль.