Веломобиль, лигерад и другие транспортные средства с мускульным приводом - Веломобили и лигерады

Перед тем. как вы решите построить веломобиль с полным обтекателем, сперва вы должны определиться с тем, для каких целей вам ружен обтекатель. Конструкция обтекаемого веломобиля, используемого для поездок по делам, в магазин и в компании друзей, кардинально отличается от той, которая создана только для скорости. Поэтому я опишу три основных типа: практичный веломобиль, веломобиль для клубных гонок и гоночный стримлайнер.

Об основных принципах конструирования обтекаемых веломобилей

By Warren Beauchamp 12/17/03
Перевод Халикова Олега 20.11.09

Я, своего рода, обеспокоен появлением некоторого количества проектов HPV, которые получились плохими и никогда не будут использованы или будут использованы только насколько раз. Одной из задач сайта WISIL является обеспечение достаточным количеством информации о том, как построить хороший обтекатель, который будет работать достаточно хорошо с первого раза. На этой странице я приведу несколько мыслей, советов и рекомендаций по постройке обтекателя гоночного веломобиля.

Типы транспортных средств
Перед тем. как вы решите построить велосипед с полным обтекателем, сперва вы должны решить, что вы для этого используете. Конструкция веломобиля, используемого для поездок по делам, в магазин и в компании друзей, кардинально отличается от той, которая создана только для скорости. Поэтому я опишу три основных типа обтекаемых веломобилей

1. Практичный веломобиль
2. Веломобиль для клубных гонок
3. Гоночный стримлайнер

И еще я расскажу о двух главных составляющих этих веломобилей - обтекателе и раме.

Каждый райдер для каждой из трех различных конструкций сам устанавливает свои требования, которым транспортное средство должно удовлетворять

1. Практичный веломобиль

Подаляющее большинство из нас, лигерадоголовых, хочет иметь скоростное транспортное средство, на котором можно рассекать в окрестностях дома с большой скоростью и вливаться в трафик без проблем. К сожалению, этого не случится. Все что мы можем - это построить легкий, достаточно защищенное от дождя транспортное средство, которое позволит ездить со скоростью в районе 50 км/ч. Веломобиль может быть и двух, и трехколесным, и каждый из вариантов имеет свои плюсы и минусы.

Рама
Рекомендуется в этом типе веломобилей использовать сиденье высотой с сиденье автомобиля, то есть 40-45 см. Спинка сиденья будет достаточно вертикальной - 45 градусов, чтобы иметь возможность разворачивать корпус для обзора вокруг. Экстремально откинутые спинки сидений не позволят посмотреть назад, что станет причиной непросматриваемых зон. В качестве рам можно использовать готовые фабричные лигерады и трайки. На тих конструкциях каретка должны быть выше сиденья, чтобы уменьшить высоту корпуса. Подходит большинство фабричных трайков, но те. которые с более узкими колеями подходят лучше. Полу-лужачие лигерады типа Challenge Jester могут использоваться с положениями спинок, выставленными максимально вертикально, насколько позволяет регулировка. Рули типа "кочерга" ("tiller steering") должны быть максимально укорочены или вовсе заменены другими рулями, всилу того, что в корпусе такой руль будет стукаться об стенки обтекателя в поворотах. Можно поставить руль с дистанционной тягой на подшипниках, или "T"-руль без выноса, или "U"-образный руль типа "супермэн". База должна быть по-крайней мере 120 см. Более короткая база будет тяжело управляться на больших скоростях. Трейл тоже важен, и обычно он должен быть как минимум 5 см (с прямой вилкой), чтобы байк нормально рулился на больших скоростях. Колесные диски рекомендуется ставить только на заднее колесо, так как с диском на переднем колесе при боковом ветре сдувает с дороги. Если планируется ездить под дождем, то стоит поставить крылья.

Трайк как основа
Трайк хорош, потому что стоя на месте он очень стабилен. Можно стартовать и останавливаться без необходимости ставить ногу на землю. Можно ездить по льду. К сожалению, из-за третьего колеса трайк получается чересчур широким, слишком медленным и тяжелым, и более дорогим по-сравнению с двухколесными собратьями. Наклоняющиеся трайки могут обеспечить управление на ходу как на двухколеснике, но стоять как трехколесники. Тадпол-трайки (2 колеса спереди) лучше рулятся на маленькой скорости, но на большой скорости имеют тенденцию к рыбоподобному раскачиванию хвоста. Дельта-трайки ведут себя на больших скоростях лучше, но повороты проходят не так предсказуемо, как тадпол-трайки.

Flevobike Versatile - хороший пример такого разъздного типа веломобилей.

Лигерад как основа.
"Лежачий" велосипед, как основа конструкции. хорош, потому что может быть сделан легким и быстрым. Для конструкции разъездного средства нужно будет или оставлять низ открытым, или делать бомбо-люки, чтобы опускать ноги на остановках. Обтекатель может быть уже чем у трайка и более обтекаемым. John Tetz's practical streamliners и Lightning F-40 - прекрасные примеры такого типа веломобилей.

Подвеска
Пока катаешься в полностью обтекаемом средстве по улице, особенно на скоростях выше 30 км/ч, начинаешь замечать, что трудно объезжать все дорожные неровности. Еще замечаешь, что байк на этих скоростях рулится по-другому. Без нормальной подвески катафоты дорожной разметки и ямки могут вызвать пробить колесо, а более крупные неровности уже конкретно подбрасывают в воздух. Для повседневного веломобиля подвеска нужна подвеска для безопасности и комфорта. Как минимум нужна передняя подвеска. К счастью, подрессоренные втулки Pantour hub делают подвеску проще.

Покрышки
Для повседневного веломобиля нужны покрышки пошире, типа Tioga comp pool. Они лучше сопротивляются проколам и делают езду более комфортабельной.

Обтекатель
Обткатель веломобиля должен быть разработан более с учетом управляемости, чем с расчетом на скорость. В основном коммьютеры получаются короче гоночных веломобилей, с округлыми боками и довольно короткими хвостами. Это делает такие байки менее восприимчивыми к боковым ветрам. Еще их легче перевозить, если понадобится. Веломобиль для повседневной езды должен быть короче 240 см, шириной с ваши плечи, и достаточно высок чтобы прикрыть ваш рот и трансмиссию веломобиля. Как и в любом обтекателе. нужно избегать плоских поверхностейи делать все изгибы плавными. Острые углы, типа буквы "V", например в обтекателе из сотового поликарбоната, который вообще дает очень маленький прирост скорости на прямиках, делают транспортное средство более чувствительным к боковому ветру. Хорошая идея закрыть все отверстия, типа вырезов для ног, которые нельзя сделать сплошными, каким-нибудь растягивающимся материалом с щелевыми прорезями для ног и отверстиями для головы. В короткобазниках нужно в основном закрывать прорезь для переднего колеса. Большие отверстия сверху или снизу обтекателя не только притормозят вас, но и "подхватят" боковой ветер.

Двери и обзор
В любой конструкции нужно хорошо обдумать то, как райдер будет залезать внутрь и вылезать наружу обтекателя. В основном, откидывающиеся верха и громадные боковые двери хорошо подходят. Еще так как райдер будет хоть иногда двигаться в потоке машин, важно обеспечить ему обзор на все 360 градусов. Обычно это означает конструкцию с открытым верхом. Обычно обтекаемые машины достаточно шумны изнутри, и если голова находится внутри корпуса, то бывает трудно услышать машины или окрики людей. Голова снаружи корпуса не такая уж проблема даже в непогоду, так как вырез для головы может быть достаточно мал, чтобы вода не проникала внутрь. Если голова промокнет. а тело нет, то вам все еще будет комфортно. Стандартная лыжная маска и очки позволят ездить даже в очень холодную погоду.

Свет
Повседневным веломобилям приходится ездить и по ночам. Освещенеи должно быть встроено в корпус обтекателя. Еще нужны поворотники и стоп-сигналы.

2. Клубный гонщик

Клубный гонщик - это транспортное средство, которое может быть иногда использовано для эпизодических поездок по городу, но в основном - для гонок HPV. В основном такие веломобили должны оснащаться как можно более быстрыми корпусами, но также должны "прилипать" к дороге в поворотах. Вес не так важен, но самые быстрые веломобили этой категории имеют вес до 30 кг. Меньше - конечно лучше, но эти машинки обычно строоятся с запасом по прочности в случае аварий.

Хорошо бы иметь дырку в корпусе напротив лица для обдува райдера свежим воздухом на скорости, что позволит оставаться райдеру свежим дольше на протяжении гонки и предотвратить перегрев, что очень неприятно.

Рама
В качестве основы для веломобиля этой категории подойдут лоуресеры с низкой кареткой. У большинства фабричных лоурейсеров довольно высока каретка, что подымет ступни в корпусе слишком высоко. Трайки не подходят для клубного гонщика. Еще можно сделать веломобиль с несущим обтекателем. Он включает в себя очень крепкую оболочку, а так же передний и задний интегрированные подрамники. Это важно, так как позволит уменьшить высоту обтекателя. Сиденье гонщика отрегулировано так, чтобы позволить ему видеть поверх коленей (и обтекателя). База веломобиля для клубных гонок должна быть в районе 120 см. Покрышки должны быть скоростными и высокого давления. Коротко- или длиннобазники одинаково хорошо подходят для Клубного гонщика, с небольшим приоритетом в сторону короткобазника.

Заднеприводные конструкции рулятся немного лучше, но переднеприводные могут быть быстрее по причине более эффективной посадки райдера и эффективности трансмиссии. Обычно нужно только 2 звездочки, прекрывающих большой диапазон передаточного отношения. Очень маленькая - для резкого укорения с места старта, и очень большая звездочка - для высокоскоростных заездов. Разница в 23 зуба может быть покрыта стандартным задним переключателем с длинной лапкой. Стоит поставить дисковые колеса. Низкорослые райдеры могут обойтись рукоятками руля, прикрепленными напрямую к выносу руля, но их более высоким товарищам нужно будет дистанционное управление. Руль-"кочерга" будет биться о стенки корпуса на малейших поворотах.

Трайки
Из-за того, что трайки обычно не могут проходить повороты на большой скорости, и обременены лишним весом и размерами в в иде третьего колеса, то они не рекомендуются для клубных гонщиков. Если вы ДОЛЖНЫ строить гонщика на основе трайка, помните, что тадпол-трайки (2 колеса спереди) лучше рулятся, а "дельты" (2 колеса сзади) лучше рулятся на больших скоростях по прямой.

Подвеска
Если вы думаете, что гоночные трассы будут ровными и гладкими как шелк, и для езды по ним подвеска не понадобится, то вы глубоко заблуждаетесь. Большинство гоночных треков и велодромов достаточно грубы, что заставит неподрессоренные колеса подскакивать в воздух и терять контакт с поверхностью, что вызовет падение при повороте на скорости и вынесет на отбойники. Бесподвесочные стримлайнеры "ловят воздух" на неровной дороге на скоростях выше 60 км/ч. Большинство гонок может быть выиграно "на поворотах". Если вам нужно притормозить перед поворотом, чтобы вы не упали и вас не вынесло на обочину, то кто-нибудь медленее вас на прямиках, но быстрее в поворотах, обгонит и выиграет гонку. Именно поэтому нужно иметь хотя-бы переднюю подвеску.

Покрышки
В основном, тонкие гоночные покрышки хорошо катят и аэродинамически выгодны. Но толстые покрышки лучше держат в крутых поворотах. Но тонкие покрышки типа Schwalbe Stelvio, похоже, тоже работают в поворотах достаточно хорошо.

Обтекатель
Обтекатель будет длинней и уже, чем у практичного веломобиля, обычно 2,7-3,0 м. Ширина тоже зависит от ширины плеч наездника, но на этот раз корпус будет плотно обжимать плечи! Высота аппарата должна быть минимальной, но должна позволять аппарату в повороте наклоняться по-крайней мере до 45, а то и до 50 градусов без касания обтекателем земли. Касание обтекателем земли является одной из самых частых причин падений веломобилей на гонках. Высота корпуса определяется высотой коленок. Ипользование "монокока" или несущего корпуса позволит сделать высоту корпуса минимальной, так как в этом случае нет ни цепи, идущей под сиденьем, ни рамы, ни креплений сиденья и в итоге можно опустить сиденье до минимума. Старт и остановка возможна без посторонней помощи, если оснастить веломобиль "бомболюками" или выдвижной "посадочной ногой". Обтекатель должен быть более вытянут в передней части, чем у повседневного веломобиля. Но, заметьте, что чем более вытянут нос у обтекателя, тем более чувствителен аппарат к боковому ветру. Аппараты с более округлыми боками не так чувствительны к боковому ветру, чем аппараты с плоскими боками. Всвязи с тем, что во время падений аппараты довольно долго скользят по асфальту на боку, имеет смысл сделать защитный пояс из кевлара. Этот материал не так быстро стачивается об асфальт. Еще в зоне скольжения можно применить поликарбонат или много слоев стеклоткани. Чтобы обеспечить меньший мидель и лучшую обтекаемость, имеет смысл уменьшить размеры педальной коробки. Это может быть достигнуто с применением коротких шатунов с маленьким Q-фактором со ссуженой кареткой. Шатуны короче 155 мм не рекомендуются ввиду того, что с дальнейшим уменьшением размера передаваемая через них мощность начинает падать. Оставьте в районе преднего колеса дырку в виде песочных часов достаточного размера, чтобы можно было развернуться на нормальной 2-х рядной дороге.

Двери и обзор
По правилам, катаясь на клубном гонщике вы должны влезать в корпус и вылезать из него без посторонней помощи, но необязательно для этого ставить ноги на землю. Если вы можете открыть и закрыть верхнюю часть обтекателя на ходу, и у вас достаточно низкие борта, и вы можете достать до земли рукой, то вам не нужны дверцы-бомболюки или "посадочная нога". Отметьте, что вам придется периодически сидеть на солнцепеке много времени, ожидая старта гонки, и имеет смысл иметь возможность по-бырому притянуть люк и закрепить его на месте. Верх обтекателя хорошо держится на защелках, типа DZUS Slide Latch fasteners . Для этого типа веломобилей нужен хороший обзор вперед и по сторонам. Для этого можно использовать дутый платиковый "пузырь" фонаря обтекателя.

Про правилам соревнований, нужны зеркала заднего обзора - и нормально будет поставить пару маленьких зеркал внутрь фонаря. Дистанционный обзор в виде камер, перископов не рекомендуется, так как во время гонки они не дадут достаточный угол обзора. В то же время, не мешало бы иметь камеру заднего вида, чтобы видеть, кто держится в аэродинамическом хвосте веломобиля в мертвой зоне.

3. Рекордный веломобиль

Рекордный веломобиль сконструирован без компромисов во всех отношениях. Обтекатель должын быть остр (не как иголка, конечно, больше на букву "С" похож), и постепенно расширяться до максимальной ширины в плечевой зоне. Такая конструкция обтекателя позволяет ламинарному слою длиться по максимальной длине поверхности. Длина должна быть меньше 3 метров, чтобы позволить поверхности быть как можно более монолитной.

Конструкция должна быть как можно более низкой, но все еще позволять наклоняться по-крайней мере на 20 градусов от вертикали, чтобы веломобиль мог сопротивляться боковому ветру без падения. Колеса должны быть заделаны в обтекатели, или размешены в главном обтекателе. Обязательное использование дисков на колесах. Такие аппараты должны быть максимально заделаны и заклеены липкой лентой, но нужно оставить небольшие отверстия в передней части корпуса, чтобы дать гонщику немного свежего воздуха.Некоторые конструкторы заполняют колеса неким материалом внутри дисков, чтобы полностью исключить "бултыхание" воздуха внутри дисков.

Рама
Рамы гоночных лигерадов очень сильно различаются конструктивно. Рекомендуются несущие корпуса, чтобы уменьшить высоту корпуса до минимума. Передний привод используется безоговорочно, чтобы сделать привод максимально легким и простым. Используются максимально узкие и короткие шатуны (до 145 мм), чтобы уменьшить пространство движения ног до минимума. Углы наклона сидень могут быть довольно вертикальны для лучшего приложения сил во время спринта. Множество гонщиков пробовало самые разные линейные приводы, но ни один из них не работал так эффективно, как обычный "круглый" привод. Другой привод, как, например, K-drive (Kingsbury) с дополнительными цепями чтобы сделать движение педали элептическим, хорошо подходит, чтобы уменьшить высоту корпуса, но добавляет сложности и ширины из-за своей конструкции. Говоря о вещах, которые не работают нормально. вы можете потратить кучу времени, чтобы заставить велосипед с задним поворотным колесом вообще ездить. На больших скоростях они плохо управляются. Прон-велосипеды хороши для спринтов, но не для больших дистанций..

Трайки
Если вы ВЫНУЖДЕНЫ строить трайк, то дельтатрайки подходят для скоростей лучше. Сделайте два отдельных обтекателя для задних колес и поместите их по-крайней мере на несколько футов чтобы уменьшить влияние их на обтекаемость корпуса.

Подвеска
В основном, на рекордных аппаратах подвеска не нужна. nОбычно дороги, где ставятся рекорды, ровные и гладкие, а подвеска может немного отнять скорости при разгоне.

Покрышки
Найдите самые лысые и тонки покрышки, какие только сможете, и воткните самые большие колеса, какие только сможете. Varna использует колеса 24 дюйма, но выбор резины для этих покрышек может быть ограничен. Назад лучше всего колесо 28".

Корпус
Идея заключается в том, чтобы втиснуть двигатель (это - вас, конечно)) в как можно больше меньший объем. Комфорт - не критерий. Все - для победы, все на фронт! Обтекатель должен быть достаточно узок, чтобы сложить ваши плечи, но не настолько, чтобы вы не могли дышать. Высота корпуса определяется минимальным требуемым расстоянием, чтобы поместились колени в верхней точке и задница - в нижней. Низкорослые райдеры имеют то преимущество, что помещаются в корпуса с меньшим миделем. Еще несколько вещей. Обтекатель должен быть как можно более гладким, чтобы избежать любых препятствий на пути ламинарного слоя и превращения его в турбулентный. "Бомбодвери" и "посадочные ноги" не нужны, так как рекордные аппараты стартуют и останаливаются при помощи людей из команды. На скоростях выше 90 км/ч, на которых эти аппараты движутся, райдеру нужен запас безопасности в случае падения аппарата набок, так что такие материалы, как углеволокно и кевлар в защитном поясе обязательно должны использоваться. Для поворота переднего колеса нужно очень мало места, да и то только чтобы ловить равновесие на старте и финише. Убедитесь, что покрышки не касаются обтекателя, даже при большом боковом ветре. Обычно это является первейшей причиной проколов на скоростной трассе.

Двери и обзор
Любые вырезы в обтекателе должны быть параллельны земле, чтобы предотвратить срыв ламинарного потока. По этой причине рекордные веломобили обычно разделены на две половинки - вертикальную и горизонтальную - и требуют помощи команды в погрузке и выгрузке гонщика. Рекордным веломобилям нужен хороший обзор вперед и не немного переферийного зрения. Переферийное зрение нужно для того, чтобы ловить баланс, пока лежишь почти горизонтально, так как механизм баланса в ушах не работает нормально в этом положении тела. Камеры и жидкокристаллические мониторы могут быть использованы, но для бокового зрения все-равно нужно добавлять боковые окна.

Источники:
Pressure distribution java applet
Drag of Streamlined and Blunt Bodies