СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИИ ГОНОЧНОГО ВЕЛОСИПЕДА
4.1. Пути совершенствования гоночного велосипеда
Современным велостроение целесообразно считать с января 1984 г. — с момента установления мирового рекорда в часовой гонке итальянцем Ф. Мозером, так как именно в этой гонке мировой велоспорт получил ряд принципиально новых конструкторских решений, обеспечивших достижение выдающихся спортивных результатов.
Какоры же современные тенденции развития мирового вел остр оен и я?
Прежде всего следует отметить общее мнение специалистов о том, что важнейшим фактором в энергетическом балансе привода гоночного велосипеда является аэродинамика системы гонщик — велосипед. Так, на преодоление аэродинамических сил сопротивления расходуется от 70 до 85 % общей полезной мощности, развиваемой гонщиком. Введенные ранее УСИ жесткие ограничения на возможность использования аэродинамических систем оказались искусно обойденными с помощью удачных конструкторских решений, среди которых в первую очередь следует назвать дисковые колеса. Вслед за этим успехом последовали серии конструкторских разработок по совершенствованию аэродинамики всех узлов велосипеда: начиная с рамы, руля, педалей, кривошипов, тормозов и кончая одеждой и такими атрибутами гонщика, как велошлем, бачок, велотуфли. Аэродинамические исследования как отдельных частей и узлов велосипеда, так и всей системы гонщик—велосипед позволили наметить научно обоснованные пути повышения аэродинамического качества велосипеда, о чем свидетельствуют современные модели гоночных велосипедов, представленные многочисленными велосипедными фирмами на крупнейших международных соревнованиях.
Второй тенденцией современного развития гоночного велосипеда является дальнейшее уменьшение его массы. Так, масса гоночного велосипеда с 13—15 кг в 1960-х гг. снизилась до 8—10 кг и менее в 1980-х гг. за счет уменьшения плотности применяемых материалов (легкие сплавы на основе алюминия, титана и магния, пластики на основе угольных и других сверхвысокомодульных волокон), повышения прочностных характеристик применяемых стальных сплавов и в связи с этим утонения стенок труб рамы, использования профиля переменного сечения (рационального с точки зрения аэродинамики и прочности), максимального облегчения путем высверливания отверстий в малонагруженных деталях, сокращения числа механических узлов (например, замена роликов суппера на шарикоподшипниках на ролики из фторопласта на основе подшипника скольжения), снижения числа спиц в колесах (с традиционного 36 до минимального 24—28), выполнения радиального бескрестового набора передних колес, попытки использования стандартных подшипников качения вместо традиционных металлоемких насыпных подшипников, изменения общей геометрии рамы и уменьшения ее металлоемкости, уменьшения диаметра колес и в первую очередь передних [с традиционного диаметра 0,685 м (27 дюймов) до 0,609 м (24 дюйма)), сокращения числа и уменьшения размеров крепежных деталей.
Третьей тенденцией является совершенствование механических характеристик отдельных узлов и всего велосипеда в целом. В первую очередь необходимо отметить увеличение числа звездочек на трещотках заднего колеса с традиционных пяти до шести-семи, а также, как уже отмечалось, переход на более точные и надежные стандартные подшипники качения и радиальный набор спиц передних колес, в которых практически существуют только радиальные нагрузки.
Исследования системы гонщик—велосипед как многомассовой динамической механической системы позволили установить, что эта система весьма чувствительна к возмущающим воздействиям как со стороны гонщика, приводящего в движение велосипед, так и со стороны дорожного покрытия. Стало очевидным, что рама, колеса, одно — трубки и привод по своим механическим характеристикам должны подбираться для каждого конкретного гонщика в зависимости от его антропометрических параметров, массы, качества педалирования, вида предстоящих гонок, дорожного покрытия и рельефа местности. Все это в большой степени пока еще является задачей будущего, но компьютерное обеспечение выбора механических параметров велосипеда является посильной задачей зарождающейся науки о велосипеде.
Четвертая тенденция — улучшение эргономического обеспечения системы гонщик—велосипед, т. е. оптимизация условий для выполнения основного функционального движения — педалирования на уровне достижения рекордного спортивно-технического результата и обеспечение гонщика комфортабельным велосипедом. Новая геометрия рам, новые конструкции седел и рулей, системы тормозов и переключения передач в едином комплексе ►обеспечивают гонщику максимальные удобства в условиях кратковременных и длительных гонок.
Пятой тенденцией современного развития мирового велостроения является совершенствование технологии изготовления отдельных деталей, узлов и гоночного велосипеда в целом. Современная технология позволила создать дисковые колеса, получить тонкостенные трубы высокого
качества (с аэродинамическим профилем переменного сечения), надежные стыковые соединения труб, тонкостенное лі/гье. Созданы предпосылки для организации техноюгических процессов изготовления и сборки велосипедов на самом высоком современном уровне.
динамическими качествами и показателями надежности. На рис. 4.1 даны сравнительные характеристики некоторых видов конструкционных материалов, применяемых в современном велостроении. Анализируя эти данные, можно сделать вывод, что такие традиционные для велостроения материалы, как сталь, алюминий и титан, существенно уступают новым композиционным материалам (углепластикам различных модификаций) по относительным показателям: отношениям модуля упругости к плотности Е/р и предела прочности к плотности апч/р. Углепластик при одних и тех же массах конструкции имеет значительно более высокие удельные прочностные показатели, что позволяет создавать самые рациональные аэродинамические конструкторские формы при одновременном снижении общей массы велосипеда и обеспечении необходимой жесткости и динамического качества его конструкции.
В последнее десятилетие наметилось мощное конструкторско-технологическое наступление по пути практической реализации идеи «изобретения велосипеда». Познакомимся с отдельными, наиболее яркими техническими решениями, которые предложены различными велосипедными фирмами и которые уже взяты на вооружение ведущими гонщиками мира.