3 колеса (Черновик)

Как я всегда говорю — веломобилем в на Западе называют только аппарат с корпусом. То, что имеет три колеса, но не имеет корпуса, здесь называют общим обозначением «Трайк», от английского Tricycle. Как и в предыдущих видео, свою аргументацию я буду строить на основе личного опыта изготовление и использоваться различных трайков. Я начал строить трайки не с целью сделать открытую модель для продажи, а для того, чтобы создать веломобиль. Но, на пути к веломобилю мне пришлось разработать и испытать довольно много вариантов трайков и даже удалось создать один серийный образец, который не является веломобилем. Итак: чем же хороши трайки? Главное их отличие от лигерадов это статическая устойчивость. То есть на них не нужно держать равновесие. Исключение — наклоняемые трайки, о них расскажу в конце этого видео. Теория устойчивости трайков В физической модели трайка присутствует такое понятие как «треугольник устойчивости». Это трёхмерная геометрическая конструкция, где на вершине трёхгранной пирамиды находится центр тяжести, а три её основания это три точки опоры — три колеса. Как при виде спереди, так и на виде сверху мы имеем треугольник. Если провести векторы от центра тяжести к поверхности земли мы получим проекцию центра тяжести, которая перемещается по поверхности в зависимости от действующих на аппарат ускорений. Для упрощения я буду называть эту проекцию просто «центром тяжести» или «суммирующим вектором», хотя на самом деле это не одно и то же. Итак пока конец суммирующего вектора находится в пределах этого треугольника — аппарат не опрокидывается. В состоянии покоя на трайк действует только одно ускорение — ускорение свободного падения. Его вектор направлен вниз. При реальной езде проекция центра тяжести то и дело смещается под воздействием других ускорений или крена. Например: при прохождении поворота появляется вектор центробежной силы, который смещает суммирующий вектор в сторону от центра описываемого радиуса поворота. При достаточно большой скорости или достаточно малом радиусе поворота суммирующий вектор может вывести центр тяжести за пределы треугольника, и тогда вы перевернётесь. Также при ускорении или торможении появляется продольный вектор. При ускорении на педалях это не имеет большого значения, но при резком торможении продольный вектор может быть существенным. Аппарат может «клюнуть носом». Также заставить основной вектор выйти за пределы треугольника может крен. Результат будет точно таким же. При выходе суммирующего вектора (он же - проекция центра тяжести) за пределы треугольника трайк теряет устойчивость. Для наглядности я буду использовать именно крен, потому что так проще увидеть и показать угол, при котором теряется устойчивость. Это нам позволит сравнивать схемы трайков и понимать их поведение на дороге. Кроме того, максимальный крен легко проверить в реальных условиях, если поставить веломобиль, скажем на лист толстой фанеры и увеличивать крен, пока аппарат не перевернётся. Чем больший крен допускает схема без выхода центра тяжести за пределы треугольника — тем лучше её устойчивость. Вы можете видеть, что устойчивость напрямую зависит от двух параметров: Ширина основания треугольника и высота его вершины — высота центра тяжести. По сути устойчивость зависит от соотношения высоты и ширины, а не от конкретного значения одного или второго. То есть, вы можете иметь колею всего 50 сантиметров, но если Центр тяжести находится в 10 сантиметрах от земли, то устойчивость будет такой же, как если бы вы имели колею в 2 метра и высоту центра тяжести на 40 сантиметрах от земли. Однако, в случае с трайками, положение центра тяжести на продольной оси также имеет большое значение. Дело в том, что при взгляде сверху мы также имеем треугольник. Чем ближе центр тяжести к двум колёсам — тем шире основание треугольника устойчивости при виде спереди. И наоборот — чем ближе к одному колесу, тем основание уже. То есть фактический треугольник устойчивости у трайка всегда меньше его реальной колеи. Это один из недостатков трайков в сравнении с 4-х колёсными аппаратами. Реальное положение центра тяжести относительно колёс зависит от типа трайка, и его конкретной конструкции. Здесь нужно соблюсти баланс между достаточной поперечной устойчивостью и сколько-нибудь равномерным распределением веса между тремя колёсами. Как и лигерады из предыдущего видео, трайки могут иметь как передний так и задний привод. Также есть две основные схемы трайков это дельтавидная схема (похожа на греческую букву Дельта) — когда впереди расположено одно колесо, а сзади два. И тадпол схема (тадпол от английского — головастик), когда впереди два колеса, а сзади одно. Иногда её называют «обратная дельта», в советских журналах она называлась «обратная схема». Серийно производятся несколько моделей открытых трайков обеих схем. Это, например, Ice Trike, Трайки HP-Velotechnik, Spekbiketechnics от Владимирса Измайловса из Риги, мой трайк Т-10. Это далеко не полный список. Какие-то трайки более низкие и с более горизонтальной посадкой. Другие — наоборот с более вертикальной посадкой, как на автомобиле. Из-за того, что нужно соблюдать определённый угол между туловищем и ногами, если вы делаете вертикальную посадку, то вам нужно опускать ноги ниже. Единственный способ это сделать — поднимать сидение выше, что увеличивает высоту центра тяжести и для сохранения устойчивости приходится расширять колею. Схема дельта менее популярна, но тем не менее, есть серийные трайки этой схемы тоже. Веломобили На основе этих двух типов были построены веломобили. Большинство веломобилей построены по схеме тадпол-трайка. В этой схеме обычно рулят передние колёса, а заднее приводное. Трансмиссия не содержит промежуточных валов, а только отжимные ролики, чтобы направлять цепь под сидение. Веломобили бывают разных концепций. Одни из первых были либо чисто гоночными, например рекордный веломобиль «Вектор». Или полностью «утилитарный» - «Лейтра». Но это очень старые дизайны. Современные веломобили выглядят в основном вот так. Вы, кстати, можете зайти на сайт самого большого производителя веломобилей — velomobileworld.com и посмотреть их продукцию. В среднем цена веломобиля — около 10 000 евро. Как видите, они достигли весьма высокого технологического уровня. Вес веломобилей от 21-го до 35-ти килограмм, в зависимости от модели и от комплектации. Есть модели под разный рост. При таком технологическом уровне там уже нет самодельных деталей. А использование фабрично произведённых узлов позволяет оптимизировать механизмы. За счёт этого достигается малый вес и общая эффективность. Эти веломобили подходят как для гонок так и для повседневной езды. Сравните их например с веломобилем «Ельф» или ему подобными. «Эльф» тоже производился серийно. Как видите, это совершенно разный технологический уровень. Также это и разная концепция. Эффективные веломобили ни в чём не копируют автомобиль. Ни в посадке ни в узлах. Это совершенно самостоятельная ветвь техники. Я убеждён, что это верный подход. Веломобиль это всё-же велосипед, а не автомобиль. А в велосипеде всё должно быть как можно проще. Сейчас производство эффективных веломобилей тадпол схемы продолжает развиваться, в то время как производства других концепций едва держатся на плаву или не выходят дальше стартапов. Откуда вообще берётся такой нерациональный дизайн? Дело в психологии. Просто люди предпочитают то, что кажется им знакомым. Например, первые автомобили были совершенно не похожи на современные. Почему? Разве угловатая форма кареты хороша? А если хороша, то почему сейчас автомобили не похожи на кареты? Ответ простой — первые автомобили были похожи на кареты просто потому, что это и были кареты с мотором. Кстати говоря, первый автомобиль был 3-х колёсным именно потому, что принципы рулевой геометрии в то время ещё не были разработаны. Для телег и карет они не нужны. Как видите, первый автомобиль не имеет крыши. Разве это практично — нет. Но и большинство телег не имеют крыши. Вот как выглядят современный автомобиль в стиле кареты. Это выглядит нелепо, потому что нерационально. Это отличная аналогия. Также нелепо копировать автомобильный дизайн для веломобиля. Дизайн должен быть рациональным и энергоэффективным. Автомобиль имеет мощность в сотню раз больше, чем веломобиль. Целых сто крат, это очень много. Об этом стоит задуматься. Веломобили с нерациональным дизайном проектируют просто потому, что они более знакомы, и их, как надеются разработчики, будет проще продать. Та же история с копированием дизайна вертикального велосипеда. Компоновка В прошлом производились и веломобили схемы Дельта. Например веломобиль Аврора из Канады. О нём поговорим чуть позже. Также оба типа веломобилей можно поделить на модели с колёсами в одном общем корпусе с веломобилем, и на те, где колёса вынесены далеко в стороны. Это может быть как дельта так и тадпол схема. Вот например веломобиль Ле-Манс из Франции. Он даже принимал участие в маневренных гонках и на этих фото его можно сравнить с серийными веломобилями. В схеме дельта вариантов с открытыми колёсами больше, тот же Аврора, или гоночный Беркут из России. Если бы вы начали строить веломобиль, то какую трайка выбрали бы? Вынесенные в стороны колёса позволяют сделать корпус уже, и уменьшить его лобовую площадь, и воздушное сопротивление вместе с ней. Но, торчащие по бокамколёса сами по себе имеют отельное сопротивление. Общая боковая площадь при это сильно увеличивается, особенно при взгляде под углом, а не чётко в профиль. Так что суммарное сопротивление может быть даже больше, чем у более широкого веломобиля, но с колёсами внутри корпуса. Особенно при диагональном встречном ветре. Я этого не знал, когда начинал строить веломобили. Я видел фото старых советских разработок, а именно веломобили Дельфин и Беркут, а также Аврору и решил, что раз так делают, значит это работает. Но это далеко не всегда так. Часто люди просто повторяют ошибки, особенно если не проводят нормальные исследования, а руководствуются интуицией. Я начну свой рассказ по порядку моего опыта создания трайков и веломобилей на их основе. Переход от лигерада к трайку означает резкое усложнение конструкции. Так как трайки в тысячи раз менее массовые, чем обычные велосипеды, то найти для них специальные комплектующие почти нереально. Их нужно или делать самостоятельно, или использовать стандартные велосипедные части. Это касается как трансмиссии, так и рулевого управления и способа крепления колёс. Мой первый трайк Вообще моим первым трайком был вертикальный трёхколёсный велосипед. Если вы будете искать в интернете «трёхколёсный велосипед для взрослых», то сразу их найдете. Сразу скажу, что я терпеть не могу эту схему. Она берёт худшее от трайка и от вертикального велосипеда. Ездить на них опасно, и вот почему: если посмотреть на схему его устойчивости, то мы увидим, что центр тяжести находится очень высоко (благодаря вертикальной схеме). Этот велосипед может ездить только по хорошей дороге, без ям. Как только одно из задних колёс попадает в яму, седло, вместе с вами на нём, делает резкий провал в сторону. При этом вы не достаёте до земли ногами, так как находитесь на седле. Так что остановить своё падение вы не можете. Чтобы перевернуть такой велосипед достаточно наклонить его всего на 20 градусов. И, если на лежачем трайке вы легко можете выставить ногу и остановить падение, то здесь просто улетаете с высокого седла. То же самое происходит, если попытаться съехать с бордюра слегка по-диагонали. В какой-то момент одно из задних колёс соскочит с бордюра раньше второго, и вы перевернётесь. Повороты можно проходить только на очень маленькой скорости, всё по тем же причинам — очень высокий центр тяжести. Эти велосипеды подходят только для медленной езды по хорошим дорогам. Конечно, есть те, кто даже использовал их для дальних поездок, но, как я уже сказал, это сочетание минусов трайка и вертикального велосипеда. Однако они всё-же, занимают свою нишу как передвижные торговые точки. Здесь важна не скорость и комфорт, а компактность и маневренность. Тот велосипед, который я построил, используется для торговли пирожками на рынке, ездит между рядами торговцев. По сути это дельта трайк с задним проводом и вертикальным велосипедным седлом. Именно привычная велосипедная посадка делает эту ужасную схему привлекательной для большинства людей. Если предложить им на выбор вот такую компоновку или лежачий трайк, они выберут вертикальный. Стандартная велосипедная трансмиссия для него не подходит, поэтому пришлось добавить промежуточный вал с двумя звёздочками. Привод был только на одно заднее колесо. Это также сильно ограничивает проходимость, но для езды по ровному асфальту этого достаточно. Есть более вменяемые варианты этой схемы — где седло располагается ниже, само оно шире и имеет спинку. А ноги с педалями вынесены вперёд. В этом варианте вы можете достать до земли ногами, оставаясь на седле. Но трайки такой схемы длиннее и менее привычны, к тому же их меньше производят, так их что труднее найти. Трайк схемы «Питон» Первым моим трайком с креслом был трайк схемы питон. Очевидно, что устойчивость у него лучше, чем у трайка с вертикальным седлом, так как при колее сравнимой ширины центр тяжести был намного ниже. В этом варианте нет нестандартных велосипедных деталей. Трайк не имеет подвески, был переднеприводным с подвижной кареткой. Он оказался достаточно практичным, и, возможно, мог бы быть даже серийным для некоторых условий. Но моей задачей была постройка веломобиля, и я быстро понял, что на этом трайке набирать скорость опасно. Управление становится непредсказуемым. Кроме этого, из-за необходимости загрузить переднее колесо при переднем приводе, ну чтобы уменьшить пробуксовки, приходится смещать центр тяжести вперёд, а это уменьшает основание треугольника устойчивости. Главный плюс этой схемы — простота. Простая трансмиссия без промежуточных валов и роликов, и все колёса стандартные, крепятся с двух сторон оси, как на обычном велосипеде. Единственная сложность это приварить крепления задних колёс так, чтобы они были чётко параллельны. Вообще трайки этой схемы часто имеют очень широкую колею, чтобы повысить устойчивость. При добавлении груза в багажник трайк становился намного более устойчивым. И он показал отличные грузовые характеристики, но только при езде по равнине. Заехать на гору с грузом было проблематично, потому что переднее колесо просто начинало буксовать. Позже я построил по такой же схеме трайк большего размера, с большим кузовом. В этой схеме очень важно правильно сделать поворотный узел, особенно важен угол его оси относительно пятна контакта переднего колеса с дорогой. Во второй раз управление получилось более понятным. Этот трайк уже имел элемент подвески, хотя это была, скорее, сгибающаяся рама, но, тем не менее, комфорта это существенно прибавляло. Большой кузов позволял перевозить достаточно много груза, а стандартные крепления для всех колёс позволяют поставить мотор-колёса. Мой заказчик так и сделал, и очень хорошо отзывался об этом трайке. Чтобы уменьшить пробуксовки переднего колеса на подъёмах я добавил корзину для багажа прямо перед колесом. Если в ней размещать, например батареи, то это существенно повышало проходимость. Конечно, по грязи он ездить не мог, по крайней мере без мотор-колёс сзади, но по асфальту вполне выполнял свою задачу. Веломобили схемы «Дельта» Хотя дельтавидная схема имеет свои минусы, есть примеры серийных веломобилей этой схемы, но с неподвижной кареткой и задним приводом. Например уже упомянутый канадский веломобиль Аврора, трайк Хейз, Везервело и некоторые другие аппараты. Сама по себе схема расположения колёс используется в пассажирских самолётах, так что, вероятно, это самые быстрые «трайки» в мире. Именно этот факт убедил меня продолжить разработку трайка дельтавидной схемы, чтобы позже использовать его как основу для веломобиля. Конечно, я видел, что подавляющее большинство серийных веломобилей, а также рекордный веломобиль «Вектор» используют датпол схему. Но, я тогда не имел нужных знаний, чтобы нормально сделать её. Там нужно иметь дело к с консольным креплением колёс и с рулевой трапецией Аккермана. Я НЕ знал как сделать поворотные шкворни, да ещё и под правильными углами, и как сделать подвеску на этом всём, да ещё и так, чтобы при работе подвески передние колёса оставались параллельными при движении по прямой, и сохраняли углы Аккермана при манёврах. Хотя я предпринял попытку построить трайк этой схемы, но с первого раза мне не удалось сделать его хорошо. Для консольного крепления передних колёс я использовал ступицы от BMX толщиной 16 мм, закреплённые с одной стороны. Также я попытался сделать оригинальную подвеску на длинных рычагах. В то время я был уверен, что необходимо использовать только колёса большого диаметра — 28 дюймов. Ширина колеи была около 80-ти сантиметров, что очень много. Мой дом в деревне был один из последних на улице и к нему не доходила асфальтная дорога. Трайк постоянно застревал в грязи, сильно кренился на неровной поверхности. Управление было непредсказуемым. Короче говоря, я понял, что не готов к этой схеме. Поэтому переделал его в дельта-трайк. Опыт создания привода на одно колесо у меня уже был из создания 3-х колёсного грузового велосипеда. Подвеска осталась той же, какой она была в предыдущем прототипе. Рулевое управление упростилось, там была обычная вилка, соединённая с рулём длинной тягой. Вообще в то время я думал, что само шасси не имеет большого значения. Я считал, что самое главное это аэродинамика, что какую кракозяблу я бы не построил, стоит засунуть её в обтекатель, и я сразу получу среднюю скорость 40 км\ч, как на серийных западных веломобилях. Конечно же это не верно. И, на то время у меня уже было с чем сравнивать. У меня был успешный лигерад, на котором я проезжал 60 км менее чем за два часа, безо всяких моторов, так что моей задачей было хотя бы сровняться с ним в скорости, а практичность должна была обеспечить сама 3-х колёсная схема и корпус. Как я говорил в предыдущем видео, по скорости лигерад меня устраивал, но он не был всепогодным. Этот страшный и неуклюжий трайк всё-таки начал ездить. Привода на одно колесо явно не хватало для езды по грязи, а дело было в марте, но, если добраться до асфальта, то он уже не буксовал. Несмотря на наличие подвески ехать было очень некомфортно. Вернее как, на хорошем асфальте было неплохо, но на ямах и кочках меня сильно подбрасывало в кресле и кидало из стороны в сторону, хотя сам трайк при этом ехал прямо. Это особенность дельтавидной схемы. Из-за того, что ваша голова располагается между двумя задними колёсами, то при наезде на кочки или в ямы именно голова совершает максимальные перемещения по крену. Как я уже отмечал в видео про лигерады, ощущение комфорта создаётся стабильностью головы, как самого чувствительного участка тела. Тряска, которая передаётся на голову явно не добавляет комфорта. Частично эту проблему можно решить если ставить кресло более вертикально, тогда нет нужны в подголовнике и трайк может наклоняться под вами. Но такое решение ухудшило бы аэродинамику. Кроме того, это потребовало бы опустить каретку ниже, чтобы сохранить нормальный угол между туловищем и ногами. В свою очередь это означает, что нужно весь трайк сделать ещё выше, ведь ноги и так были близко к земле и опускать их было некуда. Значит нужно было бы поднять сидение. Вот пример такого дельтатрайка от Александра Кальницкого. Амортизатор под сидением. Но это больше похоже на стул. Если теперь снова посмотреть на фото той же Авроры, то мы легко увидим, что он очень высокий именно в зоне расположения кресла. К сожалению тогда я не потрудился найти характеристики этого веломобиля. А оказалось, что он сильно медленнее и намного больше размером (соответственно и тяжелее) гораздо более успешных его современников - веломобилей Quest и Mango. Но, как я уже сказал, тогда я верил ,что добавление обтекателя решит все проблемы. - А большой вес не беда! Я просто буду разгоняться с холмов, и заезжать на горы по инерции! Поэтому я хотел широкую колею, чтобы проходить повороты на максимальной скорости. Конечно это, в основном, ошибочная теория. Чем больше вес тем больше работы необходимо совершить для его поднятия на высоту. А в любом маршруте есть общий набор высоты, на который необходимо подняться. Кроме того, есть ещё и так называемый средний угол наклона на маршруте (об этом я расскажу в выпуске о физике), а кроме этого большой вес означает большое сопротивление качению. Сопротивление качению это большая и очень интересная тема для отдельного видео. Пока хочу в очередной раз акцентировать внимание на том, что чем больше вес — тем больше энергозатраты, это неизбежно, хотя в то время я с этим спорил. В общем, после того, как я добился удовлетворительных характеристик от того страшного прототипа трайка, я начал делать обтекатель. Как обычно думают все новички, я был уверен, что учёл всё сразу, при чём с первого раза, и что готов сразу делать серию веломобилей. Поэтому вложил труд и средства в создание болвана (мастер-модели) корпуса, даже не проработал его форму как следует. Тут нужно сказать, что я плохо владел 3Д черчением и просто не знал, как сделать плавные формы корпуса в программе. Потратил почти всю зиму на изготовление болвана и матриц. Работал я в маленькой летней кухне, которая стала моей химической мастерской. Там была буржуйка, и вентилятор, так как на улице бывало до минус 20-ти. И я старался не думать о том, сколько уже килограмм смолы налепил на этот болван. А потом и на матрицы. Это действительно не важно, ведь они не должны ездить. А вот сам корпус нужно было делать как можно более лёгким. Однако я, как и многие другие новички, думал, что корпус должен быть крепким на случай аварии, поэтому наклеил туда как минимум 2 слоя стекломата 400 грамм на метр квадратный, а это очень много. В общей сложности части обтекателя весили около 35-ти килограмм. Но, в итоге внешний вид получился не очень плохим. Когда я показываю эти фотографии, то многие удивляются, мол у тебя уже был веломобиль в 2010-м году, почему ты говоришь, что достиг первого успеха только в 2016-м? А я отвечаю — по результатам испытаний я понял, что это очередной провал. Стоит ли говорить о том, как рухнули мои мечты, что как только я поставлю обтекатель, то легко смогу держать 40 км\ч? У меня был 5-ти километровый тестовый участок относительной равнины. Как только сошёл снег, я закрыл кабину и сразу поехал туда. Но ехал я настолько медленно, что какой-то мужик, который шёл по обочине, смог забросить мне в открытый багажник огрызок от яблока, когда я проезжал мимо него. С горок я мог разогнаться, но инерция сохранялась плохо, меня сильно трясло, внутри было очень шумно, стекло запотевало, а скорости вообще не ощущалось. На кочках веломобиль так наклонялся, что я бился головой о борта кабины. На видео вы видите более поздний заезд без верхней кабины. Так, хотя бы, оставался эффект велосипедности — не изолированности в грохочущей ползущей капсуле. Тогда я уже имел опыт езды на гоночном стримлайнере, на котором легко развивал 50. И хотя там не было подвески, но он был гораздо комфортнее даже на такой скорости. И, по сравнению с этим, мой новый веломобиль был просто трактором с плугами. Я пробовал ездить по грунтовой дороге после зимы, разбитой лесовозами. Пару раз перевернулся. Веломобиль был очень высоким, достаточно неустойчивым, но крепким. А очень широкая колея не позволяла проезжать по одной половинке грунтовой дороги. Правда веломобили и не должны ездить в таких условиях. Я не сдался так легко. Я думал, что причина в аэродинамике, что где-то ошибся в форме корпуса. Хотя уже тогда я начал понимать ,что вес более 50 ти кг - это слишком много. Конечно, многие сейчас решили бы эту проблему просто установкой мотора на 500 ватт. Но это не мой метод. Мотор поставить я всегда успею. Моя задача в том, чтобы аппарат мог ездить хотя бы не хуже обычного велика без мотора, но при этом быть комфортнее. Лигерады эту задачу решили легко, а вот с веломобилем пока не получалось. Поэтому поставить мотор и выдавать за успех ту скорость, которую обычный велосипедист держит без мотора — это явная халтура. Я начал оптимизацию веломобиля, на сколько это было возможно. Опустил верхнюю часть корпуса, настроил трансмиссию. После этого он стал ехать лучше, но всё равно я не выезжал на нём дальше нескольких километров от дома, а для всех реальных бытовых поездок использовал лигерад «Путешественник». Летом мы с моим другом пиротехником решили устроить визуализацию обтекания. Кратковременно я мог разогнать эту махину до 45-ти км\ч, а если ездить без крыши и входного люка, то по равнине было, в общем-то, нормально. Достаточно для проведения теста. Мы установили самодельную дымовую шашку с электрозапалом перед носом аппарата. Поджигалась она тумблером из кабины. Для защиты от дыма нужно было ехать в маске. А снимали всё это сначала с лигерада, а потом с едущего рядом автомобиля. Получилось эпичное зрелище. Это было действительно очень интересно, тем более что мы приловчились разгонять тяжёлый веломобиль там, где позволяла дорога, и иногда он был немного быстрее моего лигерада. Конечно не в среднем, а только на некоторых участках. Но это позволяло нам думать, что перспектива у этой схемы всё же есть. Тесты с дымовой шашкой показали зоны завихрений за колёсами, и за головой ездока. Это было и так ожидаемо. Но этот тест не дал никакой конкретной информации — сколько именно энергии теряется, какое именно сопротивление создаёт корпус. Без числовых данных это было не более чем зрелищно. Но одно было очевидно — нужно уменьшить вес, а также сделать привод на оба задних колёса. «Дракон-2» Я построил полностью новое шасси — дельта-трайк с новым приводом. Он был гораздо более технологически совершенным, чем предыдущий вариант. На испытаниях при езде по пересечённой местности он показал просто невиданную проходимость! Можно было ехать даже по высокой траве на очень крутой холм. Никаких пробуксовок. Задняя подвеска была общая для заднего приводного моста. Хотя этот трайк был немного легче предыдущего, и отлично ехал по местам, где нет дорог, при езде по дороге он всё также был таким же не комфортным из-за боковых ударов от неровной дороги. Также я сделал новые обтекатели, так как матрицы у меня были. На этот раз делал их максимально лёгкими и тонкими. Вес всех обтекателей после покраски и отделки составил около 10-ти кг. На этот раз я снова был уверен, что всё получится, поэтому не жалел сил на внешнюю отделку. Но, не тут-то было! Хотя этот веломобиль ездил не так плохо, но он был всё равно слишком тяжёлым. 45 килограмм это много, и он был не комфортным, на скорости вёл себя непредсказуемо. Я совершил только одну поездку на 30 километров. Поднимался на крутые холмы очень медленно. В целом он НЕ стал намного быстрее первой версии и даже на равнинах не был быстрее моего лигерада. А лигерад при этом был без обтекателя но намного комфортнее на плохой дороге и намного легче. Я показал этот веломобиль на первом слёте веломобилестроителей в Украине в 2010-м году, а потом разобрал его. Эпоха новых веломобилей Примерно в то время в Голландии проходили очередные маневренные гонки. Обычно на этих гонках лидируют обтекаемые аппараты-стримлайнеры. Они хорошо едут как по прямой, так и в поворотах. Веломобили имеют отдельный зачёт, но их результаты всегда были хуже, чем у 2-х колёсников. Однако это изменилось с появление вломобиля ДФ на котором участвовал его создатель — немец Дениел Фенн. Он смог выиграть маневренную 6-ти часовую гонку в общем зачёте, обойдя стримлайнеры. Чуть позже он создал бытовую версию своего веломобиля. Сейчас его веломобили Альфа-7 и Альфа-9 одни их самых быстрых и дорогих. Я показывал их в начале видео на сайте. Их стоимость даже после переноса производства в Румынию, составляет около 10 000 евро. Тот факт, что гоночный веломобиль вполне смог стать бытовым стал для меня очень важным и чётким сигналом — нужно переходить на тадпол-схему. Как я уже рассказал в предыдущем видео — гоночные обтекаемые лигерады совершенно не подходят для бытовой езды. А вот веломобили — другое дело. Так как дороги у нас всё-же хуже, чем в Европе, я был уверен, что нужна подвеска с большим ходом. Но сперва нужно было решить проблемы консольных креплений. В начале я сделал полностью самодельные ступицы, что требовало много работы на токарном станке. Они использовались на первом прототипе трайка. Но позже я нашёл более изящное решение. Это решение оказалось довольно простым — покупать ступицы на промподшипниках, а не на насыпных подшипниках. В этом случае подшипники можно заменить. Так заменой внутреннего подшипника я смог переделать стандартную ступицу для нестандартной полуоси. Вот такая ступица. Как видите, один подшипник стандартный, а второй — с увеличенным внутренним диаметром. Начало полуоси имеет толщину 20 мм, место под подшипник — 17, дальше по сужению до 10-мм на краю оси, где оставался стандартный подшипник. То же самое можно было делать и с задним колесом. Так как почти у всех веломобилей заднее колесо тоже крепиться без вилки, то есть консольно с одной стороны. В первую очередь это нужно для того, чтобы можно было снять покрышку не снимая колесо в случае прокола. Но ещё один плюс — увеличение жёсткости на кручение. Избавление от тонких элементов вроде перьев и дропаутов позволяло увеличить общую жёсткость заднего маятника и стабильность веломобиля на дороге. Как сделать подвеску схемы «Макферсон» я ещё не понимал. Поэтому начал опыты с, как мне казалось, оригинальной подвеской. И даже построил прототип трайка с такой подвеской. При проектировании трайков обратной схемы нужно понимать работу рулевой системы с двумя рулевыми колёсами. Рулевая геометрия Простейший (но не единственный) вариант рулевой трапеции — правило Аккермана. Радиус разворота зависит не только от угла поворота рулевых колёс, но также от расстояния до заднего колеса, то есть длины колёсной базы. Ширина колеи также влияет на необходимый угол поворота колёс, чтобы войти в нужный радиус поворота. При этом то колесо, которое находится внутри радиуса, очевидно совершает меньший путь, чем внешнее. Рулевая система должна обеспечивать разный угол поворота передних колёс при езде по кругу, но при этом колёса должны быть чётко параллельны при езде по прямой. На самом деле ни одна схема не даёт 100% попадания на всех углах поворота, поэтому разработчики транспорта останавливаются на приемлемых для них вариантах. Самая известная схема показана на экране. Чтобы построить рулевую трапецию нужно провести лучи от точек касания земли передними колёсами к центральной оси веломобиля в точку, находящуюся примерно на 1\4 длины колёсной базы. Затем соединить эти лучи поперёк и получить трапецию. Длина получившихся рулевых рычагов также влияет на работу рулевой системы. Лично я использую CAD-систему, чтобы моделировать эту геометрию в 2D и находить оптимальные длины рычагов. Ещё один важнейший параметр рулевой системы это поперечный наклон рулевых шкворней (или их аналогов). В обычной велосипедной или мотоциклетной вилке присутствует продольный наклон, который обеспечивает так называемый трейл, благодаря чему возникает эффект динамической самостабилизации при движении вперёд. Это же вызывает поворот руля в сторону наклона, так что можно ехать не держась за руль. Но для более чем двухколёсной схемы важна ещё и весовая стабилизация. А поворот в сторону наклона часто играет против стабильности, особенно на дельтатрайках. Схема дельта не в состоянии обеспечить эту стабилизацию. Случайные наклоны трайка вызывают непроизвольные манёвры в сторону наклона. На вилочном креплении нельзя добиться ощущения «тяжёлого» руля при наборе скорости, и нельзя получить обратную связь на руле от возрастающей кинетической энергии аппарата при наборе скорости. Именно такая обратная связь позволяет чувствовать машину на скорости. Если вы используете стандартные вилки в трайке обратной схемы, как делают многие самодельщики, вы также лишаетесь весовой стабилизации, так как ось поворота вилки проходит чётко по центральной линии плоскости колеса. Для более чем двухколёсных конструкций нужно смещать эту ось внутрь колеи, чтобы она входила в землю примерно в 2-3 см от пятна контакта. Если этого не сделать, поведение трайка с повышением скорости может становится нестабильным. Истории о том, что самодельные веломобили опасно разгонять больше 35-ти км\ч возникают в основном из-за ошибок в конструкции рулевой системы. Об этом я сделаю отдельное видео, потому что на самом деле там намного больше нюансов, чем я обозначил сейчас. Но суть простая — веломобиль должен уверенно управляться на большой скорости. Даже если вы не сможете постоянно держать 60-70 км\ч, но вы легко разовьёте такую скорость с горы. И какой смысл иметь эффективный веломобиль, если вам нужно спускаться с горы на тормозах, боясь потерять управление? К счастью я видел, что проблема решаема, так как видел видео с гонок и видел результаты гонщиков в таблице. Кое-кто имел среднюю около 50-ти км/ч в 6-ти часовой гонке. А позже Никола Валд на веломобиле, который также изготовил Дениел Фенн, проехала 1088 километров за 24 часа! Её средняя скорость, с учётом остановок, составила 45.3 километра в час. Мой первый успешный тадпол-трайк Моя схема оригинальной подвески оказалась неверной. По грунтовкам я неплохо ездил, но первый же выезд по асфальту привёл к быстрому стиранию передних покрышек. Оказалось, что в самой схеме была ошибка и при работе подвески менялась ширина колеи. Рулевые тяги при этом оставались той же длины, так что колёса были не параллельны в большинстве положений подвески. Так что пришлось просто заблокировать переднюю подвеску. Но в целом мне понравилось ездить на тадпол-трайке. Он был гораздо комфортнее дельты, даже при наличии только задней подвески. Задняя подвеска частично отрабатывает удары и по передним колёсам. Кроме того, трайк скорее наклоняется под вами, чем подпрыгивает. А чем ближе ваша голова к заднему колесу и к земле - тем меньше амплитуда колебаний от неровностей. Таким образом, на тадпол-трайке чем ниже — тем комфортнее. Задняя подвеска нужна, но сзади всё более-менее просто. Первый трайк я доделал до готового состояния и отдал своей матери. Так что это был мой первый успешный тадпол-трайк. Ещё через пару итераций я построил очередной трайк, уже с полной подвеской и консольным креплением всех колёс. Передняя подвеска на А-образных рычагах. Наконец я понял как сделать так, чтобы при её работе колёса оставались параллельны. На полной подвеске трайк стал ещё более комфортным. Я уверенно держал управление разгоняясь до 50-ти км\ч на спусках. Общий вес трайка составил 19 кг. Здесь уже были нормальные передние тормоза. Задний тормоз на тадпол-трайке практически бесполезен, так как при торможении заднее колесо разгружается. Торможение задним колесом вызывает потерю управления и занос при блокировке, а не торможение. Поэтому я вообще отказался от заднего тормоза. «Скотч-мобиль» Так как трайк явно был успешным, я был готов построить вокруг него корпус и сделать его веломобилем. Но, помня о прошлых ошибках и напрасно потраченных деньгах и труде на стеклопластик, я решил сделать корпус максимально дешёвым и лёгким. Основой стали пластиковые и металлопластиковые водопроводные трубы. Из них я построил каркас, постоянно проверяя его размеры, садясь в веломобиль, чтобы сделать его как можно более компактным. Старался добавлять как можно меньше металла, хотя нижнюю рамку всё-же пришлось приварить из металла. Это всё не заняло много времени. Для крепления труб я использовал ленту из пластиковых бутылок, которая натягивается при разогревании строительным феном. Потом соединил по две трубы обычным прозрачным скотчем, так получилась основа для оклейки мебельной плёнкой. Я не надеялся на долговечность. Целью были испытания. В итоге получилось неплохо и очень дёшево. Общий вес всего веломобиля составил 34 кг, что до сих пор является моим рекордом. Преимущество мягкого корпуса в том, что он не создаёт шума. Ездить на этом веломобиле было комфортно. Также он имел защиту от дождя. Обтекаемость сильно улучшилась. Мне, наконец, удалось превзойти мой полу обтекаемый лигерад. Новый веломобиль я назвал «Скотч-мобилем», в честь клейкой ленты. На испытаниях с ваттметром и электродвигателем этот аппарат превзошёл всё, что я испытывал, в том числе дорогие шоссейные велосипеды. У него было самое низкое потребление энергии на тестовом участке. Кстати, в то время я уже понял, на сколько важно сопротивление качению и поставил хорошие покрышки на веломобиль. До этого меня постоянно сбивал с толку миф о том, что 90% энергии велосипедист тратит на аэродинамику. На самом деле там есть нюансы, но об этом в другом видео. В общем этот веломобиль был явным успехом. Я стал использовать его вместо лигерада на дальние поездки, по 120 км за раз. Он защищал от холода зимой, от прямого солнца в жару, в него можно было положить довольно много багажа. В общей сложности я использовал его более 4-х лет как основной транспорт. Плёнка оказалась на удивление стойкой к внешним условиям, хотя, конечно, я её периодически подклеивал. Репортёры тоже заинтересовались моим транспортом и сняли несколько сюжетов для новостей. Ссылка в подсказках и в описании. Я убедился на собственном опыте, что тадпол схема это хорошее решение для веломобиля, и начал работать над следующим проектом. Ещё немного теории: Теперь я был готов попытаться ещё раз построить корпусный веломобиль из стеклопластика. С первой попытки на тот момент прошло 8 лет. Но на этот раз я хотел отказаться от рамы. Отказ от рамы позволил бы опустить центр тяжести ещё на 5-8 см по сравнению с трайком на раме, если расположить сидение прямо на полу веломобиля. При этом дорожный просвет оставался бы тем же самым. Понижение центра тяжести выгодно сразу по двум причинам. Это улучшение устойчивости и уменьшение лобовой площади. Но, на веломобиле есть ограничения на то, на сколько горизонтально может стоять сидение. Угол должен быть таким, чтобы голова ездока была выше носовой части корпуса, чтобы иметь достаточный обзор. В то же время минимальная высота носовой части определяется пространством, необходимым для ступней на педалях. Конечно, в рекордных аппаратах голову располагают ещё ниже. Это возможно, если использовать для обзора полностью прозрачный верхний колпак или видеокамеру с монитором перед глазами. Но это не подходит для повседневной езды. При езде на веломобиле важно иметь возможность высунуть голову наружу. Тогда вы не потеряете эффекта велосипедности — ощущение ветра, отличный обзор и полное взаимодействие с миром вокруг. Кроме того так намного меньше шума. Веломобиль «Пилигрим» Следующим мои веломобилем и первым аппаратом с несущим корпусом был Пилигрим. Всего было построено 4 прототипа. Три одного размера, и один увеличенный. На них я отрабатывал многие новые для меня решения. Особенно переднюю подвеску схемы Макферсона. В целом Пилигрим был неплохим. Хотя он и получился тяжелее «Скотчмобиля» (весил 42 кг), но он имел полную защиту от внешней среды, очень удобный верхний багажник, съёмную обтекаемую крышу. На нём я совершил свои самые дальние поездки, превзойдя результаты полу-обтекаемого лигерада. Я мог ехать целые сутки, почти без остановок, и проезжать по 400 километров за один приём. Конечно не так быстро как Никола Валд, но зато в реальных условиях по реальной украинской дороге. Это стало возможно благодаря устойчивости. Удержание равновесия, особенно на дороге с грузовиками, также отбирает силы из-за борьбы с порывами бокового ветра. Кроме этого можно экономить силы, поднимаясь в горки очень медленно, ведь не нужно держать равновесие, значит нет минимально необходимой скорости, как на лигераде. Это преимущество есть также у открытых трайков, именно поэтому они хорошо подходят для туризма. Я мог ехать всю ночь, а когда уставал — делал привал на полчаса и недолго спал прямо в кабине. Кабина защищает от холода зимой и от прямого солнца летом. Но летом нужна вентиляция. Я совершил одну осеннюю поездку в Винницу и две поездки в Чернигов. И туда и туда по 400 км в одну сторону. Почти все разы я доезжал за одни сутки, без привала на ночлег. Так только в этих поездках я проехал 2400 км. И всё это без мотора. Ссылки на видео об этих поездках есть в описании и в подсказках. Но, всё-же, находясь внутри кабины, я видел, что её форма далека от оптимальной. Посадка была слишком вертикальной, было полно неиспользуемого места, особенно вокруг коленей. А всё это увеличивает лобовую и боковую площадь, то есть усиливает влияние ветра и увеличивает сопротивление. Высокое кресло на тадпол-трайке тоже не улучшает комфорт на плохой дороге. После более чем 2-х лет использования этого веломобиля я был готов к следующему шагу. Здесь нужно сказать, что чем более совершенная конструкция, тем труднее сделать её ещё лучше. В среднем на каждое последующее улучшение требуется вдвое больше работы, чем на предыдущее. Поэтому построить веломобиль не очень трудно. А вот построить хороший веломобиль действительно трудно. Нужно учитывать очень много нюансов. Веломобиль «Mobi-D» Для последующего шага мне нужно было разработать всё с чистого листа. И первое, с чего я начал — создание точной модели пространства, которое занимает человек в кабине. Я моделировал посадку на специальном стенде, на котором же была установлена специальная линейка. С её помощью я измерил педалирующего человека. Точнее я измерил нескольких людей, чтобы иметь модели под разный размер корпуса веломобилей. Так как в серийных образцах также, как и в обычных велосипедах, есть разные размеры. Комфортность кабины и её просторность ощущаются не зрительно, а наличием или отсутствием препятствий для частей вашего тела. То есть если вы внутри ни на что не натыкаетесь, то это ощущается как просторная кабина, даже если при этом стенки находятся всего в миллиметре от вас. И наоборот, там может быть полно пространства, но всего одно узкое место будет создавать ощущение тесноты. Нет смысла возить с собой пустое пространство. Само пространство вам не мешает, но оно заставляет использовать больше материала для корпуса и увеличивает площадь поверхности. А это увеличивает вес и сопротивление. Если один человек имеет рост 190 см, а второй - 160, то вполне рационально каждому из них иметь корпус под его размер. Эта оптимизация увеличивает эффективность. Я начал с модели XL, это было пожелание заказчика. На этот раз не жалел времени на 3Д моделирование, и теперь, наконец-то, у меня был достаточно мощный компьютер, чтобы проводить аэродинамические симуляции дома. По 3Д модели я построил мастер-модель из пенопласта и фанеры, и покрыл это всё многими слоями гипсовой шпаклёвки, чтобы получить гладкую поверхность и сделать матрицы. К сожалению мне пришлось уехать из Украины из-за войны весной 2022-го года, но благодаря моему другу из Германии мои матрицы оказались у меня в Ирладнии, и я смог продолжить разработку веломобиля. Не имея своей мастерской доделать веломобиль было очень трудно. Многими решениями пришлось пожертвовать, потому что для них теперь не было технологических возможностей. Первое время у меня даже не было помещения для работы и очень сильно не хватало свободного времени, потому что я не смог больше продолжать свой бизнес по производству сидений, фреймсетов лигерадов и трайков Т-10, и мне пришлось устроиться на полный рабочий день в местную компанию по изготовлению металлоконструкций. Я всё-таки достроил свой новый веломобиль (при активном содействии Джейсона из США). Веломбоиль был мне действительно необходим, чтобы ездить на работу, так как надвигалась зима. Но, даже несмотря на то, что многие элементы были сделаны на скорую руку из того, что было (многие материалы я буквально доставал из мусорника с обрезками металла на работе), мне удалось создать самый эффективный из моих веломобилей. Конечно, это результат не столько работы в Ирландии, сколько всех предыдущих пройденных этапов подготовки и накопленного опыта. Но, создавать матрицу для обтекаемой крыши у меня не было времени, так что крышу тоже пришлось лепить из подручных средств. Этот корпус размера XL слишком большой для меня. Был бы он моего размера, веломобиль был бы ещё быстрее и легче. В итоге аппарат весит 38 кг. Мне пришлось установить электромотор на 250 ватт, так как даже на эффективном веломобиле проезжать по 38 км каждый день в любую погоду, да ещё и к определённому времени, и ещё и активно работать физически в цеху я не мог. Но с дополнительной мощностью этот веломобиль стал полноценным повседневным транспортом для поездок на работу и в магазин. На момент создания этого видео его полный пробег уже составил более 4797 км. Я пока не имею возможности провести полноценные измерения энергозатрат этого веломобиля. Но судя по расходу энергии на повседневных поездках и по показаниям спидометра, он лучше всего, что я создавал до него. Низкий центр тяжести обеспечивает отличную устойчивость. Я могу входить в повороты на скорости 30 км\ч. Там даже автомобили входят медленнее. Также он не теряет стабильности на скоростях до 60-ти км\ч, то есть с большинства не крутых горок можно не тормозить. С более крутых пока не пробовал ездить. Сельские дороги в Ирландии узкие, с множеством перекрёстков и поворотов и плохим асфальтом. Погода нестабильная, очень часто идёт дождь и сильный ветер. А зимой здесь очень рано темнеет, так что начало использования веломобиля пришлось на тёмное время суток. В целом это отличные условия для испытаний. Пробовали ездить ночью под сильным дождём? Я уже пробовал. Самые настоящие реальные условия повседневного использования. Никто из моих здешних коллег или даже знакомых не проезжает такие расстояния на велосипеде каждый день. Все ездят на автомобилях, даже если нужно проехать всего 5 км до работы. Так что я полностью и окончательно убедился в том, что веломобиль может полностью заменить автомобиль в этих поездках — быть полноценным повседневным транспортом. Так что, спустя 14 лет после первой попытки построить корпусный веломобиль я достиг успеха. Конечно, мой веломобиль Mobi-D ещё не идеален. А этот прототип сделан во многом из старого хлама, но теперь у меня есть главное — точное понимание как именно построить хороший веломобиль. Осталось только опять заиметь смою мастерскую с оборудованием… Но, пока я даже не знаю в какой стране это будет. Трайк «Т-10» Побочным эффектом от многолетних опытов по разработке веломобиля стал серийный трайк Т-10. Многие просили меня построить для них трайк на подобие шасси Скотчмобиля. Я внёс небольшие изменения в конструкцию, чтобы сделать трайк для туризма. Он сохранил полную подвеску, лёгкость управления и эффективную посадку от первого прототипа, но обзавёлся съёмными багажниками и рядом других мелких оптимизаций. Также его можно разобрать и упаковать для пересылки, так что получился конечный продукт. Трайки почему-то более понятны людям, чем лигерады. Многие покупают их для туризма. Трайк, в отличии от веломобиля, можно сложить и перевезти в поезде. Здесь нет такой свободы выбора комплектующих, как с моим серийным лигерадом, но всё-же можно ставить, например, воздушные амортизаторы и кареточный мотор или даже крышу для солнечной панели. Конечно, пока я не имею своей мастерской, я не могу снова их производить, но я уже знаю всю технологию и имею все чертежи для производства, так что осталось только вернуться в мастерскую. Асимметричные схемы Кроме перечисленных схем есть ещё две. Одну я обобщу в группу «не симметричные трайки». Хотя я видел парочку прототипов, но сомневаюсь в их перспективности, хотя они могут иметь какие-то спецэфические преимущества в конкретных условиях. Во всяком случае они явно не скоростные. Если кто найдёт видео быстрых — киньте ссылку. Заднеуправляемые схемы Вторая категория, которая даже доросла до веломобилей, это так называемые заднеуправляемые трайки. Они позволяют отказаться от сложной рулевой геометрии в случае с тадпол-трайками, но трансмиссия при этом усложняется. Как пример могу привести веломобиль «Борщ» Сергея Семенчука, который построен на основе заднеуправляемого трайка. Ссылка на видео в правом верхнем углу. Также есть немецкий веломобиль, похожий на паровоз. Тоже с задним рулевым колесом. Но мне трудно делать выводы о их безопасности на большой скорости. Ещё один вариант — передний привод но управление задними колёсами на дельтатрайке. Проблемы те же — очень сложно сделать подвеску и есть вопросы по устойчивости и безопасности на большой скорости. Наклоняемые трайки И пару слов о наклоняемых трайках. Суть в том, чтобы проходить повороты с наклоном, как на лигераде, но на малой скорости не держать равновесие. В этой схеме есть система рычагов, на которых стоят задние или передние колёса, которые обеспечивают устойчивость. Есть два типа наклона — наклон рулением — как на обычном велосипеде или лигеарде, и прямой контроль наклона при помощи рычагов. Наклоняемые стримлайнеры, то есть имеющие корпус, имеют вынесенные за пределы корпуса широко стоящие колёса, что само по себе сильно ухудшает аэродинамику и почти сводит на нет выигрыш от узкого основного корпуса. Кроме этого узкий корпус, также как и в случае с обычными (не наклоняемыми) веломобилями, сильно ограничивает пространство для багажа внутри. В целом наклоняемая схема должна позволить проходить повороты на большей скорости, чем обычные веломобили. Но у этой схемы нет перспектив для бытового использования, так как в езде по обычным дорогам у неё нет преимуществ. Обычные дороги это в основном прямые или повороты на перекрёстках, где нельзя проезжать без торможения. Там нужно смотреть по сторонам или вообще стоять на светофорах. Сильно ограниченное внутреннее пространство также сужает возможно для бытового использования. Получается чисто гоночный аппарат, при чём с преимуществами только в резких поворотах, так как по прямой двухколёсные стримлайнеры и веломобили с одним цельным корпусом оказываются быстрее. Итоги Трайки имеют главное преимущество перед лигерадами — это устойчивость. Но, чтобы сделать комфортный, послушный в управлении трайк, который к тому же не будет весить под 100 кг, нужно учесть много специфических моментов. В целом трайк гораздо сложнее лигерада. Схемы вроде дельта-питонов могут ездить, но вряд ли могут использоваться также широко, как тадпол-трайки и веломобили. Спасибо тем, кто досмотрел до конца. Надеюсь, вам было интересно и у вас осталась более менее целостное понимание после просмотра. Многие темы здесь не были раскрыты, особенно по рулевой геометрии, аэродинамике, общей физике движения, особенностям трансмиссии, и другом.