Share on Facebook

MT 5/86 str.28-35 CZOWIEK silnikiem przyszoci

Wiele przesanek wskazuje na to, e pojazdem przyszoci jeli chodzi o transport indywidualny, bdzie rower. Nie - jak chciao wielu pisarzy powieci s-f - helikopter, poduszkowiec, rakietowe buty, tylko - rower, a to z tej przyczyny, e nie przewidziano kryzysu paliwowego i nie brano pod uwag postpujcej degradacji rodowiska, prawdopodobnie sdzc, e "jako to bdzie"... Tymczasem zachodni futurolodzy przewiduj, e kryzys paliwowy i ekologiczny bdzie wzrasta lawinowo od poowy lat dziewidziesitych 1 , aby ok. roku 2010-2020 osign swe apogeum. Oczywicie stanie si tak, jeli nie zostanie podjte adne dziaanie profilaktyczne, m.in. wprowadzenie na szeroka skal transportu miniowego.

Wykres przedstawia zapotrzebowanie energetyczne niektrych organizmw dla transportu ciaaDlaczego akurat miniowego? Z tej prostej przyczyny, e jest to jedyna forma transportu, opierajca si o energi odnawialn i zupenie nie zanieczyszczajc rodowiska. Przy tym jest to forma najdoskonalsza, jeli chodzi o sprawno energetyczn: ukad napdowy roweru zamienia na ruch postpowy 97% przykadanej siy, rower moe przewozi adunki przekraczajce dziesiciokrotnie jego mas wasn, wreszcie - jadc na rowerze klasycznym na przebycie takiego samego odcinka zuywa si piciokrotnie mniej energii ni piechur, poruszajc si szybciej [ na 1 km - piechur - 75 cal. (5 km/h); rowerzysta - 15 cal. (15 km/h)].

Nie mona tego powiedzie o rozwizaniach "High-Tech" - samochd wodorowy zanieczyszcza rodowisko, poniewa oprcz pary wodnej wytwarza rwnie szkodliwe tlenki azotu (wynik spalania wodoru w powietrzu, nie w czystym tlenie), oraz jest drogi eksploatacyjnie, a jego sprawno bliska jest sprawnoci samochodu benzynowego - ok. 40%. Samochd elektryczny wymaga adowania, a prd elektryczny wytwarzaj elektrownie opalane wglem lub izotopami promieniotwrczymi (soneczne w naszym klimacie nie bd miay raczej wikszego znaczenia).Tak wic pozostaje rower.

Jak bdzie wyglda rower przyszoci? Spytany o to Paul Mac Cready - konstruktor miniolotw uznany z "guru" w sprawach pojazdw napdzanych si mini ludzkich powiedzia: "Cokolwiek to ma by, pierwsza czynno to zdefiniowa cile cel zadania - wtedy obiekt niejako zaprojektuje si sam. Albowiem otrzymamy co zupenie innego, jeli bdzie nam potrzebny efektywny i niemczcy pojazd komunikacyjny ni gdy bdziemy potrzebowa wysiku, wiczenia i wspinania si na gry... Gdy nie okrelimy swojego celu uzyskamy tylko choink, obwieszon gadetami".

 

Nas interesuje wanie pojazd komunikacyjny, czyli szybki, bezpieczny, stabilny i chronicy przed czynnikami atmosferycznymi pojazd drogowy. Wbrew pozorom, niektre z tych warunkw uzupeniaj si wzajemnie, tworzc przejrzyste i eleganckie rozwizanie. Zacznijmy od pierwszego warunku: szybkoci. Czowiek moe przez kilka godzin wytwarza energi mechaniczn 0,2 KM, a od 12 do 30 sek - 1,0 KM.

 

Warto te zaznaczy, e czowiek jest silnikiem "elastycznym" - jeli bowiem np. silnik elektryczny o mocy 100 W obciymy prac wymagajc 120 W to ulegnie on "spaleniu", natomiast czowiek zwikszy stopniowo sw moc do wymaganej wielkoci. Jak to wykorzysta? Stosujc zmienne przeoenia - powie kto. Niestety, mechanizmy zmiany przeoe su tylko po to, aby dopasowa prdko obrotow kolarza, bdc wynikiem jego wasnoci psychofizycznych, do warunkw jazdy, na ktre skadaj si: opr toczny k, sprawno mechanizmw, prdko i kierunek wiatru, nachylenie drogi i stan nawierzchni. Najwikszym pasoytem przy jedzie na rowerze jest opr powietrza.

 

Przy prdkoci 30 km/h 85% energii zuywa si na pokonanie go, innymi sowy - rowerzysta przy tej prdkoci w cigu minuty przemieszcza gwatownie ok. 500 kg powietrza! Sdz, e wyjanienie, jak mona temu zapobiec zainteresuje Czytelnikw, nawet jeli dokonam przegldu pojazdw napdzanych si mini ludzkich powracajc w przeszo, do czasw, kiedy samochody jedziy z prdkoci ok. 30 km/h, a przelot samolotu nad kanaem La Manche by wiatow sensacj. Rower by w tych czasach powanym i liczcym si rodkiem transportu - po kolei elaznej by najszybszym pojazdem ldowym. A stao si to w nastpujcy sposb: wpyw oporu powietrza na kolarza zauwaono ju w poowie la osiemdziesitych XIX wieku przy okazji wycigw rowerowych - mianowicie stwierdzono, e cyklicie jadcemu za prowadzcym byo znacznie lej jecha, ni gdyby jecha sam, a to dziki efektowi cienia aerodynamicznego. Postanowiono wykorzysta lepiej to zjawisko i po paru prbach zamocowano ekran aerodynamiczny do lokomotywy, podkady linii kolejowej Long Island Railroad przykryto drewnian ramp i pewnego piknego dnia 1899 r. kolarz amerykaski Charles "Mile a Minute" Murphy zyska saw najszybszego czowieka wiata, osigajc prdko 101,7 km/h. Od tego momentu zaczto rozwaa sposoby zmniejszenia oporw aerodynamicznych bez stosowania pojazdu poprzedzajcego. Rozwizanie byo niemal oczywiste: osona aerodynamiczna...

W latach 1912-1933 powstaje co najmniej pi podobnych konstrukcji, zblionych form do kadubw sterowcw lub kiosku okrtu podwodnego. Przykrywaj one cay rower wraz z cyklist i daj rzeczywicie dobre rezultaty: prdkoci o ok. 5 km/h wiksze od wczesnych rekordowych, czyli 50 km/h. W latach 1933-1938 konstruktor francuski Charles Mochet zbudowa pojazd o nazwie Velocar. By to rower o ukadzie poziomym - zaryzykuj tu neologizm - "polegliwy" (ang. recumbent bicycle - polskie sownictwo techniczne nie posiada okrelenia dla tej konstrukcji 2) obudowany opywowym nadwoziem. Kolarz wyczynowy Francois Faure pobi na nim wszystkie rekordy prdkoci, lecz Union Cycliste International nie zarejestrowaa go, zabronia natomiast w 1938 roku stosowania rowerw polegliwych i oson aerodyamicznych...

 Obudowany rower profesora Chestera R. Kyle

Dowiadczenia z aerodynamik rowerw podjto dopiero w 1973 r., roku pierwszego kryzysu naftowego.

Pierwsi zajli si tym dwaj panowie z Kalifornii - profesor fizyki Chester R. Kyle i konsultant ds. aerodynamiki Jack H. Lambie, ktrzy zbudowali bardzo podobne osony aerodynamiczne do rowerw. Gdy porwnali swe niezalenie powstae projekty, doszli do wniosku, e mona zorganizowa zawody pojazdw napdzanych si mini ludzkich. Konstrukcja pojazdw nie bya niczym ograniczona z wyjtkiem tego, e nie mogy one posiada dodatkowych rde energii, ani te urzdze do jej magazynowania, jak koa zamachowe, spryny, akumulatory itp.

Ilo uczestnikw pierwszych zawodw zorganizowanych w 1975 r. jak i prdkoci osigane przez pojazdy przekroczyy oczekiwania organizatorw, tak wic Kyle i Lambie podbudowani tym sukcesem zaoyli IHPVA - International Human Powered Vehicles Association, czyli Midzynarodowe Stowarzyszenie Pojazdw Napdzanych Si Ludzkich Mini. Wkrtce prezes IHPVA, doktor Allan Abbot, fizyk i kolarz wyczynowy w jednej osobie ufundowa wysok nagrod za przekroczenie 55 mph (88,5 km/h) mwic: "Jeli czowiek by w stanie postawi stop na Ksiycu, to tym bardziej powinien by w stanie przekroczy o wasnych siach amerykaskie ograniczenie prdkoci"...

Od tej chwili rozpru si istny worek z projektami, rekordy zaczy pada jeden po drugim.

Pojazd dr Abotta z 1976 r., ktry m.in. dziki swej niewielkiej wysokoci osign prdko 76,9 km/h "nada ton" swym nastpcom. Na mistrzostwach w 1977 r. w kategorii pojazdw jednomiejscowych pierwsze miejsce zaj pojazd projektu Paula Van Valkenburgha, napdzany przez kolarza Ralpha Therrio, ktry lea na brzuchu w kabinie przypominajcej wystajcy z ziemi koniec pata.

 

W kategorii pojazdw dwumiejscowych najszybsza bya "Biaa Byskawica" - "White Lightning", zbudowana przez studentw Northrop University. Pojazd ten form rwnie przypomina koniec skrzyda samolotowego o standartowym profilu. Prdko "Biaej Byskawicy" wyniosa wtedy 76,26 km/h. Zim projektanci i konstruktorzy tego pojazdu spdzili na starannym szlifowaniu i laminowaniu przez tysice godzin powoki kaduba, w celu nadania mu jak najgadszej powierzchni, aby zredukowa opr opywu. Dao to podane rezultaty - na mistrzostwach w nastpnym roku osignito 87,57 km/h, a tylko przez przypadek - awari elektronicznego pomiaru czasu nie zarejestrowano przebiegu z prdkoci 90,4 km/h...

 

W nastpnym, 1979 roku na mistrzostwach pojawia si nowa posta - inynier z General Dynamics, pan Al Voigt

wraz ze swym zespoem, ktry zaprezentowa pojazd o nazwie "Vector-82". By to czterokoowy, trzyosobowy tandem, w ktrym napdzajcy leeli na brzuchach, przy czym dwch za kierujcym "dopalao" przy pomocy rk - krcili oni uchwytami "wyrastajcymi" z pedaw poprzednikw. Pojazd rzeczywicie okaza si najszybszy - osign prdko 91,82 km/h, lecz ju par miesicy pniej "Vector-82" zosta pobity przez "Bia Byskawic" - po prostu mae, 16-calowe kka obcione mas trzech dorosych mczyzn miay zbyt duy opr toczny, aby pozwoli na uzyskanie zamierzonej przez Voigta prdkoci. Po zasigniciu konsultacji u wybitnych specjalistw zjawi si on na mistrzostwach w 1980 roku z rodzin cakowicie nowych pojazdw oznaczonych nadal nazw "Vector", ktrej poszczeglne

podtypy miay dodane do nazwy "Alfa", "Beta", "Gamma" itd. i byy pojazdami zbudowanymi w oparciu o cakowicie now koncepcj. Byy to, po pierwsze, nie jednolady z koami podporowymi, a trjkoowce, co zwikszao ich stabilno, po drugie - kaduby ich miay ksztat czego pomidzy ryb a pociskiem. Wanie ta forma stanowia o przewadze "Vectorw" nad konkurencj - dziki przewitowi by znacznie zredukowany hamujcy "efekt gruntu" - powietrze przepywajc pod kadubem nie ulegao znacznej kompresji ani te rozrzedzeniu, co pochania przecie, jak kade dziaanie w orodku, energi.

 

Zanim weekend dobieg koca najszybszy na Ontario American Speedway okaza si e dwumiejscowy

"Vector Gamma" - osign on 101,23 km/h, za "Vector Beta" - 94,75 km/h, co jak na pojazd jednomiejscowy byo wrcz niezwyke. Rekord ten nie zosta zreszt (jak dotd) pobity 3 . W 1982 r. niemiecki kolarz Gerhard Scheller jadcy na zmodyfikowanej wersji "Vectora" osign "tylko" 92,57 km/h, pomimo tego, e jego "pocisk" mia karoseri wykonan z laminatu kevlar/epoxyd, a nie jak w wersji amerykaskiej - z tkaniny szklanej z ywic epoksydow, co przy zastosowaniu lejszej ramy z rur ze stali chromowo-molibdenowej dao zysk omiu kilogramw w stosunku do pierwowzoru.

 

Przechodzc do najnowszych wydarze w taj dziedzinie - w roku 1984 firma DuPont, ta sama, ktra wspomagaa materiaowo budow miniolotu "Gossamer Albatross" i niemieckiego "Vectora" ufundowaa nagrod w wysokoci 15 000 dolarw USA dla jednomiejscowego pojazdu napdzanego miniowo, ktry osignie lub przekroczy prdko 65 mph, czyli 104,6 km/h. Granica 65 mph zostaa ustalona za pomoc oblicze komputerowych, w wyniku ktrych stwierdzono, e w warunkach ziemskich teoretyczna prdko maksymalna dla jednomiejscowego HPV ley pomidzy 65 a 70 milami angielskimi na godzin, czyli okoo 105-113 km/h.

Nagroda ta staa si niewtpliwie bodcem do dalszych poszukiwa w tym kierunku, gdy na zawodach IHPVA, ktre miay miejsce po jej ogoszeniu pojawio si wiele cyklomobili nowej konstrukcji, skutecznych i o duej doskonaoci. Tor, na ktrym odbywa si wycig - tor samochodowy w Indianapolis - spotka si ze znacznie gorszymi recenzjami zawodnikw ni Ontario American Speedway (Kalifornia), na ktrym zyskay sw saw "Vectory", lecz pomimo tego rednie prdkoci rozwijane przez uczestnikw zawodw A.D. 1984 byy wysze ni kiedykolwiek i bardzo wielu z nich przekroczyo 50 mph (80,4 km/h).

Tym razem najszybsze okazay sie jednolady. "Lightning X2" - ty pojazd, projektu Tima Brummera, napdzany mocnymi nogami Karla Sundquista osign 92,34 km/h a nastpny by "Bluebell-II", zbudowany na podstawie konstrukcji produkowanego w niewielkiej serii roweru polegliwego "Avatar-2000". Z pojazdw wieloosobowych najszybszy by czteroosobowy "Fusion", najbardziej zoony jak dotd projekt, a przy tym starannie i elegancko wykonany przez Pegasus Reserch Co., ktrego prdko wbrew pokadanym nadziejom wyniosa zaledwie 86,72 km/h. Sdz, e opowiedziana tu historia, a szczeglnie ostatnie przykady pozwoliy Czytelnikom

sprecyzowa pogld na form komunikacyjnego pojazdu o napdzie miniowym. Tak wic, wracajc do poczynionych na wstpie zaoe, niektre problemy rozwizuj si same, do innych trzeba si niestety dobrze przymierzy. Przypomnijmy je moe po kolei: 1 - szybko; 2 - bezpieczestwo; 3 - stabilno; 4 - ochrona przed zymi warunkami pogodowymi. Warunek pierwszy zostanie speniony, jeli zastosuje si: a) oson aerodynamiczn, b) pozioma pozycj kolarza, a najlepiej, oczywicie, oba rozwizania na raz.

Warunek drugi wydaje si by trudny do pogodzenia z szybkoci, lecz obudowa pojazdu moe odgrywa pewn rol przy pochanianiu energii uderzenia, szczeglnie wtedy, gdy zastosuje si struktury typu plaster miodu lub twarde pianki konstrukcyjne pokryte skorup z kompozytu lub poliwglanu (dua sztywno).

Trzeci warunek do ciko bdzie pogodzi z punktem pierwszym nie idc na kompromis. Konstrukcja jednoladowa ma sporo zalet, takich jak niewielkie gabaryty, uatwiajce przechowywanie i parkowanie, niewielka masa wasna (20-25 kg), umoliwiajca np. wniesienie po schodach (do piwnicy lub na balkon), mniejsza ilo czci, ktre zgodnie z pierwszym prawem Murphy'ego mog zawie oraz niski wspczynnik oporu tocznego itp., lecz ma ona take i niebagatelne wady, kolidujce z pkt. 2: niewielka stabilno przy maych prdkociach, a z takimi, poczonymi z koniecznoci precyzyjnej jazdy naley si liczy w ruchu miejskim. Ukad ten jest ponadto wraliwy na wiatr boczny oraz nie jest samostateczny - wymaga podparcia, gdy si zatrzymuje, co nastrcza sporo trudnoci natury konstrukcyjnej: jeli przyjmiemy, e kierujcy bdzie wystawia w tym celu nog (nogi), to trzeba wykona otwr i to zamykany zdalnie, aby nie wlatywao tamtdy boto, woda i inne nieprzyjemne substancje znajdujce si na drogach. Gdyby natomiast zastosowa wysuwane pozy lub koa podporowe, to powinny one by sterowane za pomoc mikroprocesora analizujcego dane o kcie poprzecznego nachylenia nawierzchni w miejscu zatrzymania si cyklomobilu (sonar?!) i napdzane z pomoc urzdzenia przetwarzajcego zmagazynowan energi, co na pewno nie potaniaoby pojazdu, ani nie uczynioby go lejszym. Nie bd si tu rozpisywa nad problemem wjedania na krawniki, lecz on rwnie niestety istnieje.

Wynika z tego, e naley zastosowa ukad trjkoowy, co nastrcza rwnie problemy.

Dwa koa kierujce z przodu i napdowe z tyu daj dobr zwrotno dziki krtkiej bazie, napd mona rozwiza stosujc dostpne elementy, lecz mechanizm kierowniczy wymaga skonstruowania od zera i w rezultacie jest do drogi. Poza tym koa przednie powinny by rozstawione szerzej, ni np. w "Vectorze", aby uzyska jak najwikszy kt skrtu (manewrowo) i aby unikn dachowania przy ostrym skrcaniu z du prdkoci. Wedug szacunkowych oblicze rozstaw k powinien by nie mniejszy ni dwukrotna odlego rodka cikoci od ziemi, za ten bdzie si znajdowa do wysoko, przyjmujc konieczny przy normalnym uytkowaniu przewit 12-15 cm, chocia i tak bdzie znacznie niej ni w rowerze klasycznym. Poza tym koa przednie znajdujce si poza obrysem kabiny wirujc mog zasysa strugi przycienne opywajce kadub, tak wic naleaoby schowa je w opywowych nadkolach, tego rodzaju, jak mia Ju-87 czy Curtiss Goshawk. Gdyby za schowa koa w obrysie kaduba, to musiaby on mie do du powierzchni czoow i nadkola-botniki wewntrz, chronice kierujcego przed botem itp.

 

Natomiast gdy zostan zastosowane dwa koa napdowe z tyu, a przednie - kierujce, to promie skrtu bdzie znacznie wikszy, ni w rozwizaniu poprzednim i konieczne bdzie zastosowanie mechanizmu rnicowego, czy to w postaci dwch rwnolegych wolnobiegw czy dyferencjau. Przy okazji, jeeli bdziemy si stara, aby nasz pojazd by jak najkrtszy, to "ucicie" go stworzy spor paszczyzn wytwarzajc cie aerodynamiczny, co wpynie ujemnie na jego osigi. Poza tym koa znajdujce si poza obrysem kabiny, zarwno w ukadzie: dwa kierujce i napdowe, jak i odwrotnym mog le wpywa na bezpieczestwo czynne pojazdu, czyli w razie kolizji powodowa urazy pieszych (projektujc pojazdy tak ewentualno naley rwnie przewidzie). Co prawda cyklomobile s to pojazdy przyszociowe, mona wic przy okazji studium projektowego nie przeznaczonego bezporednio do produkcji przyj zaoenie, e bd one jedzi po specjalnych drogach, gdzie ryzyko kolizji z przechodniem bdzie sprowadzone do minimum, co pozwoli na bardziej dowolne ksztatowanie formy karoserii. Uczyniem tak w przypadku projektu cyklomobilu wykonywanego w ramach mojej pracy dyplomowej na Wydziale Projektowania Form Przemysowych ASP w Warszawie. Zastosowaem w nim przednie koa skrtne i napdowe tylne, przy czym okapotowanie przednich k miao w myl zaoe powodowa przypieszenie strug powietrza opywajcych kadub. Powinno to poprawia parametry aerodynamiczne konstrukcji przez wywoanie opywu laminarnego (opyw uporzdkowany, wszystkie czstki powietrza biegn rwnolegle do siebie i do opywanej cianki , rwnie i w warstwie przyciennej) na caej dugoci cian, czyli efektu podobnego do wywoywanego przez sloty (inaczej skrzela, urzdzenia umieszczonego przy krawdzi natarcia skrzyda samolotu w celu zwikszenia siy nonej przez zapobieenie oderwaniu si strug opywajcych skrzydo przy maych prdkociach i duych ktach natarcia) w patach samolotowych.

 

W kocu przechodzimy do warunku czwartego. Jego spenienie wydaje si do proste: plastikowa karoseria powinna skutecznie chroni nawet przed najwikszym deszczem - to oczywiste, lecz naley rwnie wzi pod uwag problem wentylacji - w rekordowych "Vectorach" temperatura w kabinie wynosia do 60*C, co nie naley do przyjemnoci i nie podwysza sprawnoci organizmu. Przydaoby si take usun par wodn powsta w wyniku kondensacji oddechu pracujcego w kabinie czowieka. Mona to rozwiza stosujc otwr w karoserii w obszarze wystpowania podcinienia, przez ktry bdzie zasysane powietrze z wntrza oraz szczeliny nawiewowe umieszczone np. pod kadubem. A mwic o parze wodnej wskazane byoby zastosowanie warstwy "antifog" do pokrycia od wewntrz przezroczystych czci kabiny, ktre poza wszystkim powinny by wykonane z poliwglanu, ze wzgldu na odporno tego tworzywa na uderzenia i cierne dziaanie piachu z wod, wystpujcego na drogach. Ogrzewanie kabiny pojazdw napdzanych miniowo nie jest moim zdaniem konieczne, poniewa pracujcy organizm ludzki jest w stanie wytworzy wystarczajco duo ciepa, aby ogrza kabin nawet w czasie mrozu. Za to na lato i do obszarw silnie nasonecznionych wskazane byoby zastosowanie kabin z tworzywa dymnego i pokrytego warstw metalizowan.

 

Na zakoczenie pozostaje mi wyrazi nadziej, e przekonaem paru Czytelnikw (w tym zagorzaych zwolennikw motoryzacji) do idei transportu miniowego jako przyszociowej formy komunikacji, oraz e ukazaem im zoono problemw z pozoru prostych, a dajcych rozwika si przy pomocy "rozprawiania si" z kolejnymi zagadkami niszego niejako rzdu, z problemami czstkowymi - w celu otrzymania spjnego i eleganckiego rozwizania, ktrego efekty oby byo nam dane zobaczy...

 


1 Futurolodzy ostrzegaj i rysuj czarne scenariusze, a rzdy i wielkie korporacje nie przejmuj si tym i robi swoje gonic za zyskiem - wystarczy popatrze na losy protokou z Kyoto, dotyczcego emisji gazw cieplarnianych (przyp. M.U. 2001).

2Byo to pisane w lipcu 1985. Powszechny obecnie termin "rower poziomy" zastosowaem w reportau z zawodw w Milton Keynes (MT 3/86, pisane w listopadzie '85), a pniej w wiecie Modych w 1986 r. po analizie wielu propozycji. Rozwaaem m.in. "rower lecy", co odrzuciem jako okrelenie stosowne dla roweru ktry si wywrci. (przyp. M.U. 2001)

3 Od napisania tego mino 16 lat. W tym czasie Easy Racer's Gold Rush osign 105,36 km/h w 1986 r., Cheetah - 110,57 km/h w 1992 r. Pojazd Varna Mephisto w 2000 r. na zawodach w Newadzie osign (nieoficjalnie - bya zbyt dua prdko wiatru) 116,52 km/h, za zarejestrowana wtedy przez kolarza prdko maksymalna wehikuu Kyle Edge wyniosa 128 km/h (przyp. M.U. 2001).

 

Copyright ? by Marek Utkin 1996 -- 2001. Wszelkie prawa zastrzeone,

kopiowanie i publikacja w caoci i fragmentami WYCZNIE po uzyskaniu

zgody Autora oraz za podaniem rda.

 

 

Powered by Bullraider.com
 
 
 
 
 

Joomla Templates by Joomla51.com