«А не выпить ли нам кофе? – спросила графиня. Отнюдь! – сказал граф...». Если кто слышал эту трогательную историю из светской жизни, то помнит, что там, в конце, вроде как бы и по прихоти редактора, но вполне закономерно возникает тема будущего, раскрытие которой и венчает собой всякое художественное произведение. Произведения у нас нет, но есть редактор и конец сезона, так почему бы нам всё это и не увенчать рассуждениями о том, что было, что будет и чем сердце успокоится.
Но можно ли объять необъятное? С тех пор, как кучка отвязных норвежцев, а может и китайцев, - скандинавов, одним словом, - начала сигать с гор на досках с загнутыми носками, это внешне безобидное занятие превратилось в мощную субкультуру со своей территорией, индустрией, СМИ, короче, с базисом и надстройкой, и миллионами адептов, истовости которых могут позавидовать самые что ни на есть фундаменталисты. На тысячах склонов тысячи машин насыпают снег, убирают снег, нагребают бугры, срывают бугры, рыхлят снег и уплотняют. Огнедышащие жерла газексов и стволов лавинной артиллерии чутко стерегут притаившиеся лавины, готовые разорвать их на части при малейшем намёке на опасность. Тысячи подъемников ежедневно возносят сотни тысяч лыжников под облака, откуда в снежных вихрях они несутся вниз, чтобы начать сначала. Всё вертится в этом снежном круговороте: банкиры и бюджетники, министры и домоуправы, президенты и кухарки, управляющие государством, короли и, конечно, капуста. Райдеры и прорайдеры на геликоптерах взмывают в поистине небесные выси, чтобы начать оттуда феерический спуск, сравнимый разве что с полётом орла. В парках и садах скулеры и нескулеры выделывают диковинные кунштюки, от которых замирает сердце рядового лыжебордера. И над всем этим витает густой и терпкий Дух Свободы, изредка накрываемый снежным облаком сходящих недорасстрелянных лавин.
Уфф! Аж вспотел от величия картины! Страшно подумать, что будет со всем этим, если глобальное потепление всё-таки грядет! Что делать будем, когда на вершине Джомолунгмы расцветут рододендроны? Рубить склоны во льдах Антарктиды? Надолго ли их хватит? Одна надежда на науку: если уж сумели они открыть лёд, который тает при минус 160, то почему бы им не открыть снег, который будет таять при плюс 30. Больше, я думаю, не надо – некомфортно будет.
Только иногда маркетинговые «навороты» на ту или иную технологию сильно повергают в недоумение. Например, технология «Liquidmetal» от HEAD. Жидкий металл, значит. Спору нет, материалы просто замечательные! По-нашему называются - аморфные сплавы. Аморфные - потому что всякими технологическими примочками им не дают кристаллизоваться, и они остаются в состоянии стекла. Механические свойства прекрасны:
- в несколько раз более упруги, чем сталь,
- в 2-3 раза прочнее и титана и стали,
- твердость в пару раз выше, чем у титана и нержавейки,
- превосходно держат край и устойчивы на износ,
- не ржавеют.
Казалось бы, замечательный материал для кантов, но эти сплавы плохо работают на растяжение. Их участие «в жизни лыжи» сводится к замене, скорее всего, титаналовой пластины поверх сердечника на «жидкометаллическую». Но к каким чудесным последствиям это приводит! Придётся привести пространную цитату.
«Аморфный Liquidmetal® в отличие от своего традиционного – кристаллического собрата обладает очень высокой прочностью – он вдвойне прочнее применяемых до настоящего времени сплавов, это его первая особенность. Вторая особенность – более высокая устойчивость к деформациям по сравнению с привычными материалами. За счет того, что новый металл очень упруг и стоек к деформации, увеличивается упругость конструкции лыжи, уменьшаются потери энергии или, другими словами, увеличивается КПД».
Оставим КПД на совести маркетологов, и посмотрим на упругость. Это такое свойство, которое позволяет материалу деформироваться и восстанавливать первоначальную форму после деформации. Для каждого материала есть предел, далее которого его деформировать нельзя, а не то он либо погнется, либо сломается. Если мы возьмем деревянную линейку и наложим на неё стальную, то получим примерно то же, что и в лыже, где деревянный сердечник соседствует с металлической пластиной. Если мы будем сгибать наши линейки с достаточным энтузиазмом, то одна из них сломается в первую очередь. Вы догадываетесь, какая. Если мы заменим стальную линейку на сверхупругую «жидкометаллическую» и повторим опыт, то сломается опять же деревянная и при той же деформации. Удалось ли нам повысить упругость «лыжи» в целом? Нет, она по-прежнему определяется самым слабым звеном в наборе. Единственный способ увеличить упругость лыжи – это сделать сердечник тоньше, - он тогда будет больше гнуться, - а уменьшившуюся жесткость компенсировать увеличением толщины пластины. Но сердечник играет важную роль в обеспечении характеристик лыжи и не может просто так быть изменен без потери качества лыжи.
Ещё одна цитата.
«По сравнению с предыдущими моделями лыжа с Liquidmetal имеет на 29% меньше потерь энергии. А значит, она стала менее «вязкой», более «живой». Теперь сколько энергии вы вложите в поворот при входе, столько энергии и отдаст вам лыжа при выходе из поворота – 1:1. В результате лыжа, в конструкции которой использован Liquidmetal®, становится на много (на 29%) мощнее и лучше контролируется в повороте».
Ещё один пример того, как свойства отдельной части распространяются на лыжу в целом. Действительно, аморфные сплавы имеют малый коэффициент внутренних потерь. На 29% меньший по сравнению с титановыми. А что значат малые потери? Если зажать в тиски стальную линейку и «жидкометаллическую» и сделать «дзынь», то у последней «дзынь» будет значительно длиннее.
Только нужно ли это лыже? Ни в коем случае! Для борьбы с «дзынями» и служат различные системы виброгашения, о которых нам ещё придётся поговорить. Если склеить эту линейку с деревянной, как это и делается в лыжах, то «дзынь» будет уже значительно короче, а если он будет недостаточно короток, то наклеят ещё слой какого-нибудь эластомера с большим коэффициентом внутренних потерь, и от 29% останется ровно столько, сколько посчитает нужным конструктор. Так что же мы имеем от применения в лыже столь прогрессивного и, видимо, недешевого материала? А бог его знает! Скорее всего, такое не менее замечательное качество, как усталостная прочность, которая у аморфных сплавов в 2-3 раза выше, чем у титановых. Это значит, что они выдерживают во столько раз больше циклов сгибания-разгибания до того как сломаться. Это, согласитесь, тоже хорошо, но звучит не так замечательно, как «увеличение мощности на 29%».
Мне уже приходилось писать о недостатках карвинговой лыжи. О её «неполном соответствии» Великой Карвинговой Идее: резать чисто, всегда и везде. Хотя правильнее было бы назвать их принципиальными проблемами, поскольку они целиком проистекают из механики лыжи в повороте. Пожалуй, читатели смогут «глобальнее» представить эти проблемы, если мы зайдем немножко не с той стороны. Нет нужды спрашивать, умеете ли вы ездить на велосипеде. Все или катаются или хотя бы помнят ощущения при катании. А теперь представьте себе велосипед, руль у которого может поворачиваться только в два фиксированных положения, скажем, на 10 градусов вправо и на столько же влево. И никаких промежуточных положений! Как ни прискорбно, но по поведению такой изувеченный велосипед и есть полный «колёсный» аналог карвинговой лыжи. Эти 10 градусов образуют для велосипеда то, что у лыжи называется радиусом бокового выреза. Ездить по кругу с таким или чуть меньшим радиусом на нашем велосипеде можно только с очень малыми скоростями. Это же наблюдается и у лыжи. При радиусе бокового выреза, например, 15 м резаный поворот с радиусом в 14 м возможен при скорости около 7 км/час. Это редко где найдёшь любителя гонять на таких скоростях! С увеличением скорости необходимо увеличивается угол наклона велосипеда внутрь поворота, что автоматически уменьшает радиус поворота. И у лыжи то же самое: скорость, угол наклона центра тяжести лыжника внутрь поворота и радиус поворота (резаного поворота!) жестко связаны. И тоже с увеличением скорости радиус поворота уменьшается, хотя, наверное, лучше было бы наоборот. И, наконец, предельная скорость поворота и там и там ограничена предельным углом наклона, когда коленки скрести по склону начинают или шины уже не держат. А как же с остальными скоростями/радиусами? Можно ли поворачивать на этом замечательном велосипеде и, соответственно, на карвинговой лыже со скоростями, наклонами и радиусами, которые не соответствуют друг другу в указанном выше смысле? Можно, но только с юзом. И если к юзу на лыжах мы изначально привыкли, - он у нас проскальзыванием называется, - то на велосипеде пока как-то боязно. Вот всего-то и разницы!
Думаю, читатели хорошо представляют разницу между нормальным и «карвинговым» велосипедом, даже не пробуя кататься на последнем (кстати, идею отдаю байкерам задаром, - по-моему, такой велосипед будет весьма экстремален). Поэтому неплохо было бы превратить и лыжу в «нормальный велосипед». Только это непросто, поскольку велосипед уже изобрели, а такую лыжу ещё нет. Хотя идея уже ясна и понятна: для этого потребуется лыжа с изменяемой геометрией бокового выреза, причем изменяемой на ходу, в процессе движения. И в зависимости от параметров этого движения. Это не только моё непросвещённое мнение. Куда более серьёзные ребята, U. D. Jentschura и F. Fahrbach из Фрайбургского университета, предприняли достаточно солидные математические изыскания и пришли к тем же самым выводам. Их оригинальную статью можно скачать при желании. Статья есть, а вот, увы, такой лыжи пока нет. Но, коль скоро мы пытаемся заглянуть в светлое будущее, давайте посмотрим, не сделано ли чего полезного в этом направлении. В первом приближении реализация лыжи с переменной геометрией потребует следующего.
- Измерительного устройства, определяющего текущие параметры движения лыжника. К ним относятся скорость движения лыжника, крутизна склона и положение лыжи относительно линии ската.
- Управляющего устройства, пересчитывающего выходные сигналы с измерительного устройства по некоторым функциональным зависимостям и вырабатывающего управляющие сигналы на исполнительное устройство.
- Исполнительного устройства, которое в соответствии с управляющими сигналами и производит работу по изменению геометрии лыжи.
- текущую скорость лыжника
- среднюю скорость
- максимальную скорость
- текущую высоту
- накопленную разность высот
- пройденную дистанцию.
Позволяет записать до 50 значений «дистанция – время её прохождения». Точность по скорости – 0.3 км/час, по дистанции – 2%. Весит всё устройство 120 грамм, из которых, как вы понимаете, львиная доля приходится на корпус, индикатор и источник питания. Так что всё остальное в лыжу явно влезет. К тому же и определяет то, что нужно: текущую скорость – непосредственно, а по высоте и скорости можно путем различных манипуляций худо-бедно оценивать крутизну склона. Вполне достаточно, чтобы начать.
С управляющим устройством вообще нет проблем. С тех тор как HEAD встроил в свою линейку i.C микроконтроллер, так он там и стоит и исправно работает. А микроконтроллеру всё равно, что считать Что нужно, то и посчитает.
Он не то что бы совсем надувной, но в нем есть пара продольных каналов, в которые накачивается воздух. В зависимости от давления меняются механические характеристики и, как пишут, геометрия доски. Универсальность при помощи насоса! А если насос к тому же в руках у бордера, то он может на ходу подстраивать доску, чего как бы и хотелось. Но лыжнику насос не дашь – у него руки заняты. Да и вообще воздух – он какой-то мягкий, мне более по душе HEAD’овские пьезо-волокна – ими управлять легче, электричество всё-таки. Или, на худой конец, гидравлика. А если кто-то начнет кричать «Господи, не допусти!», в смысле – гидравлику в лыжи, то, как мы увидим из дальнейшего, уже поздно. Уже допустил.
Про питание для этого всего я вообще не говорю. Есть у меня фонарик китайский – его только потрясти, он светит себе и светит. А уж лыжу-то специально трясти не надо, её и так колотит не по-детски!
Так что, в общем, процесс идёт и направление его правильное. Глядишь, через пару-тройку лет и сделают лыжу с изменяемой геометрией. И это будет ещё одна победа разума над слепыми силами стихии.
Но на этом разум не остановится. Со свойственной ему сообразительностью он мигом просечёт, что мало геометрию лыжи менять – придётся под неё и механические характеристики лыжи подстраивать. Чтобы всё это надлежаще работало. Но это уже попроще будет. (На сегодняшний день в этом плане мы имеем новейшую технологию Mutix от Rossi: ехал – остановился – достал из кармана комплект рычагов другой длины и отвертку – заменил рычаги – спрятал старые и отвертку в карман – помчался дальше на обновленных лыжах).
Конечно, как только в карвинговой лыже сделают что-нибудь подобное, так грех будет это ещё где-нибудь не применить, скажем, в райдовые модели пристроить, чтобы их поуниверсальнее сделать, хотя бы подгонять под состояние снега. Тут нужно грустно заметить, что для этого желательно знать, как должна выглядеть лыжа для того или иного состояния снега. А пока многообразие форм лыж, скажем, для целины наводит на мысль, что генеральной идеи пока нет. Но что-то полезное всё-таки с лыжей можно сделать, и тут потребуется уже ручное управление параметрами лыжи, поскольку оценивать состояние снега автоматически – дело не ближайшего будущего. Да не беда, стоит только иметь набор программ для контроллера лыжи типа «лед», «фирн», «паудер» и т.д. И спокойно переключаться между ними на ходу. Нарисовать, к примеру, на пузе кнопки побольше, благо нынешние материалы, из которых пошивают всяческий wear, это позволяют. Заехал в пудру – нажми соответствующую кнопку! Не Карлсон, конечно, но тоже кое-что!
Надо думать, к разработке такой замечательной лыжи подойдут комплексно, т.е. постараются обеспечить и её эксплуатационные характеристики, такие как защита от возникающих вибраций. Там при помощи процессора много чего можно натворить, но это всё-таки дело будущего, а давайте взглянем, что можно сделать сейчас, на скорую руку. John Howe, разработчик, да, собственно, и единственный производитель лыж Claw, уверен, что необходимым условием держания кантов на жестком склоне является сильное демпфирование лыжи. Что ж, ему можно доверять, - перед тем как заняться собственными лыжами он много лет проработал в HEAD шефом конструкторского подразделения и знает вопрос не понаслышке. «Технологий» виброгашения понаделано страсть как много, но, по сути, разницы между ними мало. Лыжа, как любая приличная вещь достаточного удлинения, имеет свой набор форм собственных колебаний, как в изгибном, так и в торсионном планах. Каждой форме соответствует своя собственная частота, и в результате лыжа имеет «букет» собственных частот, на которых склонна резонировать. Если неровности склона начинают трясти лыжу с частотами, близкими к её собственным, лыжа начинает вибрировать, что сильно не способствует держанию кантов. Соответственно, для того, чтобы этого избежать, нужно влиять на параметры резонансов – форму, частоту и добротность. Там всё довольно сильно повязано, и изменения какой-либо одной характеристики влияют на картину в целом.
Например, помещая дополнительную инерционную массу в районе носка лыжи, как это делает К2 в своей Mod, можно существенно повлиять на распределение собственных частот лыжи в нужную сторону. На добротность влиять можно, увеличивая рассеивание энергии в материале лыжи при её деформации. Поскольку сами конструктивные материалы лыжи этого обеспечить в должной мере не в состоянии, приходится добавлять к ним что-нибудь соответствующее: различные эластомеры, гели, пенорезины, пары трения, надстройки всякие, типа Prolink, или пьезоустройства. Это на текущий момент - основная технология подавления вибраций. Не то, чтобы больше способов не было, но не все в лыжи вписываются. Да и не все лыжи в них нуждаются. Сильное демпфирование применяется, в основном, в топовых, high performance моделях, предназначенных для значительных скоростей и плохих склонов.
С тех пор конструкторская мысль пошла двумя путями: уменьшением площади монтажа (Line Reactor) и обеспечением взаимной подвижности передней и задней головок креплений (все остальные). Подвижность обеспечивается, как правило, конструкцией интерфейсной платы, состоящей из двух или трех частей, одна из которых закреплена неподвижно, а остальные могут перемещаться вдоль лыжи по рельсам, пазам и т.п. Эта вызывает естественное желание что-нибудь вставить между подвижными частями. Вставляли эластичные демпферы, пружины, а теперь вот амортизатор. Но лыжи все разные. Чтобы эффективно воздействовать на какую-нибудь форму собственных колебаний, нужно расположить демпфер между двумя её узлами.
Но наша задача – распространить влияние демпфера на всю длину лыжи, чтобы иметь возможность влиять на её форму. Значит, шток должен быть длинным и крепится где-то в районе носка лыжи. А чтобы он не болтался на такой длине, он должен быть гибким и проходить в специальном канале под крышкой лыжи. А чтобы влиять не только на изгиб, но и скручивание лыжи, нужно иметь два независимых демпфера с обеих сторон лыжи. Получается некая конструкция, схожая c используемой Atomic технологией Beta 5, показанной на картинке, где в таких каналах двигаются эластомерные стержни, опять же для виброгашения. И, конечно же, такая же конструкция должна присутствовать и в задней части лыжи. В итоге получается, что на текущий момент мы имеем полный набор «комплектующих» и соответствующих технических решений, из которых, если оставить в стороне вопросы конкретной реализации, можно быстренько соорудить вот ту систему демпфирования, «о необходимости которой так долго говорили ...». Да и скорей бы уж! Интересно, что получится. Надежды вселяет то, что эта область весьма хорошо разработана, как в части технологий, так и методик расчета, - на одни только автомобили сколько сил потрачено!
Другие статьи автора на сайте:
1. Ещё раз про внутреннюю лыжу
2. Две оси на одно колено
3. Лыжные травмы коленей
4. Закантовка. Технический роман из жизни лыжи в двух частях с иллюстрациями
5. По следам «Пяти навыков…»
6. Виртуальный бугор и разгрузка вниз
7. Карвинговая лыжа. В поисках идеала
Автор: Игорь Изыльметьев |