На мой взгляд, среди всех видов транспорта наибольшего почёта и уважения достоин велосипед. Он предельно прост, доступен, универсален, полезен для здоровья и безопасен для окружающей среды. На велосипеде можно проехать почти где угодно, а если не получится, всегда можно взять его на руки и пройти пешком. Помимо чисто практических преимуществ у велосипеда есть и важное эстетическое достоинство: именно он позволяет в полной мере раскрыть возможности человеческого организма и делает нас самыми быстрыми млекопитающими на планете.
На многодневных шоссейных гонках вроде "Tour de France" победители развивают среднюю скорость около 40 км/ч [1]; максимальное расстояние, пройденное за один час на велотреке – 56,8 км [2]. Это уже намного быстрее, чем скорость, которую на такой дистанции может поддерживать лошадь [3], однако в наш автомобильный век такими цифрами никого не впечатлить. Напрашивается вопрос, нельзя ли сделать велосипед ещё быстрее?
1. Лигерады и рикамбенты
Для повышения скорости нужно минимизировать сопротивление движению, основной составляющей которого на высоких скоростях является сопротивление воздуха. Оно пропорционально площади поперечного сечения, поэтому первые шаги на пути к скорости - это уменьшение высоты и ширины велосипеда и велосипедиста. Нетрудно догадаться, что наименьшая площадь поперечного сечения будет достигнута, если велосипедист ляжет вдоль дороги. Конечно, для этого придётся полностью пересмотреть конструкцию велосипеда, и к соревнованиям UCI такое транспортное средство не допустят. Но кто сказал, что мы должны подчиняться каким-то правилам?
Оказывается, "лежачие" или "горизонтальные" велосипеды уже давно существуют. Как правило, человек располагается в них "по-автомобильному", т.е. не верхом на седле, а на сиденье со спинкой. Независимо от числа колёс, которое может варьироваться от двух до четырёх, такие аппараты принято называть рикамбентами (от английского "recumbent", что значит "лежачий"). Двухколёсные велосипеды такой схемы называют также лигерадами (от немецких "liegen" - лежать и "rad" - колесо) [4].
В зависимости от взаимного расположения каретки и переднего колеса лигерады делят на короткобазные, среднебазные и длиннобазные. По высоте посадки различают следующие типы лигерадов:
- хайрейсеры — основание сиденья расположено выше колеса
- мидлрейсеры — основание сиденья расположено выше оси, но ниже верхней точки колеса
- лоурейсеры — основание сиденья расположено ниже оси колеса
Трёх- и четырёхколёсные рикамбенты (чаще называемые веломобилями) могут быть достаточно комфортными и неплохо подходят для дальних туристических поездок. Например, в 2013 году британка Мария Лейерстам добралась на трёхколёсном веломобиле "White ICE Cycle" аж до Южного полюса [5].
![Мария Лейерстам в путешествии к Южному полюсу на веломобиле "White ICE Cycle" [5]](https://avatars.dzeninfra.ru/get-zen_doc/271828/pub_67ce8f6212fb401bde494188_67db3d88612f841cec483064/scale_1200)
![Мария Лейерстам в путешествии к Южному полюсу на веломобиле "White ICE Cycle" [5]](https://avatars.dzeninfra.ru/get-zen_doc/271828/pub_67ce8f6212fb401bde494188_67db3da8612f841cec484ba6/scale_1200)
![Веломобиль "White ICE Cycle" британской компании "Inspired Cycle Engineering (ICE)" [5]](https://avatars.dzeninfra.ru/get-zen_doc/271828/pub_67ce8f6212fb401bde494188_67db3dbadd08c558ad65123b/scale_1200)
Впрочем, туристические модели из-за увеличенной массы, высокой посадки, большой ширины и дополнительных потерь в "лишних" колёсах, как правило, уступают в скорости даже обычным велосипедам. Если же мы хотим ехать быстрее, то нам следует присмотреться к двухколёсным лигерадам с низкой посадкой. Езда на таком транспорте достаточно специфична и требует особой сноровки. Тем не менее, энтузиасты, освоившие лоурейсер, могут развивать на нём скорости, недоступные для обычных велосипедистов.
Но что если хочется ехать ещё быстрее? Дальнейшее уменьшение площади поперечного сечения невозможно, поэтому для снижения сопротивления воздуха остаётся только уменьшать аэродинамический коэффициент. Для этого нужно поместить лигерад вместе с велосипедистом в гладкую оболочку обтекаемой формы. Так мы приходим к идее веломобилей-стримлайнеров: самых быстрых транспортных средств с мускульным приводом.
Давайте посмотрим, на что способны подобные машины.
2. "Eta" от команды "Aerovelo" – самый быстрый веломобиль-спринтер
17 сентября 2016 года Тодд Райхерт (Todd Reichert) из канадской команды "Aerovelo" на веломобиле "Eta" разогнался до 144,17 км/ч по трассе "Battle Mountain" в Неваде и поставил рекорд скорости, который держится по сей день [6]. Этот результат был получен в категории "200 метров с хода", суть которой состоит в том, что в протокол записывается средняя скорость на измерительном участке длиной 200 метров, перед выездом на который гонщик 5 миль разгоняется по прямой горизонтальной дороге.
Давайте разберёмся, какие особенности конструкции веломобиля "Eta" позволили ему добиться рекордного результата [7].
Аэродинамика: помимо того, что кузов веломобиля имеет минимально возможный размер и обтекаемую форму, его конструкторы уделили особое внимание устранению мелкомасштабной турбулентности, которая существует в тонком пограничном слое воздуха рядом с веломобилем. По их словам, если сделать движение воздуха в пограничном слое ламинарным, то можно уменьшить сопротивление воздуха более чем на 50% по сравнению с кузовом, который внешне выглядит очень похоже. Однако добиться этого чрезвычайно сложно, поскольку любые помехи, вызванные вибрацией, швами или насекомыми на поверхности, превращают ламинарный поток в турбулентный.
Информационная система и обзор: особенностью веломобиля "Eta" является то, что гонщик наблюдает за дорогой через две видеокамеры, расположенные сверху. Это позволяет получить хороший обзор при максимально низкой посадке. Дублирование сделано на случай, если одна из камер выйдет из строя на высокой скорости. Бортовой микрокомпьютер показывает водителю частоту и мощность вращения педалей, скорость по GPS, пройденное расстояние, а также целевую мощность и скорость. Кроме того, компьютер моделирует движение веломобиля на основе измеренной мощности и отображает на экране разницу между фактической и смоделированной скоростями. Это позволяет водителю во время заезда решить, стоит ли ему выложиться по полной или поберечь силы на другой день, когда погодные условия будут более благоприятными.
Сопротивление качению и колеса: при минимальном аэродинамическом сопротивлении основным потребителем мощности становится сопротивление качению шин. Оно снижается при увеличении диаметра и ширины колеса, поэтому задача разработчиков "Eta" сводилась к размещению как можно большего колеса в как можно меньшем пространстве. Сопротивление качению также снижается при уменьшении толщины резины, которая деформируется при контакте с дорогой, поэтому "Eta" ездит на сверхтонких (менее 2 мм) шинах.
Эргономика: мощность, которую может развить велосипедист, сильно зависит от расположения сиденья и педалей. Перед постройкой рекордного веломобиля его создатели долго искали оптимальные значения длины кривошипов, высоты ног, углов наклона сиденья и бёдер как в лабораторных условиях, так и в ходе испытаний предыдущих образцов.
Трансмиссия: чтобы сделать цепь как можно короче, "Eta" имеет передний привод. На одной оси с педалями установлена 93-зубая звездочка, от которой мощность передаётся к 7-скоростной кассете, связанной с колесом второй цепью, ведущая звёздочка которой имеет 39 зубьев, а ведомая - 18. Переднее колесо является управляемым, поэтому вторая цепь расположена параллельно оси рулевой колонки, чтобы не мешать веломобилю поворачивать.
4. "Тетива" от Вениамина Ульяновского – самый быстрый российский веломобиль
Звание самого быстрого веломобиля нашей страны по праву принадлежит стримлайнеру "Тетива". Его построил Вениамин Вениаминович Ульяновский – пожалуй, главный энтузиаст биотранспорта в России [8]. Он заинтересовался веломобилями ещё в советское время, а в 2010 году решил построить скоростной болид для участия в тех самых соревнованиях на трассе "Battle Mountain". 12 сентября 2012 года "Тетива" под управлением Сергея Дашевского разогналась до 106,45 км/ч [9].
Мировой рекорд на тот момент был равен 133,28 км/ч, поэтому результат российского веломобиля не был впечатляющим. Тем не менее, американцам конструкция понравилась, и В.В. Ульяновский получил главный приз за инновации.
Общую компоновку "Тетивы" можно считать классической: это двухколёсный короткобазный лигерад-лоурейсер с обтекателем и передним приводом. Корпус изготовлен из углепластика, а его нижняя часть является несущим элементом всей конструкции [10, 11].
Для уменьшения поперечного сечения веломобиль сделан максимально компактным, и поверхности корпуса расположены вплотную к пилоту. Насколько тесен веломобиль можно судить по фотографии с пилотом без верхней части обтекателя. Всё в нём спроектировано с минимальными зазорами под конкретного человека и его манеру педалирования без возможности регулировки.
Наиболее интересные решения, которые позволили "Тетиве" получить приз за инновации – это использование ведущего колеса для вентиляции кокпита и необычное устройство передней вилки. Её верхняя часть держится на шарнире, а к ножкам прикреплены рулевые тяги, которые воспринимают продольные усилия, в то время как боковые силы воспринимаются пазами, в которых перемещаются ножки. Такая конструкция не позволяет поворачивать колесо на большие углы, но для скоростных заездов по прямой это и не нужно.
Стоит упомянуть и о том, что что в 2020 году В.В. Ульяновский представил обновлённую версию "Тетивы" для заездов по льду на "Байкальской миле" под управлением всё того же Сергея Дашевского. Вместо заднего колёса на ней были установлены коньки, однако эксперимент оказался неудачным: удалось достичь скорости всего лишь 37,4 км/ч, что лишний раз показывает преимущество качения перед скольжением [12, 13].
3. "Milan" от Эггерта Бюлька – самый быстрый веломобиль-марафонец
Веломобили, о которых мы поговорили, были спроектированы специально для рекордов и отличаются достаточно специфичной конструкцией, не приспособленной для езды по обычным дорогам и не предполагающей никакого удобства для пилота. Без посторонней помощи спортсмен даже не может сесть в рекордный веломобиль и тронуться с места. Возможно, именно с этим связано то, что рекорд скорости в длительных заездах (на 12 часов и более) до сих пор удерживает "Milan SL" - веломобиль куда менее радикальной компоновки c двумя колёсами спереди и одним сзади.
Он был сконструирован в 2005 году Эггертом Бюльком (Eggert Bülk) и Йенсом Бакбешем (Jens Buckbesch). Несмотря на то, что в спринте на 200 метров он разогнался "только" до 97,96 км/ч, ему принадлежат следующие рекорды:
В 2020 году румынская компания "Velomobile World" приобрела права на этот веломобиль и в настоящее время производит и продаёт "Milan" [14]. Интересно, что компания решила адаптировать веломобиль для повседневного использования по сей занимается его оптимизацией для этой цели. Согласно информации на их сайте, веломобиль имеет коэффициент сопротивления воздуха 0,1 и массу около 24 кг. Это позволяет ему поддерживать скорость 50 км/ч, расходуя всего лишь 160 Вт. Такую мощность способен развить среднестатистический взрослый мужчина, правда не каждый сможет её долго поддерживать: для быстрой езды на веломобиле в любом случае придётся потренироваться.
Большое внимание создатели "Милана" уделяют безопасности и комфорту. Форма его кузова оптимизирована для минимальной чувствительности к боковому ветру. Три колеса обеспечивают устойчивость веломобиля на месте. Для посадки и высадки капот откидывается вперёд на шарнирах. Воздухозаборник обеспечивает хорошую вентиляцию и не позволяет воде проникать в кокпит. Полулежачая посадка позволяет распределить вес водителя по большой площади, а поддержка головы – разгрузить шею. Сиденье имеет повышенную прочность и спроектировано так, чтобы защитить водителя в случае аварии. Поверхности, осколки которых при разрушении могут нанести травмы, покрыты защитной тканью. Для езды по дорогам общего пользования предусмотрены зеркала заднего вида и световая индикация.
Купить рекордный веломобиль может любой желающий, правда за него придётся заплатить крупную сумму: на сайте производителя указано, что его минимальная цена 11 629 евро, то есть более 1 миллиона рублей.
5. Подведём итог
Может показаться, что существование веломобилей, способных разгоняться до "автомобильных" скоростей говорит о том, что у мускульного транспорта есть перспективы стать некой альтернативой привычным машинам. Энтузиасты биотранспорта давно мечтают приспособить веломобиль то для ежедневных поездок по городу, то для путешествий на дальние расстояния, однако существующие веломобили скорее напоминают спортивный снаряд, чем транспортное средство, и вряд ли это когда-либо изменится. Но при этом я вовсе не считаю создание веломобилей пустой тратой времени, и вот почему:
- Во-первых, это интересно. А если бы в гонки на веломобилях вкладывались так же, как в профессиональные виды спорта, то мы получили бы зрелище не хуже, чем Тур де Франс и Формула-1.
- Во-вторых, пусть веломобили и не станут массовым транспортом, наверняка найдётся какое-то количество энтузиастов, готовых на них ездить. И это количество может быть очень разным в зависимости от того, насколько хороши будут веломобили. В абсолютном выражении это миллионы человек по всему миру. Почему бы не побороться за их внимание?
- В-третьих, веломобили служат прекрасной демонстрацией того, насколько неэффективны современные автомобили, которые на перевозку одного человека тратят литры топлива. Если даже педального привода достаточно для вполне приличных скоростей, представляете, насколько экономичными можно сделать сделать машины с моторами?