Карвинговая лыжа, сбытие мечт

Такое «кинематографическое» название по тонкому замыслу автора должен показать то,

— что это публикация является развитием опубликованной ранее статьи Карвинговая Лыжа (Вопрос на засыпку: Овладеть небольшим навалом туловища на палку для усиления толчка рукой?). В поисках идеала., где автор, опираясь, впрочем, не только на свое мнение, высказал кое-какие соображения о нынешней карвинговой лыже и «чистом» резаном повороте, и позволил себе немного помечтать о том счастливом времени, когда эра управляемых материалов придет и в лыжестроение;

— что, пока он мечтал, эра не заставила себя ждать и пришла в виде лыж Head Cyber i.C 300 Chip System, где эти самые материалы были уже с успехом использованы (Вопрос на засыпку: История развития лыжного спорта?). Поскольку автор в упомянутой статье обещал возвращаться к вопросу об «идеальной» лыже, как только это событие произойдет, то ему ничего не остается, как выполнять взятые обязательства.

Поскольку и в этой статье слово «идеальность» будет мелькать довольно часто, то следует знать, что автор под ней подразумевает (Вопрос на засыпку: Развитие лыжного спорта в России до 1917 года?). Среди множества аспектов «идеальности» карвинговой лыжи мы будем рассматривать только те ее характеристики, которые определяют способность лыжи выполнять резаный поворот, то есть то, для чего она, собственно, и предназначена. К таким характеристикам можно отнести геометрию лыжи и ее механические параметры, такие как жесткость на изгиб и кручение (Вопрос на засыпку: Развитие лыжного спорта в СССР?). Проще говоря, «идеальная» лыжа та, которая способна выполнять «идеальные» же резаные повороты. В предыдущей статье автор писал, что скользящая поверхность лыжи в таком повороте должна принимать форму поверхности непосредственного кругового усеченного конуса.

В чем же состоят наши претензии к карвинговой лыже традиционной конструкции, — а теперь уже можно сказать и так! — т.е. построенной целиком на сопротивлении материалов? (Вопрос на засыпку: Развитие лыжного спорта в России на современном этапе?). По сути, их пару штук.

1. Такая лыжа образует требуемую геометрическую форму за счет прогиба и скручивания при ее закантовке и нагружении (Вопрос на засыпку: Развитие лыжного спорта в мире на современном этапе. Ведущие лыжные страны?). Величина прогиба определяется формой бокового выреза и углом закантовки лыжи. Соответственно и радиус поворота конкретной лыжи однозначно определяется углом закантовки. И скорость поворота, им соответствующая, однозначно определяется также. То есть, скорость эта одна и единственная (Вопрос на засыпку: Характеристика лыжного спорта. Виды зимнего спорта, входящие в лыжный спорт?). Показав это, пожалуй, наглядней следующим образом. Представим себе карвинговую лыжу, «идеально» спроектированную для совершенно определенного состояния снега и так же изготовленную, т.е. такую, которая при любых рабочих углах закантовки принимает «идеальную» же форму. Тогда, если на рис.1 голубая область соответствует множеству сочетаний скоростей и радиусов поворотов, при которых мы хотим или можем поворачивать на этой конкретной лыже и на этом конкретном снегу, то «идеальной» эта лыжа будет только для точек, лежащих на белой линии, которая определяется геометрией лыжи (Вопрос на засыпку: Характеристика лыжных гонок?). Для остальных «голубых» точек этой области данная конкретная лыжа не может быть «идеальной» принципиально (Вопрос на засыпку: Характеристика биатлона?). Для лыж с огромным радиусом подобная линия будет проходить выше, для лыж с меньшим радиусом – ниже. Но как же лыжнику изловчиться «попасть» на эту линию, чтобы совершить «идеальный» поворот? А никак (Вопрос на засыпку: Характеристика лыжного двоеборья?). Он не знает ни скорости, ни радиуса поворота. Он может руководствоваться только личными ощущениями, полученными в результате лыжной практики. То есть примерно ощущать скорость, радиус поворота, состояние снега и те ощущения от ведения лыжи, которые возникали раньше при схожих условиях. А ощущения — вещь субъективная (Вопрос на засыпку: Характеристика прыжков на лыжах с трамплина?). Каждый, к примеру, знает, что такое поворот с проскальзыванием на уровне ощущений. Но давайте взглянем на два гипотетических следа от лыж на снегу.

Скажем, лыжа при ведении изгибается в дугу, но это не дуга окружности. Вопрос состоит в том, может ли лыжник уловить разницу в ощущениях в том и другом случае (Вопрос на засыпку: Характеристика слалома и скоростного спуска?). По мнению автора — вряд ли. И в том и другом случае он ощущает твердую опору на кант, поскольку проскальзывания, как такового, нет или оно минимально. Но разница, безусловно, есть, как понимает читатель, и она в разном размере сопротивления движению лыжи. Мы еще затронем этот вопрос позже (Вопрос на засыпку: Характеристика фристайла и сноуборда?). А пока можно сказать, что «идеальный» резаный поворот, даже в этих идеальных условиях, есть скорее исключение, чем правило. То есть, в подавляющем большинстве случаев мы имеем вариант «б». И способов улучшить положение дел в рамках традиционной конструкции лыжи не существует (Вопрос на засыпку: Лыжный спорт и лыжная подготовка в общеобразовательных учреждениях?). Не может же считаться выходом формирование, к примеру, «многорадиусного» бокового выреза, когда передняя часть лыжи «заточена» под один радиус поворота, а задняя — под другой, а в середине – что-то среднее. Такая лыжа никогда не будет работать как единое целое.

2. Практически каждая модель карвинговых лыж проектируется в расчете на определенную целевую группу лыжников и определенные условия катания (Вопрос на засыпку: Оздоровительное и образовательное значение занятий лыжным спортом?). Лыжа, рассчитанная на мягкий укатанный склон, никогда не будет хорошо работать на льду и наоборот. Возникла узкая специализация лыж по кондициям снега и уровню/стилю катания лыжника. Она, конечно, выгодна для производителей лыж, но, с точки зрения лыжника, необходимость иметь и возить с собой в горы несколько пар лыж вряд ли можно признать «хорошим решением» (Вопрос на засыпку: Воспитательное и прикладное значение занятий лыжным спортом?). Но преодолеть такое состояние вещей путем конструктивных изменений также не представляется возможным, поскольку механические характеристики лыжи «зашиваются» в ней раз и навсегда.

Из всего сказанного следует, что, для того чтобы карвинговая лыжа более ли менее походила на «идеальную», необходимо изменять ее свойства в соответствии с условиями, в которых лыже приходится «трудиться» (Вопрос на засыпку: Выбор и подготовка мест занятий на лыжах. Учебная лыжня, учебный склон, учебно-тренировочная лыжня?). Поэтому автор и писал в предыдущей статье о материалах, которые позволяют это делать (Вопрос на засыпку: Организация и проведения занятий по лыжной подготовке в общеобразовательных школах. Проведение занятий по лыжной подготовке в начальных, средних и старших классах?). Например, пьезоэлектрики. На их базе и выполнены управляющие элементы в лыжах Head, о которых речь шла выше. Head называет их «intellifibers». Класс подобных материалов не исчерпывается пьезоэлектриками, и, чтобы не употреблять всякие сложные слова, мы далее будем называть их «управляемыми материалами» (УМ), подразумевая под этим материалы, способные изменять свою форму и/или линейные размеры под действием управляющих электрических сигналов (Вопрос на засыпку: Проведение занятий на лыжах в учреждениях дополнительного образования (ДЮСШ, СДЮСШОР). Задачи и содержание занятий на лыжах?). Материалы такого рода обладают и обратным эффектом (вообще-то, именно он и называется прямым), т.е. способностью вырабатывать электрическую энергию при их механической деформации, но для управления характеристиками лыжи это не существенно (Вопрос на засыпку: Проведение занятий по лыжной подготовке в учреждениях среднего и высшего профессионального образования. Задачи и содержание занятий?). Зато существенно, когда встает вопрос — где брать энергию для такого управления? Ее тоже приходится получать и накапливать, используя УМ (правила FIS запрещают использование в лыже каких-либо внешних или встраиваемых источников питания).

Теперь давайте взглянем на лыжу Head Cyber i.C 300 и постараемся узнать, как она работает (Вопрос на засыпку: Формы проведения спортивно-массовых мероприятий на лыжах в общеобразовательной школе?). На рис.3 видны два желтых силовых элемента, расположенных в виде буквы V, практически под углом 90°. Они изготовлены из этих самых УМ и способны под действием электрического сигнала сжиматься или расширяться в зависимости от его полярности (Вопрос на засыпку: Оздоровительное влияние занятий на лыжах на организм детей и подростков?). Поскольку они закреплены на силовом кожухе лыжи, то создаваемые ими усилия передаются непосредственно на лыжу. Почему они размещены именно здесь и именно так? Здесь – потому, что в этом месте жесткость лыжи на кручение наименьшая, а скручивающие моменты самые значительные (Вопрос на засыпку: Занятия на лыжах как средство профилактики гиподинамии?). Носковая часть лыжи шире пяточной и длиннее, если считать от креплений. Поэтому она скручивается сильнее. А так они размещены потому, что при скручивании носка лыжи один из них будет растягиваться, а другой сжиматься, в зависимости от того, в какую сторону скручивается носок (Вопрос на засыпку: Выбор и подготовка лыжного инвентаря для классического стиля. Правила нанесения лыжных мазей, парафинов?). А раз так, то, заставляя их поступать наоборот, т.е. заставляя сжиматься тот элемент, который растягивается и расширяться тот, который сжимался, можно противодействовать скручивающим моментам, увеличивая тем самым торсионную жесткость лыжи или даже перекрутить ее в обратную сторону, если на это хватит развиваемого этими элементами усилия (Вопрос на засыпку: Выбор и подготовка лыжного инвентаря для конькового стиля. Определение качества скольжения лыж?). Как утверждает Head — хватает. Если же мы заставим оба этих элемента сжиматься или укрупняться одновременно, то сможем влиять на прогиб лыжи. Таким образом, мы видим уже существующий элемент управления механическими характеристиками лыжи и, даже, ее формообразования (Вопрос на засыпку: Меры профилактики травм при занятиях на лыжах. Наиболее распространенные травмы при занятиях на лыжах?). Пусть пока это единственное место на лыже, где это управление осуществляется. Никто же не мешает конструкторам завтра поставить их несколько или покрыть ими всю лыжу. Как только они технически и технологически будут готовы.

Рассмотрим еще, как работает контроллер в этой лыже, вернее, как он мог бы работать (Вопрос на засыпку: Меры профилактики обморожений при занятиях на лыжах. Температурный режим занятий на лыжах для детей, подростков и взрослых?). Поскольку автор не нашел на сайте Head никаких материалов на этот счет, то нижеследующее является его оригинальными домыслами. Для управления нужны некоторые сигналы, которые соответствовали бы состоянию лыжи, и которые контроллер мог бы обрабатывать и рассчитывать ответные управляющие сигналы (Вопрос на засыпку: Требования к технике лыжника-гонщика?). Если в силовых (исполнительных). элементах, расположенных на лыже, часть волокон используется как датчики, то по снимаемым с них сигналам можно определить прогиб лыжи и ее скручивание. Как мы уже говорили, при скручивании лыжи один из силовых элементов сжимается, а другой растягивается (Вопрос на засыпку: Основные технические действия лыжника-гонщика, их характеристика?). При прогибе лыжи они оба будут сжиматься. Поэтому сумма сигналов, снимаемых с датчиков, соответствует прогибу лыжи, а их разность соответствует ее скручиванию. Имея эти две величины, контроллер соотносит их между собой на основании алгоритмов или табличных данных, зашитых у него в памяти, и вырабатывает сигналы, которые подаются на соответствующие силовые элементы, которые уж и производят необходимые корректирующие действия (Вопрос на засыпку: Классификация способов передвижения на лыжах?). Задачей контроллера является, таким образом, поддержание соответствия между прогибом и скручиванием лыжи, т.е., как мы и говорили ранее, поддержание требуемой формы скользящей поверхности лыжи (Вопрос на засыпку: Характеристика попеременных классических лыжных ходов?). Разумеется, алгоритм управления сложнее и начинает, вероятно, работать с некоторого порогового значения скручивания, иначе носки лыж начинали бы скручиваться просто при наезде на бугор.

Рассмотрим один и тот же резаный поворот, совершаемый такой лыжей при различных состояниях снега (Вопрос на засыпку: Характеристика одновременного бесшажного лыжного хода?). Положим, что на снегу средней плотности лыжа ведет себя идеально, поскольку и была на него рассчитана. Тогда прогиб и скручивание полностью соответствуют друг другу, и контроллеру вмешиваться не приходится. Но на льду носок лыжи будет скручиваться значительно сильнее, и контроллеру придется добавить противодействующих скручиванию усилий с тем, чтобы привести величины скручивания к требуемому значению (Вопрос на засыпку: Характеристика одновременного одношажного лыжного хода?). На мягком снегу, наоборот, носок будет скручиваться слабо, и контроллеру придется его дополнительно закрутить, чтобы привести, опять же, в соответствие (Вопрос на засыпку: Характеристика одновременного двухшажного лыжного хода?). Как видим, это непосредственный ответ на нашу претензию №2, — лыжа становиться значительно более универсальной и уже менее зависит от состояния снега. Стала ли она ближе к лыже «идеальной»? – несомненно.

Но попробуем теперь совершить один и тот же поворот на одном и том же снегу, но при различных скоростях (Вопрос на засыпку: Характеристика конькового хода без отталкивания руками?). Может ли такая лыжа адаптироваться к изменению скорости? В определенном смысле – да, поскольку изменение скорости влияет на величину скручивающих сил, и под эти изменения лыже придется приспосабливаться. Но, как только изменяется скорость, лыжа сходит со своей «белой линии» и «чисто» резать уже не может (Вопрос на засыпку: Характеристика конькового одновременного двухшажного хода?). Так что в смысле претензии №1 мы остались там же, где и были. И как прежде вынуждены ездить так, как позволяет лыжа, а не так как нам хочется. Но, если это приемлемо, скажем, для «рекреационного» катания, то на спортивной трассе, где траектория жестко определяется расстановкой ворот, лыжнику приходится прибегать к различным ухищрениям, чтобы сохранить подобие резаного ведения (Вопрос на засыпку: Характеристика конькового одновременного одношажного хода?). Что, разумеется, сопровождается потерями. Можно, конечно, сказать, что «таковы суровые законы лыжи». А можно попытаться эту ситуацию исправить.

Думается, автор уже сделал достаточно, чтобы показать читателю необходимость управления не только закручиванием лыжи и ее прогибом, но и геометрией (Вопрос на засыпку: Способы спусков на лыжах. Характеристика высокой, средней и низкой стоек при спуске?). Да, да, — рано или поздно придется управлять именно геометрией лыжи, если мы хотим получить «идеальный» или «чистый» резаный поворот. Управление геометрией лыжи в данном случае означает управление геометрией бокового выреза, и, как уже, наверное, заметил вдумчивый читатель, в зависимости от скорости, с которой совершается поворот (Вопрос на засыпку: Способы преодоления пологих подъёмов. Характеристика подъёмов ступающим шагом, скользящим шагом, скользящим бегом?). То есть, лыжа, которая при малых скоростях движения лыжника представляла бы из себя некий «радикальный карв», по мере увеличения скорости должна становиться все менее и менее «радикальной», чтобы соответствовать остановкам своего собственного движения.

Если сердечник изготовить из тех же самых управляемых материалов, то они изогнут все, что угодно, и в нужных соотношениях (Вопрос на засыпку: Способы преодоления средних и крутых подъёмов. Характеристика подъёмов «полуёлочкой», «елочкой»,«лесенкой»?). Но, с другой стороны, такая лыжа должна будет перестраиваться в каждом повороте, перегибаясь в противоположную сторону, что потребует дополнительных энергетических затрат (Вопрос на засыпку: Способы торможения на лыжах. Характеристика торможения упором и плугом?). Вариант «а» в этом отношении более предпочтителен, поскольку скорость лыжника меняется не столь стремительно. Пусть это пока затруднительно представить, но если надо, то заставят и лыжу изменять свою геометрию. Как только это произойдет, то вкупе с возможностями управления прогибом лыжи и ее скручиванием, мы будем иметь полный набор средств для управления формой лыжи в повороте, т.е (Вопрос на засыпку: Способы торможения на лыжах. Характеристика торможения соскальзыванием и падением?). сможем делать ее такой, как нам необходимо. То есть, не нам, конечно, а производителю. Он будет определять, какой должна быть лыжа в тех или иных условиях.

В «исполнительной» части, таким образом, лыжа должна иметь возможность управления боковым вырезом, изгибной жесткостью и жесткостью на скручивание по всей рабочей длине лыжи (Вопрос на засыпку: Технические действия лыжника на неровных склонах. Преодоления бугров, впадин?). Автор хотел бы только причислить, что это не есть самостоятельные задачи, а есть только составляющие единого процесса формообразования лыжи в повороте.

Первая возникает раньше по времени и поэтому предпочтительней, но зато вызывает каких-либо устройств для ее определения (Вопрос на засыпку: Способы поворотов на лыжах на месте, характеристика поворотов переступанием вокруг носков лыж и вокруг пяток лыж?). К тому же, автор слегка схитрил, чтобы упростить себе задачу: то, что мы рассматривали до сих пор, соответствует резаному повороту на горизонтальной плоскости, когда параметры поворота остаются постоянными (Вопрос на засыпку: Способы поворотов на лыжах на месте. Характеристика поворотов махом и прыжком?). Для реального склона мало, чтобы лыжа принимала форму конической поверхности, — для «идеальности» поворота необходимо, чтобы эта поверхность непрерывно изменялась в ходе поворота. Поэтому для полного управления лыжей, помимо скорости, необходимо знать радиус поворота (или угол закантовки, который позволяет его определить), угол падения склона и фазу поворота, т.е. угловое положение лыжи относительно линии ската. Каким же образом можно все это определить? (Вопрос на засыпку: Способы поворотов на лыжах в движении. Характеристика поворотов в движении упором, плугом, переступанием?). Автору представляются три возможных направления реализации этих требований (со всеми их возможными комбинациями, разумеется).

Разработка автономных измерителей всех этих параметров (Вопрос на засыпку: Строевые команды с лыжами на месте. Способы переноса лыж к местам занятий?). Хоть это самая простая и понятная постановка задачи, но, учитывая то, что нужно мерить что-то относительно снега, субстанции весьма неопределенной и непостоянной, перспективы такой разработки автор оценил бы крайне низко.

Использование GPS или ее принципов (Вопрос на засыпку: Проведение прогулок на лыжах. Требования к экипировке и месту проведения прогулок?). Установка на лыжу GPS-приемника и периодическое определение трех координат лыжи в пространстве, дает возможность строить траекторию движения лыжи. Зная траекторию, можно, помимо определения скорости, делать некоторые косвенные оценки радиуса поворота, угла падения склона и положения лыжи (Вопрос на засыпку: Проведение походов на лыжах. Требования к составлению маршрута похода. Режим движения группы, места ночёвок?). При этом совсем не обязательно использовать имеющиеся спутниковые системы. Достаточно на тех же принципах решить задачу в пределах одной горы, установив в нужных местах соответствующие излучатели. Однако, как и в случае с автономными измерителями, есть вероятность, что FIS не понравится лыжа, которая каким-либо образом взаимодействует с окружающей средой, и на нее наложат «табу» (Вопрос на засыпку: Классификация соревнований по лыжным гонкам?). Если уже не наложили. От этого недостатка свободен следующий метод.

Счисление движения на основе измерений линейных и угловых ускорений лыжи. Такие системы давно и с успехом используются при управлении движением всяких летающих вещей (Вопрос на засыпку: Документы, регламентирующие проведение соревнований по лыжным гонкам. Календарный план, положение о соревнованиях?). Габаритные размеры уже существующих датчиков вполне позволяют вписать их в лыжу без видимых проблем. Основная сложность при таком подходе будет иметь, в основном, алгоритмический характер, поскольку и движение лыжи и условия ее работы кардинально отличаются от «стандартных» применений (Вопрос на засыпку: Состав главной судейской коллегии по лыжным гонкам. Основные направления деятельности главной судейской коллегии?). Подобная система позволяет получать практически полную информацию о движении лыжи, не заглядывая никуда наружу. Наряду с компонентами скорости можно определять и угловое положение лыжи. А информация лишней не бывает. Например, знание скорости и углового положения лыжи относительно склона позволяет сразу же решить задачу о форме лыжи, поэтому возникает искушение ее сразу и сформировать (Вопрос на засыпку: Права и обязанности главного судьи соревнований по лыжным гонкам?). Действительно, зачем формировать сначала боковой вырез, а потом ждать, когда лыжник прогнет лыжу, если это можно сделать сразу же, предоставив лыжнику к моменту окончания перекантовки уже полностью сформированную нужным образом лыжу (Вопрос на засыпку: Права и обязанности заместителя главного судьи соревнований по медицинскому обеспечению?). Ему останется только «воткнуть» ее в снег. Если это будет полезным с какой-либо точки зрения. Или, другой пример: знание элемент вектора скорости лыжи позволяет выявить момент начала проскальзывания, поскольку проскальзывание можно рассматривать как отклонение вектора скорости лыжи от ее продольной оси (Вопрос на засыпку: Права и обязанности главного секретаря соревнований по лыжным гонкам?). Это позволит «замыкать» систему по этому параметру, проводя дополнительную коррекцию характеристик лыжи в том случае, если проскальзывание возникнет.

Вот такой небольшой прогноз развития карвинговой лыжи автор, не озабачиваясь особо вопросами воплощения, и имел честь изложить читателю (Вопрос на засыпку: Права и обязанности начальника лыжных трасс. Обязанности контролёров?). То, что невозможно сделать сегодня, будет возможно завтра. Что-то автор не учел, чего-то недосмотрел. Много интересных вопросов осталось «за кадром». Много еще возникнет в процессе. А если автор кого-то не убедил – читайте цитату или эпиграф заново.

Игорь Изыльметьев

Источник: rasc.ru

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *