ВОЛЧОК НА КОРДЕ

Вы никогда не задумывались над тем, что на вашей гоночной автомодели установлен неплохой гироскоп, да и не один? А ведь они изготовлены и поставлены на место вашими собственными руками! Их роль выполняют маховик двигателя и колеса шасси. При не столь уж маленькой массе и размерах частота их вращения настолько велика, что такую не всегда встретишь и во «взрослой» технике.

Гироскопический эффект, характеризующий стремление быстровращающихся масс сохранить свое положение в пространстве, в полной мере проявляется при заездах микромашин на кордодроме. Как? Давайте попытаемся разобраться. Прежде всего договоримся, что влиянием момента передних колес на поведение модели можно пренебречь — у них по сравнению с задними незначительная масса и меньший диаметр.

После предварительных преобразований получена формула для определения гироскопического момента в интересующих нас условиях (радиус движения микроавтомобиля согласно правилам проведения соревнований равен 995 см):

М = 14,89·10^-7·P·R²·n·V (г·см),

где

P — вес маховика или колеса, г,

R — радиус маховика или колеса, см,

n — частота вращения маховика или колеса, об/мин,

V — скорость модели, км/ч.

При анализе влияния на поведение модели гироскопического момента маховика можно рассмотреть четыре возможных случая: 1 — модель движется против часовой стрелки, двигатель вращается против часовой стрелки, 2 — модель движется по часовой стрелке, двигатель вращается против часовой стрелки, 3 — модель движется против часовой стрелки, двигатель вращается по часовой стрелке, 4 — модель движется по часовой стрелке, двигатель вращается по часовой стрелке.

В первом и четвертом случаях гироскопический момент маховика прижимает передние колеса и отрывает задние от дорожки, во втором и третьем влияние обратное.

Анализ воздействия гироскопического момента колес показал, что во всех случаях этот момент пытается наклонить модель в сторону периферии кордодрома.

Рис. 1. Возможные сочетания направления движения модели и вращения маховика

Рис. 2. Графики зависимости гироскопического момента М от радиуса, веса, частоты вращения маховика и скорости движения модели.

Давайте на примере рассмотрим, насколько значимы перечисленные факторы. Расчеты дают следующие результаты: величина гироскопического момента для маховика весом 100 г с радиусом 1,6 см при скорости вращения 30 тыс. об/мин и скорости модели 260 км/ч равна 2970 г см. Для колес весом 60 г, имеющих радиус 4 см и вращающихся с частотой 20 тыс. об/мин, — 7430 г см.

Ясно, что было бы ошибкой не учитывать эти значения или пренебрегать ими! Ведь, кроме перераспределения нагрузки на передние и задние оси и наклона модели во внешнюю сторону, эти моменты успевают развернуть микроавтомобиль во время отрыва от дорожки при его подскоке. Последующее выравнивание приводит к потере скорости.

Аналогичные зависимости можно получить для определения влияния гироскопического момента вращающихся колес. Так как он пытается опрокинуть модель на периферию кордодрома, целесообразно для компенсации момента смещать кордовую планку на величину h, определяемую параметрами как самой модели, так и ее движения. В этом случае при соответствии h, Р, R, V, n микроавтомобиль будет находиться в вертикальном положении. Необходимое смещение может оказаться совсем небольшим, но надо учесть и его. Дело в том, что кордовая планка в вертикальной плоскости не является абсолютно жесткой, и значительный нескомпенсированный гироскопический момент вызовет ее деформацию и, следовательно, ощутимо наклонит модель. Деформацию эту замерить на мчащемся по кругу со скоростью нескольких сотен километров в час «снаряде» крайне сложно, поэтому полезнее взять в руки карандаш и рассчитать необходимые поправки.

Рис. 3. Коррекция положения кордовой планки по высоте:

а — движение модели при заезде со стандартным положением планки, б — при скорректированном положении планки.

Влиянием вращающихся элементов на положение модели по курсу можно пренебречь. Длина кордовой планки и ее жесткость в горизонтальной плоскости достаточно велики, а натяжение корды составляет многие десятки килограммов. Поэтому максимальная поправка положения планки по длине микроавтомобиля не превысила бы 1,0 мм.

Попытайтесь учесть факторы, с которыми вы познакомились, при конструировании новой модели.

А. ЕРМАК, А. МЕДЗЮКАС, инженеры, Ленинград