Лыжа

Лыжа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность: поверхность скольжения лыжи состоит из носкового, среднего профилированного и концевого участков. Профилированный участок расположен в зоне грузовой площадки на 1/3 длины лыжи и представляет собой выборку, в поперечном сечении имеющую форму трапеции с меньшим основанием вверху относительно поверхности скольжения и одинаковой по всей длине участка высотой, равной 1 : 8 - 20 толщине лыжи в зоне грузовой площадки. Угол наклона боковых ее стенок и поверхности скольжения составляет 45-60°. передняя и задняя стенки выборки выполнены в виде плоскостей, образующих с носковым участком угол 80 - 90°, с концевым - угол 165 - 175°. Середина выборки смещена от центра тяжести лыжи в сторону концевого участка на расстояние 70 - 80 мин края лыжи имеют окантовку с шириной, составляющей 10 - 20 до ширины лыжи. 1 зпф-лы, 6 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5002518/12 (22) 12.08.91 (46) 15.1293 Еюл. Ия 45 — 46 (76) Хромов Валерий Иванович (54) ЛЫЖА (57) Сущность: поверхность скольжения льоки состоит из носкового, среднего профилированного и концевого участков. Профипированный участок расположен в зоне грузовой площадки на 1/3 длины лыжи и представляет собой выборку, в поперечном сечении имеющую форму трапеции с меньшим основанием вверху относительно поверхности (в) RU (11) 2004282 Cl (51) 5 А 63 С 5 04 скольжения, и одинаковой по всей длине участка высотой, равной 1: 8 — 20 толщине лыжи в зоне грузовой площадки Угол наклона боковых ее стенок и поверхности скольжения составляет 45 — 60, передняя и задняя стенки выборки выполнены в виде плоскостей, образующих с носковым участком угол 80 — 90, с концевым — угол 165 — 175 . Середина выборки смещена от центра тяжести лыжи в сторону концевого участка на расстояние 70 —.80 мин, края лыжи имеют окантовку с шириной, составляющей 10 — 20 до ширины лыжи. 1 з.п.ф-лы, 6 ип.

2004282

Изобретение относится к спортинвентарю и может быть использовано в конструкциях лыж.

Проблема повышения эффективности беговых лыж является одной из актуальных в лыжном спорте.

Известна лыжа, имеющая на всем протяжении непрерывную поверхность скольжения и состоящая из носкового и концевого плоских участков, а также среднего профилированного участка, который имеет среднее ребро высотой в половину толщины грузовой площадки лыжи и отходящие в разные стороны от основания среднего ребра наклонные желобки, сопряженные со стальными окантовками, причем область скольжения среднего ребра в поперечном сечении имеет радиус, при этом размеры краев окантовки и среднего ребра в поперечном направлении лыжи являются по величине одинаковыми и приблизительно составляют от 10 до 20% ширины лыжи, к тому же желобки в носковой и концевой частях лыжи плавно переходят в горизонтальную в поперечном сечении поверхность, Однако для данной конструкции поверхности скол ьжения лыжи динамическая сила трения при скольжении весьма значительна по той причине, что взрыхленный средним ребром сне>кный покров заполняет свободное пространство наклонных желобков и затем частично отбрасывается на плавно сопряженную с желобками наклонную поверхность лыжи, расположенную в концеВоА части, что при больших скоростях заметно ухудшает сколь>кение, приводя к торможению, Известна лыжа, имеющая на всем протяжении непрерывную поверхн >сть скольжения, состоящую из носкового и концевого профилированных участков. а также среднеIo плоского участка, причем носковой участок снабжен единичным продольным желобом, в поперечном сечении полукруглой формы, который служит для повышения поодольной устойчивости заданного направления движения, а концевой участок имеет несколько параллельных продольных желобков, в поперечном сечении имеющих форму трапеции и слу>кащих для обеспечения лучшей регулировки направления движения лыж, при этом средний плоский участок служит опорой для крепления и для нанесения держащей смазки, oI>ecne÷èâàþщей лучшее сцепление при отталкивании, Однако динамическая сила трения при скольжении существенна вследствие загруженности носкового и концевого участков лыжи, т.к. в средней части имеется зазор

55 между поверхностью лыжи и снежным покровом. Кроме того, для обеспечения управляемости и продольной устойчивости необходимы значительные затраты энергии лыжника вследствие больших расстояний от управляющего органа — ступни лыжника до исполнительных органов — носкового и концевого профилированных участков, Целью изобретения является повышение эффективности ходовых качеств лыжи за счет снижения динамической силы трения и уменьшения затрат энергии на обеспечение ее управляемости и продольной устойчивости при скольжении.

Поставленная цель достигается тем, что конструкция поверхности сколь>кения лыжи

СОСТОИТ ИЗ НОСКОВОЙ И КОНЦЕВОЙ ПЛОСКИХ поверхностей, а также средней профилированной поверхности, расположенной на 1/3 длины лыжи (без учета длины участка скольжения с концевой плоскостью скольжения) и образованной выборкой, в поперечном сечении имеющей формутрапеции с меньшим основанием вверху. Высота h выборки на протяжении всей длины профилированной поверхности одинакова и выбирается для пластиковых лыж (c толщиной грузовой площадки Н=30 мм) в пределах 1 10 — 20 толщины грузовой площадки, а для деревянных лыж (с толщиной грузовой площадки Н=24 мм) в пределах 1 8 — 16 толщины грузовой площадки, С обеих сторон профилированной выборки расположены полозья, которые ограничены по краям наружными и наклонными внутренними сторонами, имеющими угол наклона в поперечном сечении к плоскости скольжения а = 45 — 60 (для деревянных и пластиковых лыж), а по поверхности скольжения упрочены стальными окантовками, выполненными на BclQ длину участка сколь>кения лыжи и заканчивающимися на изгибе носка, Ширина окантовки на всем протяжснии профилированной поверхности одинакова и выполняется в пределах от 10 до 20% ширины лыжи. Передняя часть профилированной поверхности содер>кит конструктивный элемент, вь:полняющий функции тормоза при отталкивании, который ограничивает эту поверхность спереди и образует с носковой плоскостью скольжения в продольном сечении угол,д =80 — 900, а сзади профилированная поверхность заканчивается, плавно сопрягаясь по поверхности с концевой плоскостью скольжения, образующими между собой в продольном сечении угол у= 165 — 1750. Положение профилированной поверхности (без учета длины участка сопряжения с концевой плоскостью) в продольном направлении по

2004282

50 длине лыжи определяется с таким расчетом, чтобы середина этой поверхности проходила на 70-80 мм от центра равновесия лыжи в сторону концевой поверхности. Данная конструкция поверхности скольжения лыжи предусматривает распределение основной нагрузки при отталкивании и скольжении на профилированной поверхности, в отличие от прототипа, где средний участок воспринимает основную нагрузку лишь при отталкивании, Кроме того, нагруженность профилированной поверхности компенсируется при скольжении за счет упругости и вязкости сжимаемого на этом участке воздуха, что, в отличие от прототипа, значительно разгружает поверхность скольжения лыжи и приводит к снижению динамической силы трения за счет уменьшения нормального давления на снежный покров, При этом ввиду наибольшей загруженности профилированная поверхность несет основную ответственность за управляемость и продольную устойчивость лы>ки, позволяя лыжнику с минимальными затратами и наибольшей эффективностью выполнять тот или иной маневр и обеспечивать необходимую продольную устойчивость вследствие наикратчайшего расстояния от управляющего органа — ступни лыжника до исполнительного — направляющих полозьев профилированной поверхности, что, в отличие от прототипа, имеющего значительно большие расстояния от органа управления — ступни лыжника до исполнительных органов — носковой и концевой плоскостей сколь>кения., ведет к увеличению чувствительности лыжи и соответственно к уменьшению нагруженности голеностопного и тазобедренного суставов лыжника.

Таким образом, вышеперечисленные свойства настоящего изобретения имеют отличил от прототипа, в связи с чем можно сделать вывод о соответствии этого решения критерию "новизна", На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемой конструкции поверхности скольжения лыжи: на фиг, 2 — поперечное сечение носковой поверхности, .идентичное с концевой; на фиг. 3 — поперечное сечение профилированной поверхности; на фиг. 4— продольное сечение профилированной поверхности; на фиг, 5 — схема, иллюстрирующая механизм "переката" максимальных (нормальных) усилий лыжника в процессе скольжения с распределением упругих реакций сжимаемого постоянно циркулирующего воздуха; на фиг, 6 — схема с выбором оптимального (в числовом выражении) места приложения максимальных усилий по длине профилированной поверхности для наиболее выгодного сочетания управляемости и продольной устойчивости при скольжении.

Лыжа 1 на участке поверхности скольжения (фиг. 1) содержит плоские носковую 2 и концевую 3 поверхности (фиг. 2), а также среднюю поверхность с профилированной выборкой (фиг. 3), ограниченную по поверхности скольжения стальными окантовками 4 и 5 с внутренними боковыми стенками 6 и 7, образующими в поперечном сечении трапецию с малым основанием вверху 8, и имеющими наклон к плоскости скольжения под углом а =45 — 60О, а также с внешними боковыми стенками 9 и 10. Участок профилированной поверхности в продольном сечении (фиг. 4) по длине ограничен спереди поперечной стенкой 11 под углом Р =80 — 90 к носковой поверхности 2, а сзади плавно переходит в концевую поверхность 3 по наклонной поверхности 12, имеющей с концевой поверхностью 3 угол у =165 — 175, и при этом на участке длины профилированной поверхности с противоположной стороны устанавливается крепление лыжного ботинка на поверхности 13, Предлагаемая конструкция поверхности скольжения лыжи пригодна как для пластиковых лыж, так и для деревянных пыж.

Для этой конструкции не требуется изменения обычных размеров, внешней формы и внутренней стр, ктуры ходовых частей спортивных лыж, которые могут использоваться

35 не только в классическом стиле передвижения, но и в KQHbKQBQM, Лыжи, изготовленные из различных матеоиапов, имеют и различные весовые прогибы, поэтому они подбираются по жесткости с учетом веса лыжника и поименлемого длл изготовления материала с —:àêèì расчетом, чтобы при постановке обеих ног на место крепления (0,5 веса на кажду о лыжу), зазор в средней части отсутствовал, что необходимо при скольжении дпя образованил замкнутого полого пространства под поверхностью для крепления обуви лыжника.

Важным фактором в повышении эффективности ходовых качеств лыжи является снижение динамической силы трения при скольжении. Для данной конструкции поверхности скольжения лыжи основную роль в этом играет профилированнал поверхность, которая за счет упругих реакций сжимаемого воздуха R и К (см. фиг. 5) снижает силу нормального давления лыжи на снег, а кроме того косвенно уменьшает динамический коэффициент трения, в связи с циркуляцией под частью носковой и концевой

2004282 плоскостей скольжения сжатого воздуха, являющегося прекрасной смазкой, Обеспечение высоких показателей управляемости и продольной устойчивости также имеет большое значение в повышении эффективности ходовых качеств лыжи.

Для данной конструкции продольная устойчивость лыжи обеспечивается передним участком профилированной поверхности совместно с носковой поверхностью, а управляемость — задним участком профилированной поверхности совместно с концевой поверхностью. Обеспечение профилированной поверхностью управляемости и продольной устойчивости производится в результате действия на эту поверхность упругих реакций сжимаемого воздуха, причем на заднем участке реакция R имеет большую величину., нежели реакция R на переднем участке, При этом условии получается наиболее выгодное сочетание управляемости и продольной устойчивости. Известно, что в коньковом стиле передвижения и в классическом возникают большие нагружения голеностопного и тазобедренного суставов. В данной конструкции поверхности скольжения лыжи нагрузки, возникающие при скогьжении и отталкивании, компенсируются повышением чувствительности управления за счет приложения управляющих усилий на близлежащие участки длины лыжи, а именно на направляющие полозья профилированной поверхности, что значительно снижает затраты энергии лыжника и обеспечивает управляемость и продольную устойчивость, а это позволяет добиться более рационального четкого следа при скольжении. Например, при передвижении по плотно утрамбованной глубокой и разбитой колее значительно сокращается "болтанка" лыжи с трением о боковые GTBHKN колеи, Б предлагаемой конструкции носковая и концевая поверхности при отталкивании и скоr ьжении на ровных участках трассы ли i= -:ас-:ично служат опорами, не восприним ющлмл осНоВНОА нагрузки, и в некотором роде испытывают во время скольжения на своей "IoaepxHGcivl действие эффекта воздушной подушки., т.к. под частью их поверхности циркулирует воздух, значительно снижая трение, Кроме того, носковая и концевая поверхности обеспечивают боковую устойчивость лыжи, предотвращая вероятность сваливания на внешнее ребро по причине снижения боковой устойчивости профилированной поверхности из-за упругих реакцлй сжимаемого воздуха, а также выполняют функции увеличения продольной устойчивости лыжи, частично демпфи5

55 руя повышенную чувствительность профилированной поверхности к маневру.

Главной частью поверхности скольжения лыжи является участок профилированной поверхности, направляющие полозья которого на ровных участках трассы несут основную нагрузку при отталкивании и скольжении, кроме того они ответственны за управляемость и продольную устойчивость лыжи, поэтому из-за больших вертикальных и боковых нагрузок внутренние боковые стенки полозьев выполняются с наклоном достаточным для обеспечения прочностных качеств при нагружении. Прочность полозьев зависи как от угла наклона внутренних боковых стенок к поверхности скольжения, так и от ширины горизонтального участка окантовки. Кроме того угол наклона этих стенок для лыж, имеющих одинаковую ширину окантовки, но изготовленных из различных материалов, будет различным, т,к. толщина пластиковых лыж в районе грузовой площадки имеет величину

28 — ЗО мм, а деревянных — 22 — 24 мм.

Поэтому, при обычной ширине лыжи 45 — 50 мм, угол наклона внутренних боковых стенок полозьев к поверхности скольжения должен выполняться меньшим для миниMaEILHblx значений ширины окантовки и толщины грузовой площадки, чем угол наклона для максимальных значений этих величин.

Например, при минимальной ширине окантовки (10;4 от ширины лыжи) и минимальной толщине грузовой площадки (22 мм) — угол наклона составляет 45, а при максимальной ширине окантовки (20 от ширины лыжи) и максимальной толщине грузовой площадки (30 мм) — угол наклона 60, Определение ширины окантовки в заданных пределах производится в зависимости от таких факторов как плотность снежного покрова, вес лыжника и жссткость лыжи, Значения ширины окантовки ниже минимальной величины выполнять нецелесообразно по причине снижения прочностных качеств полозьев профилированной выборки в результате действия значительных вертикальных и боковых нагрузок, а также ввиду снижения боковой устойчивости профилированной поверхности из-за упругих реакций сжимаемого воздуха, Ширина окантовки свыше максимальной величины уменьшает замкнутый обьем профилированной выборки, что снлжает полезную работу сжимаемого воздуха и увеличивает динамическую силу трения лыжи при скольжении. Кроме того, с дальнейшим ростом ширины окантовки заметно падает эффективность при отталкивании ввиду уменьше2004282

50

55 ния длины контактного участка тормоза со снежным покровом, поэтому ширину окантовки свыше максимальной величины выполнять нецелесообразно. Высота профилированной выборки h на всем протяжении выполняется одинаковой (без учета длины участка сопряжения с концевой плоскостью) и ее величина так же как и ширина горизонтального участка окантовки во многом зависит от плотности снежного покрова и от веса лыжника. При этом следует учесть, что при скольжении на одной лыже нормальное давление составляет 70 — 80% от веса лыжника, а на двух лыжах — 50% веса. Поэтому для обледенелой трассы и для наиболее плотно слежавшегося снежного покрова высота выборки делается минимальной при минимальной ширине окантовки полозьев и составляет у пластиковых лыж 1:20 толщины грузовой площадки в 30 мм, а у деревянных лыж 1:16 толщины грузовой площадки в 24 мм.

Для свежевыпавшего мягкого снега и при наиболее значительном весе лыжника высота выборки делается максимальной при максимальной ширине окантовки полозьев и составляет у пластиковых лыж 1:10 толщины грузовой площадки в 30 мм, а у деревянных лыж 1:8 толщины грузовой площадки в 24 мм, Высоту выборки ниже минимальной выполнять нецелесообразно ввиду того, что неровности трассы могут превысить высоту выборки и тем caMblM снизить эффективность профилированной поверхности при скольжении и отталкивании, Кроме того, слишком малая высота выборки может привести на ровных участках трассы к избыточному давлению сжимаемого воздуха, который "потечет" наружу через участки направляющих полозьев и тем самым нарушит продольную устойчивость — у лыжи может появиться боковое скольжение и она пойдет

"юзом". Высота выборки выше максимальной величины значительно снижает реаг,цию давления сжимаемого воздуха, т,к. увеличение внутреннего объема вызовет увеличение расхода воздуха, поступающего в начале профилированной поверхности и циркулирующего по причине вязкости с выходом по поверхности сопряжения, а если учесть, что расход воздуха, поступающего под направляющие полозья, в грубом приближении есть величина постоянная, т.е. мало зависимая от изменения высоты выборки, то с увеличением ее высоты на отдельных участках внутреннего полого пространства образуются разрежения, что увеличит нормальные усилия на профилированную поверхность, а следовательно и на носковую и концевую, приводя к повышению динамической силы трения при сколь5

45 жении. Кроме того, увеличение высоты выборки выше максимальной величины повышает вероятность излома лыжи ввиду уменьшения ее толщины, а следовательно и прочности в самом опасном месте — в районе тормоза. По этим причинам высоту выборки выше максимальной величины вы пол нять нецелесообразно.

Для увеличения сцепления лыжи со снежным floKpoBQM при отталкивании в классическом стиле передвижения применяется тормоз. Во избежание разрушения . вершины острого угла тормоза от действия значительныx нагрузок в процессе отталкивания при езде по обледенелой трассе, близлежащий участок носковой плоскости с прилегающей к нему поверхностью тормоза может быть выполнен из износоустойчивого материала, например из стали. Эффективность применения тормоза повышается с уменьшением ширины окантовки и с ростом высоты выборки, т,к. возрастают длина и площадь контактного участка тормоза со снежным покровом. Для данной конструкции поверхности скольжения лыжи характерно эффективное отталкивание ввиду использования тормоза и с учетом того, что толчок производиггся с малой площади поверхности, к которой приложено значительное усилие. что способствует образованию направляющими полозьями в снегу дугообразных канавок, заклинивающих лыжу от проскальзывания.

VI3BecTK0, что в классическом стиле передвижения при отталкивании максимальное усилие P в начальный моменг фиксируется под каблуком (=-40 мм от задника ботинка) с дальнейшим el 0 "перекатом" к моменту отталкивания на основание большого пальца (40 — 50 мм от носка ботинка). Приблизительно такая же картина изменения продольного положения приложенного максимального усилия и при скольжении, на различных его этапах, с той лишь разницей, что при скольжении максимальное усилие изменяет место своего положения на более коротком участке длины, чем при отталкивании, и только на непродолжительных отрезках времени (в основном на начальном этапе после отталкивания и на конечном этапе передостановкой для толчка, а также при крутом маневрировании) длина этого участка становится больше, приближаясь к длине "переката" при отталкивании. Выбор длины профилированной поверхности производится в основном в зависимости оТ характера распределения по его длине максимальных усилий, которые оказывают решающее действие на управляемость и

2004282

12 продольную устойчивость, На основании неоднократных практических проверок данной конструкции поверхности скольжения лыжи установлено, что наиболее удачное сочетание управляемости с продольной устойчивостью обеспечивается при выполнении длины профилированной поверхности (без учета длины участка сопряжения с концевой плоскостью) к длине лыжи в соотношении

1:3, причем эта поверхность по длине лыжи располагается таким образом, чтобы ее центр был выполнен на 70 — 80 мм от центра равновесия лыжи в сторону концевой плоскости (межцентровое расстояние 70 — 80 мм приведено для лыж длиной 1800 — 2250 мм при средних размерах 24 — 27,5 лыжной обуви). С таким расположением профилированной поверхности достигается главная цель — "перекат" максимальных усилий с наиболее продолжительными этапами цикла скольжения (при незначительных забросах вперед и назад) лежит в пределах отрезка 1/3 — 1/2 длины этой поверхности (отсчитывая от начала участка сопряжения верхнего основания выборки с концевой плоскостью), что на практике использования данной конструкции обеспечивает наиболее выгодное сочетание управляемости и продольной устойчивости (см. фиг, 6). Дальнейшее увеличение длины профилированной поверхности чревато снижением эффективности за счет роста затрат энергии на управляемость лыжи, Кроме того возрастает величина изгибающего момента в наиболее опасном месте — на границе носковой и профилированной поверхностей, где прочность снижается ввиду уменьшения толщины лыжи, что на неровном участке трассы может привести к излому, И, наконец, рост длины профилированно1л поверхности снижает надежность сохранения замкнутости полого пространства, т,к, даже незначительные неровности увеличивают вероятность образования зазора между направляющими полозьями л снежным покровом, что снижает упругие реакции сжимаемого воздуха и увеличивает динамическую силу трения при скольжении, Уменьшение длины профилированной поверхности сделает лыжу черезмерно управляемой на одном этапе цикла скольжения и излишне продольно-устойчивой — на другом, что может характеризовать лыжу, как нестабильную, хотя и обладающую более высокой чувствительностью в управлении, менее подверженную действию изгибающего момента на границе носковой и профилированной поверхностей, и более надежную в сохранении замкнутости поло5

ro пространства. Поэтому допускается на трассах со значительными неровностями поверхности применение данной конструкции лыжи с уменьшенной длиной профилированной поверхности до соотношения 1:4 длины лыжи, при сохранении "переката" максимальных усилий на основных по продолжитвльности этапах цикла скольжения в пределах 1/3 — 1/2 длины профилированной поверхности.

Для передвижения коньковым ходом отличительной особенностью является то обстоятельство, что процесс отталкивания производится со скользящей лыжи (в классическом стиле — с остановленной) и распределение максимальных усилий на наиболее продолжительных этапах цикла скольжения имеет еще более узкий нежели в классическом стиле участок длины, расположенный внутри посередине более длинного участка усилий, прилагаемых при отталкивании, длина которого аналогична длине участка при отталкивании в классическом стиле, Поэтому для передвижения коньковым ходом профилированная поверхность имеет те же размеры и расположение, что и в классическом стиле передвижения.

Для проверки эффективности данной конструкции поверхности сколь>кения были использованы обычные деревянные лыжи длиной 2100 мм, шириной 50 мм и толщиной (грузовая площадка) 23,5 мм, доработанные по представленным эскизам. Участок профилированной поверхности был выполнен на длину 700 мм с шириной полоза по поверхности скольжения (без окантовки) 14% ширины лыжи (=7 мм). Высота h от верхнего основания профилированной выборки до поверхности скольжения полозьев была выполнена к толщине грузовой площадки лыжи в соотношении =1: 11 и составила

= 2 мм. Спереди профилированная поверхность по длине ограничивалась поверхностью, служащей тормозом при отталкивании. Эта поверхность сопряжена с носковой плоскостью скольжения под углом 85О, Сзади верхнее основание профилированной выборки было выполнено плавно сопряженным с концевой плоскостью скольжения по поверхности, образующей с этой плоскостью угол 170О. Внешние стороны полозьев оставлены без изменения, а внутренние были выполнены наклонными, имеющими угол наклона к плоскости скольжения =50 . Профилированная поверхность в продольном направлении выполнялась таким образом, чтобы ее середина (без учета длины участка сопряжения с концевол плоскостью) располагалась

2004282

14 в 80 мм от центра равновесия лыжи в сторону концевой плоскости. Непосредственно за центром равновесия лыжи было установлено крепление для размера обуви 26,5 таким образом, чтобы основание большого пальца ноги располагалось на 50 мм от центра равновесия лыжи в сторону концевой плоскости, Учитывая вес лыжника в снаряжении (70 xr), спрямляющее усилие на одну лыжу выполнялось в пределах 30 — 35 кг, При практических проверках изготовленных лыж наибольшая эффективность ходовых качеств была получена на трассах с плотностью снежного покрова порядка 200—

250 кг/м . При использовании этих лыж как в классическом стиле передвижения, так и в коньковом была достигнута заметная легкость хода за счет снижения динамической силы трения при скольжении, а также ощутимая управляемость и достаточная продольная . устойчивость, что было обеспечено увеличением чувствительности лыжи к управляющим воздействиям с одновременным снижением нагру>кенности голеностопного и тазобедренного суставов лыжника.

Кроме того были достигнуты надежные показатели сцепления скользящих поверхностей со снежным покровом при отталкивании. Перечисленные преимущества изготовленных лыж дают основания для вынесения заключения о повышенной эффективности данной конструкции повер хности скольжения лыжи.

Рассмотрим процесс отталкивания при передвижении классическим стилем. Сцепление лыжи со снежным покровом осуществляется следующим образом . Толчковая нога прижимает остановленную лыжу к поверхности снега и по мере выполнения элемента "перекат" вдавливает направляющие полозья, которые образуют в снегу дугообразные канавки, заклинивающие лыжу от проскальзывания. Кроме того, при отталкивании центр тяжести тела лыжника перемещается вперед и толчковая нога создает усилие на лыжу не вертикально вниз, а под острым углом к направлению движения (н.д.), что создает горизонтальную составляющую усилия, которая стремится переместить лыжу назад. При этом тормоз, сопряженный с носковой плоскостью под острым углом своей вершиной стремится зацепиться за неровности снежного покрова, повышая сцепление лыжи, Рассмотрим процесс скольжения и производимую при.этом работу. Наезжая носковой плоскостью на снежную поверхность лыжа уплотняет снег и выжимает из-под него воздух. Распространяясь во всех направлениях часть выжато 0 воздуха попадает попадает между полозьями. И, наконец, часть воздуха попадает под профилирован20 ную поверхность сбоку через направляющие полозья, которые на начальном отрезке

30

40

55

15 под профилированную поверхность, Кроме того, не весь воздух выжимается от действия носковой плоскости — некоторая его часть загоняется давлением глубже в снег, чтобы выйти на поверхность при снятии нагрузки и, когда начинается участок профилирован ной поверхности, то воздух, освобо>кдающийся от давления носковой плоскости, выходит под начальный участок внутреннего объема этой поверхности. К тому же часть воздуха попадает под направляющие полозья из-за микронеровностей снежного покрова, т,е. не весь воздух будучи прижат носковой плоскостью выжимается или загоняется вглубь — часть его остается на поверхности в небольших углублениях и при дальнейшем движении лыжи спереди могут периодически иметь незначительные зазоры между поверхностью снега и горизонтальными участками окантовки из-за неровностей снежного покрова и снижения действия максимальных усилий лыжника в начале профилированнай поверхности. Таким образом, весь этот воздушный поток, попадающий под полый объем профилированной выборки будет подвергаться действию максимальных усилий, в результате чего произойдет его сжатие с образованием ответных реакций упру ости, действующих на профилированную поверхность в противоположном максималь-.ûì усилия направлении.

Рассмотрим работу воздуха на участке профилированной поверхности, предположив для наглядности, что при скольжении движется не профилированная поверхность относительно снега, а, напротив, снег перемещается относительно неподвижной профилированной поверхности. Движ ущийся снег на своей поверхности имеет неровности, которые вовлекают в свое движение близлежащие пограничные слои воздуха вследствие его вязкости, но т.к. воздух находится в сжатом состоянии, то повышается и его вязкость, т.е, и более дальние от поверхности снега слои воздуха тоже вовлекаются в движение его вместе со снегом. В результате получается направленное движение воздушного потока от начала и до конца профилированной поверхности. Продольное сечение полого пространства профилированной поверхности в свою очередь можно представить состоящим из нескольких отрезков: передний — постепенно сужающийся ближе к середине отрезок; средний— отрезок наименьшего сечения; задний — по15

2004282

50 степенно расширяющийся к окончанию отрезок: и, наконец, сопряжение — отрезок, соединяющий верхнее основание профилированной выборки с концевой плоскостью скольжения. Воздух, поступивший на передний отрезок, дви>кется вместе со снегом и, сжимаясь, давит благодаря упругой реакции в наиболее поддающемся его действию месте, в стороне от места приложения максимальных усилий, создавая на переднем отрезке некоторой величины реакцию R, действующую вертикально вверх на верхнее основание профилированной выборки.

Далее воздушный поток проходит средний отрезок наименьшего сечения и увеличивает скорость своего течения, т.к, согласно уравнению неразрывности из газодинамики произведение плотности воздуха, его скорости и площади поперечного сечения, через которое воздух проходит — есть величина постоянная, но плотность сжатого воздуха на этом отрезке не изменяется, поэтому для сохранения постоянства величины произведения и ввиду уменьшения площади поперечного сечения резко возрастает скорость, несколько снижая реакцию воздуха R на переднем отрезке. Чтобы величина этой реакции в дальнейшем не уменьшалась, а стабилизировалась, необходимы новые порции воздуха на начальном участке переднего отрезка, что и обеспечивается движением лыжи. После прохождения узкого сечения скорость воздушного потока на заднем отрезке начинает падать, согласно все тому же уравнению неразрывности и ближе к завершению заднего участ 3 ее величина становится минима:.ной, но не ниже скорости движения снега, Затем благодаря вязкости воздух продолжает движение на отрезке сопря>кения, где площадь поперечного сечения полого пространства резко падает от максимального зна .ения до нуля, За отсутствием выходного сечения давление воздуха резко возрастает и его реакция К давит в наиболее уязвимое место— начало сопряжения верхнего основания выборки с концевой плоскостью скольжения, Но из среднего отрезка новые порции воздуха поступают s полость заднего отрезка, в результате чего реакция воздуха R значительно возрастает и воздух начинает искать выход, который находит в наиболее поддающемся месте — под начальным участком концевой плоскости скольжения, где заметно выросшая упругая реакция воздуха R задней поверхности образует небольшую щелочку, через которую воздух по принципу все того же уравнения неразрывности начинает выходить - возрастающей пропорционально убыванию площади полого сечения скоростью и, попадая под поверхность концевой плоскости, значительно снижает трение, как при действии эффекта воздушной подушки. Снег никоим образом не тормозит движение лыжи в месте сопряжения профилированной и концевой поверхностей, т.к. он оттесняется скоростным напором выходящего воздуха, служащего здесь прекрасной смазкой, Кроме того, вследствие индукции воздушного потока через средний отрезок профилированной поверхности воздух, поступающий на передний отрезок, будет быстрее отклоняться в сторону среднего отрезка, образуя в районе сопряжения верхнего основания профилированной выборки с тормозной поверхностью местное разре>кение, которое также будет провоцировать подсос воздуха сбоку и спереди под направляющие полозья профилированной выборки, увеличивая суммарный воздушный поток, поступающий на профилированную поверхность.

Теперь рассмотрим процесс перемещения при скольжении максимальных усилий

P лыжника из заднего положения в переднее, Для наглядности представим замкнутый объем профилированной поверхности разделенным в точке приложения максимальных усилий на два отрезка — передний и задний, При заднем положении максимальных усилий Р, прило>кенных к 1/3 длины профилированной поверхности (отсчет ведется от начала сопряжения верхнего основания выборки с концевой плоскостью), происходит увеличение объема переднего отрезка и уменьшение объема заднего. В этом положении происходит рост управляемости лыжи, т.к. уменьшение объема заднего отрезка вызывает на нем увеличение упругой реакции сжимаемого воздуха R>, в результате чего возрастает управляемость концевой плоскости скольжения. Демпфирование избыточной управляемости происходит за счет увеличения объема переднего отрезка, реакция R< которого уменьшаясь, прижимает HocKQBóю плоскость сколь>кения плотнее к снегу, что несколько повышает продольную устойчивость лыжи. При переднем положении максимальных усилий Pz, приложенных к 1/2 длины профилированной поверхности, происходит уменьшение объема переднего отрезка и увеличение обьема заднего. В этом положении происходит рост продольной устойчивости лыжи, т.к, увеличение объема заднего отрезка вызывает на нем снижение упругой реакции сжимаемого воздуха Rz, в результате чего концевая плоскость скольжения плотнее прижимается к снегу и ее управляемость снижается, Демпфирование избыточной

2004282 продольной устойчивости происходит за счет уменьшения обьема переднего отрезка, реакция R2 которого, увеличиваясь, отжимает носковую плоскость скольжения от снега, что несколько повышает управляе- 5 мость лыжи. Таким образом в рассмотренных случаях упругие реакции Ri и К2 переднего отрезка демпфируют возмущения максимальными усилиями лыжника избытков управляемости и продольной 10 устойчивости, Отсюда можно сделать вывод, что если на незначительных по продолжительности этапах цикла скольжения максимальные усилия лыжника выходят за пределы отрезка 1/3 — 1/2 длины профили- 15 рованной поверхности, т.е. имеются кратковременные всплески вперед и назад на величину 25 — 30 мм, то упругие реакции сжимаемого воздуха переднего отрезка успешно справляются с демпфированием по- 20 добных всплесков без сколь-либо значительного нарушения управляемости к продольной устойчивости.

Перенесение основного нагружения во время скольжения по ровной местности на 25 профилированную поверхность, которая вследствие упругих реакций сжимаемого воздуха разгру>кается сама и разгружает носковую и концевую плоскости скольжения лыжи, позволяет по сравнению с прототи- 30 пом снизить динамическую силу трения.

35 по всей длине этого участка и