Мотоцикл внутри колеса: как устроен советский интроцикл инженера Мельникова и почему он остался экзотикой

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Идея посадить водителя внутрь огромного колеса кажется кинематографическим трюком, но в 1970 году советский инженер Эдуард Мельников воплотил ее в реальном прототипе. Его аппарат, названный интроциклом, мог разгоняться до 70 км/ч по асфальту и до 20 км/ч по грунту. Концепт выглядел компактным и проходимым, однако серийным так и не стал. Все уперлось в физические законы и специфику единственного пятна контакта с дорогой.

Устройство аппарата

Конструкция интроцикла напоминает большой подшипник, разделенный на две основные части:

  • Внешнее подвижное кольцо. Это массивный обод, который катится по земле. Снаружи на него надета резина с протектором, а изнутри нарезаны зубья.
  • Внутренняя рама. Она остается неподвижной относительно вращения колеса. Здесь находятся кресло водителя, руль, бак и бензиновый двигатель.

Крутящий момент передается напрямую, без привычных цепей или карданных валов. Ведущая шестерня редуктора двигателя цепляется за внутренние зубья внешнего обода. Шестерня крутится, отталкивается от зубьев и заставляет все колесо катиться вперед.

Автор: Nationaal Archief / общественное достояние Источник: commons.wikimedia.org

Как это движется и управляется

В статике центр тяжести машины находится в самой нижней точке, точно над местом соприсновения с землей. При движении физика процесса меняется:

  • Разгон и продольный баланс. Когда водитель нажимает на газ, ведущая шестерня пытается ехать вверх по внутренним зубьям обода. Вместо того чтобы сразу прокрутить колесо, мотор сначала приподнимает внутреннюю раму вместе с человеком вперед по ходу движения. Центр тяжести смещается, возникает плечо силы. Сила тяжести стремится вернуть водителя в нижнюю точку, и этот постоянный перевес заставляет внешнее колесо катиться вперед.
  • Повороты. На обычном мотоцикле для поворота используют наклон кузова и контрруление. С интроциклом это не работает: если водитель наклонится влево, нижняя точка колеса просто сместится вправо, и машина продолжит ехать прямо, но с опасным креном. Мельников решил проблему, установив систему подвижных грузов-противовесов, соединенных с рулем. Поворот руля сдвигает тяжелые балансиры влево или вправо вдоль оси. Общий центр тяжести смещается, обод наклоняется, и траектория движения меняется по дуге.
  • Стабилизация. Направление вращения коленвала и маховика двигателя совпадает с направлением вращения самого колеса. За счет этого на скорости выше 15-20 км/ч возникает гироскопический эффект, который удерживает интроцикл вертикально. Если бы маховик вращался в обратную сторону, он бы гасил устойчивость колеса, и аппарат падал бы от малейшего толчка.
Автор: Karl Baron / Лицензия: CC BY 2.0 Источник: commons.wikimedia.org

Почему конструкция оказалась тупиковой

Для реальных дорог интроцикл подошел плохо из-за нескольких системных проблем:

  • Эффект «белки в колесе». При резком старте или сильном торможении сила инерции или крутящий момент двигателя превышают силу тяжести, удерживающую кабину внизу. Рама срывается со своего места и начинает вращаться по кругу вместе с водителем вокруг центральной оси. Из-за этого экстренное торможение здесь сильно ограничено — замедляться можно только до тех пор, пока кабина не ушла слишком далеко вверх.
  • Потеря контроля при движении накатом. Когда водитель сбрасывает газ или тормозит двигателем, центр масс смещается назад. В этот момент рулевые противовесы практически перестают влиять на траекторию. Чтобы вернуть управляемость, нужно снова открыть газ и дать тягу, что полностью противоречит рефлексам человека в опасной ситуации.
  • Грязь в кабине. Так как водитель сидит внутри вращающегося колеса, центробежная сила подхватывает с земли воду, камни и грязь и сбрасывает их прямо в обитаемую зону. Сделать полностью закрытую герметичную кабину сложно: это закроет боковой обзор и отрежет вентиляцию, из-за чего внутри начнут скапливаться выхлопные газы.

В конце 1970-х годов в СССР даже выпускали детскую инерционную игрушку в виде интроцикла. Она наглядно показывала главный недостаток конструкции: при ударе о любое препятствие пластиковый человечек внутри начинал бесконтрольно крутиться по кругу, в точности повторяя поведение реального прототипа.

Изображение в превью:
Автор: Karl Baron / Лицензия: CC BY 2.0
Источник: commons.wikimedia.org
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)
Об авторе
Интересуюсь технологиями и рассказываю о них вам.

3 комментария

Добавить комментарий

Петя Гелич
В южном парке был такой ну вы поняли
E
Не уловил, о чём Вы хотели сказать.
В поисковик забейте интроцикл.
Мельников в 1976 свой интроцикл изобрёл. Его показали, если не ошибаюсь, в киножурнале «Хочу всё знать». Можете самостоятельно поискать видео и посмотреть, как Мельников в нём ездил. И до него уже были. В «Люди в чёрном 3 они засветились».
Отдельные люди делают. Массовым оно точно не будет.
https://tel.yandex.ru/video/touch/preview/3751237619620770676
А вот и тот номер «Хочу всё знать», из которого мы узнали о Мельникове и его интроцикле. Смотрите с 7:24 https://m.vk.com/video-224257651_456243038

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Гидравлический штатив на глубине 4 000 м: как ходульный бентозавр обманывает физику придонного слоя

Глубоководный аппарат, опустившийся на абиссальную равнину Тихого океана на отметку 4 200 м, фиксирует внешнее статическое давление в 42 МПа. При таком сжатии любая тонкостенная жесткая опора...

2,3 миллиарда лет назад Земля едва не потеряла весь кислород: ученые выяснили, как планета сохранила обитаемость

Около двух с половиной миллиардов лет назад состав атмосферы Земли начал необратимо меняться. В воздухе впервые появился свободный кислород — газ, без которого невозможно существование...

Эйнштейн оказался квантовым: физики вывели уравнения гравитации из квантовой информации

Современная фундаментальная физика держится на двух теориях, которые до сих пор не удается свести к единому знаменателю.Первая — общая теория относительности. Она описывает...

Как на самом деле погибнет Солнечная система: новое исследование опровергло вечную стабильность орбит

Вопрос о том, способна ли планетная система существовать вечно, определил само зарождение теоретической астрономии. Размышляя о законе всемирного тяготения и наблюдая за орбитами Юпитера и...

Поставил проектор на шкаф под углом, а он сам всё настроил на экран 130": обзор TrendVision Luma Arc

Когда хочется смотреть фильмы на большой диагонали, обычный телевизор уже не всегда кажется подходящим решением. Но с проекторами есть другая проблема: нужно найти место для установки, выставить...

Как буква «Ё» появилась в русском языке и почему её часто не используют

В книге можно встретить «елку», «ежика» и «теплый вечер» — и без труда понять, какие слова имелись в виду. Но с выражениями «все готово» или «мы узнаем» такой уверенности уже нет:...