Двери типа «крыло чайки» в автомобилестроении

Введение

Дверь автомобиля, закреплённая на крыше.

В автомобильной промышленности дверь типа "крыло чайки", также известная как дверь типа "крыло сокола" или "вертикально открывающаяся дверь", представляет собой автомобильную дверь, которая крепится к крыше, а не к боковине, как впервые было реализовано в Mercedes-Benz 300 SL, сначала как гоночный автомобиль в 1952 году (W194), а затем как серийный спортивный автомобиль в 1954 году. Открываясь вверх, эти двери напоминают крылья чайки. На французском языке они называются portes papillon (двери-бабочки). Дверь типа "papillon" была разработана Жаном Бугатти для Type 64 в 1939 году, за 14 лет до того, как Mercedes-Benz представила свою аналогичную и знаменитую дверь типа "крыло чайки" 300 SL. Дверь типа "papillon" является предшественницей двери типа "крыло чайки" и немного отличается своей конструкцией, но часто остаётся незамеченной при обсуждении дизайна дверей типа "крыло чайки". Обычные автомобильные двери обычно крепятся к передней кромке двери и открываются наружу горизонтально. Помимо Mercedes-Benz 300 SL середины 1950-х годов, Mercedes-Benz SLS и экспериментального Mercedes-Benz C111 начала 1970-х годов, наиболее известными примерами дорожных автомобилей с дверями типа "крыло чайки" являются Bricklin SV 1 1970-х годов, DMC DeLorean 1980-х годов и Tesla Model X 2010-х годов. Двери типа "крыло чайки" также использовались в конструкции самолётов, например, во французской четырёхместной однодвигательной серии Socata TB.

Практические соображения

Дизайн очень практичен в стесненном городском пространстве для парковки. При правильной конструкции и наличии противовесов они требуют небольшого бокового зазора для открывания (около 27,5 см или 11 дюймов у DeLorean) и обеспечивают гораздо более удобный вход/выход, чем обычные двери. Наиболее очевидный недостаток дверей типа "крыло чайки" заключается в том, что в случае переворота автомобиля и остановки на крыше выход через двери будет невозможен, потребуется разбивать лобовое стекло для спасения. Mercedes SLS решила эту проблему, установив взрывные болты в петли, которые бы сработали при перевороте, полностью отсоединяя дверь. Volvo YCC, концепт-кар, разработанный женщинами для женщин, также имел двери типа "крыло чайки" в своем дизайне. Двери типа "крыло чайки" облегчают подъем багажа для размещения за сиденьем водителя, улучшают обзор через плечо водителя и упрощают посадку и высадку. Tesla Model X, представленная в 2015 году, оснащена двухшарнирными дверями типа "крыло чайки", которые Tesla называет "крыльями сокола". В Model X предусмотрено несколько конструктивных решений для повышения практичности этих дверей. Двухшарнирная конструкция позволяет им открываться с меньшим зазором (как по горизонтали, так и по вертикали), чем потребовалось бы в противном случае. Автомобиль также оснащен датчиками, определяющими высоту потолка и наличие потенциальных препятствий, а также управляющими работой шарниров для открывания дверей и, по возможности, избежания столкновений.

Проблемы проектирования

Двери типа "крыло чайки" имеют несколько спорную репутацию из-за ранних примеров, таких как Mercedes и Bricklin. 300 SL нуждался в такой конструкции дверей, поскольку его гоночное шасси с трубчатой рамой имело очень высокий порог, который в сочетании с низкой крышей делал стандартное дверное проем очень низким и узким. Инженеры Mercedes решили проблему, открыв также часть крыши. Bricklin имел двери более стандартного размера, но система привода была проблематичной в повседневной эксплуатации и приводила к ненадежной работе, пока во всех Bricklin не была установлена модернизация с пневматическим приводом. Кроме того, существовала обеспокоенность, что, делая двери максимально легкими, они не обеспечат достаточной защиты при боковых столкновениях. Однако не было никаких признаков того, что эта обеспокоенность оправдана. DeLorean решил эти проблемы, используя запатентованную торсионную пружину из нержавеющей стали, подвергнутую криогенной обработке (производства Grumman Aircraft Engineering Corporation), для частичной компенсации веса полноразмерной двери, а затем добавил газовый амортизатор (пневматическую стойку), аналогичный тем, что используются в автомобилях типа хэтчбек. Сочетание торсионной пружины и амортизатора обеспечивало необходимое изменение крутящего момента для компенсации переменного крутящего момента двери при открывании на угол около 80 градусов. Торсионный брус наиболее важен в первые 30 сантиметров движения от нижней точки, где геометрия амортизатора направлена на петлю и, следовательно, находится в механически невыгодном положении. По мере расслабления пружины при открывании двери амортизатор получает более выгодный рычаг и постепенно берет на себя основную нагрузку. Правильно сбалансированная дверь полностью открывается сама по себе при простом приведении в действие дверного замка изнутри, снаружи или с помощью беспроводного пульта дистанционного управления. Другие недостатки системы было не так легко устранить. Например, конструкция "крыло чайки" усложняет создание кабриолетной версии автомобиля, поскольку петли будут удалены вместе с крышей, а для кабриолета потребуются обычные двери. Mercedes поступил так, полностью заменив купе с дверями "крыло чайки" на родстер 300SL в 1958 году. Это никогда не было проблемой для DeLorean, поскольку планирование кабриолетной версии не предусматривалось. Кроме того, из-за формы и траектории движения двери сложнее обеспечить герметичность автомобиля от протечек воды и попадания снега.

Gull wing doors have a somewhat questionable reputation because of early examples like the Mercedes and the Bricklin. The 300 SL needed the door design, as its tubular frame race car chassis design had a very high door sill, which in combination with a low roof would make a standard door opening very low and small. The Mercedes engineers solved the problem by also opening a part of the roof. The Bricklin was a more conventionally sized door but the actuation system was problematic in day to day use and led to unreliable operation until an aftermarket air door upgrade was installed in all Bricklins. In addition, there was some concern that in making the doors as light as possible they wouldn't provide adequate protection in side impact accidents. There was, however, no indication that this concern was justified. The DeLorean solved these problems by using a patented cryogenically set stainless steel torsion bar spring (manufactured by Grumman Aircraft Engineering Corporation) to partially counterbalance a full sized door, and then added a gas pressurized (pneumatic) strut similar to those found in hatchback cars. The combination of the torsion spring and strut provided the correct torque variation necessary to offset the variable torque of the door, as it opened through a rotational angle of about 80 degrees. The torsion bar is most important in the first foot of movement from the bottom, where the geometry of the strut is pointed at the hinge and therefore at a mechanical disadvantage. As the spring relaxes through the door's rotation open, the strut gains a better moment arm and gradually takes over the effort. A correctly balanced door opens fully on its own by simply activating the door latch from the interior, exterior, or from an aftermarket wireless release. Other disadvantages of the system were not so easy to address. For example, the gull wing design makes creating a convertible version of the car harder, as the hinges would be removed with the roof, and standard doors would be needed for the convertible. Mercedes did so when replacing the gullwing coupe altogether with the 300SL roadster in 1958. It was never a concern for DeLorean, since no convertible version was ever planned. It also makes sealing the car against water leaks and snow intrusion more difficult because of the shape and movement path of the door itself.