Введение

Гравитационный гоночный автомобиль, или болид без двигателя, – это транспортное средство, которое движется под действием силы тяжести по наклонной поверхности. Гоночные болиды без двигателя участвуют в соревнованиях на время или состязаются друг с другом на спусках.

Строительство

Типичная гравитационная гоночная тележка обычно изготавливается из стали и имеет 4 колеса, расположенные в виде фиксированной задней оси и управляемой передней балки, как правило, с очень простым центральным поворотным механизмом. Сиденье располагается сзади, а зона сиденья может быть закрытой, как в оригинальной конструкции "мыльного ящика". Более сложные конструкции могут использовать полностью закрытый кузов. Типы используемых колес варьируются в зависимости от доступности – часто используются колеса от детских колясок, прогулочных колясок, тележек и выброшенных велосипедов. Готовые колеса также можно приобрести у поставщиков оборудования. Управление обычно осуществляется с помощью веревки, соединенной с концами управляемой балки (которая может также служить полезным ручным тяговым устройством). Иногда встречаются более сложные системы управления. Тормоза также часто используются, и большинство соревнований по гонкам на тележках требуют их наличия. Как правило, достаточно простого трения, приводимого в действие рычагом, который прижимается к одному из колес, что соответствует правилам. Гравитационные гоночные тележки не имеют двигателя и приводятся в движение либо толканием помощников, либо спуском с подходящего склона. Гонки обычно проходят под уклон, и побеждает самая эффективная и умело управляемая тележка – гравитация действует на всех одинаково. Гравитационные гоночные тележки также являются отличными проектами для детей, требующими лишь интуитивного понимания инженерного дела и нескольких базовых навыков конструирования. Существуют также готовые комплекты, однако для многих это лишает проект смысла. В последнее время появляются более продвинутые гравитационные гонщики. Эти, предназначенные для участия в крупных соревнованиях, иногда изготавливаются из углеродного волокна и имеют монококовую конструкцию, хотя большинство используют более традиционное шасси или пространственную раму с кузовом из таких материалов, как фанера, гофрированный пластик или аналогичные. Примерами таких "мыльных ящиков" являются Lotus 119c и Formula Gravity VXR Nimbus. В Австралии тележки, как правило, соответствуют, даже в XXI веке, более традиционным или рудиментарным требованиям, часто неформально изготавливаясь подростками из найденных или недорогих материалов с минимальным участием взрослых и используются без средств защиты. Однако даже когда строительство транспортных средств более формально организовано, например, для ежегодного соревнований Billy Cart Derby Блэктаун и районного скаутского отряда в Рути Хилл, штат Новый Южный Уэльс, транспортное средство по-прежнему строится по намеренно относительно простому проекту, хотя безопасность принимается во внимание. В Индонезии тележки также известны как "гокар". Они проводятся в различных регионах как общественное социальное мероприятие. Конструкция тележки аналогична австралийской. Однако колеса часто представляют собой подшипники мотоциклетных колес. В Бразилии гравитационные гоночные тележки известны как "carrinhos de rolimã". Традиционные конструкции очень минималистичны, с открытой платформой в качестве кузова и колесами, состоящими из обнаженных шарикоподшипников (шины не допускаются), обычно из выброшенных деталей, полученных от автомехаников.

История соревнований по гонкам на гравитационных гонках

Первая задокументированная гонка на гравитационных болидах состоялась в 1904 году в Оберурселе (Таунус) недалеко от Франкфурта, Германия. Она была вдохновлена крупными автоспортивными мероприятиями, такими как Кубок Гордона Беннетта и гонка Kaiserpreis. В 1933 году фотограф газеты Dayton Daily News Майрон Скотт из Дейтона, штат Огайо, США, освещал гонку самодельных автомобилей, устроенную местными мальчиками, и был настолько впечатлен этой идеей, что приобрел права на проведение подобных мероприятий; из этого и выросло национальное соревнование Soap Box Derby. В 1934 году Скотту удалось убедить пятьдесят городов по всей территории США провести гонки на самодельных болидах и отправить своих чемпионов в Дейтон для участия в крупной гонке, которая впоследствии переехала в Акрон. Позже Скотт работал в компании Chevrolet. В Великобритании гравитационные гонки в последнее время набирают популярность, благодаря масштабным мероприятиям, таким как Red Bull Soapbox Race и гонкам, проходившим с 2000 по 2004 год на фестивале скорости в Гудвуде. Сейчас многие небольшие холмистые населенные пункты организуют собственные гонки, например, Catterline Cartie Challenge в Шотландии и Belchford Downhill Challenge в Линкольншире, и в Великобритании насчитывается уже несколько десятков подобных соревнований. Ежегодное Soap Box Derby проводится в середине июля в замке Ричарда на границе Шропшира и Херефордшира с 2004 года. Помимо местных гонок, существует несколько соревнований, привлекающих более серьезных участников, таких как Cairngorm Soapbox Extreme (проводилась в Cairn Gorm с 2009 по 2012 год) и Worlaby Downhill Challenge. На этих гонках обычно достигаются более высокие скорости, чем на местных соревнованиях. Участники Cairngorm Soapbox Extreme в 2011 году развили скорость до 112 км/ч (70 миль в час).

Физические соображения

Гравитационный гоночный автомобиль получает энергию исключительно от силы гравитации (при условии, что стартовый толчок запрещен), которая, по сути, одинакова для любой комбинации конструкции гоночного автомобиля и трассы. Однако на производительность могут существенно повлиять совокупные эффекты различных видов сопротивления, а также момент инерции колес и, конечно же, мастерство водителя в выборе оптимальной траектории. Сопротивление разделяется на аэродинамическое сопротивление и сопротивление качению. Последнее можно минимизировать, тщательно обращая внимание на подшипники колес, размер и давление шин, а также на тормоза (чтобы избежать паразитного тормозного сопротивления). Более высокое давление в шинах и более узкие шины обычно снижают сопротивление качению, хотя обычно это происходит за счет сцепления с дорогой. Большие колеса имеют меньшее сопротивление качению, чем маленькие, и сопротивление качению также пропорционально общему весу. Если это допускается, конструкция с тремя колесами будет иметь на 25% меньший момент инерции вращения, чем у четырехколесной конструкции, при прочих равных условиях. Аэродинамическое сопротивление можно минимизировать, спроектировав полностью закрытый кузов, который снижает коэффициент аэродинамического сопротивления, но, учитывая, что это может быть сложной задачей, особенно для начинающего конструктора, и учитывая, что некоторое аэродинамическое сопротивление неизбежно, более тяжелая машина всегда покажет лучшие результаты, чем более легкая с тем же коэффициентом сопротивления – ее предельная скорость будет выше. По этой причине в большинстве соревнований обычно устанавливаются ограничения по весу в зависимости от класса. Поскольку часть потенциальной энергии, полученной от гравитации, должна быть преобразована в кинетическую энергию вращающихся колес, автомобиль с более легкими колесами будет ускоряться быстрее, чем автомобиль с более тяжелыми колесами. Если гонка начинается с рампы, смещение центра тяжести к задней части автомобиля также может улучшить конечное ускорение, поскольку эффективная высота центра тяжести транспортного средства увеличивается.