Проектирование трамплина – ответственная задача

Фото: Проектирование трамплинов

Первой стадией проектирования трамплинов является составление схемы горы или ее участка в разрезе, т.е. определение параметров основных участков трассы, получение их длины и углов наклона. Далее нужно нарисовать ее в масштабе на миллиметровке.

Во вторую очередь, хотя бы визуально, необходимо представить зону размещения трамплина с учетом рельефа местности, размер трамплина (стола), включая приблизительные размеры кикера, транзита и начала зоны приземления.

Далее фиксируются желаемые размеры транзита в метрах, с учетом того, что часть стола будет занята кикером, а перед началом радиуса кикера желательно иметь небольшой условно горизонтальный участок для создания радиуса захода на трамплин. Размер трамплина, а точнее транзита, подбирается исходя из соответствующих задач, поставленных при его проектировании. Такой задачей может быть, например, выполнение трюка «Корк 7» или серии прыжков подобной сложности.

Рис. 1: Обозначения участков измерения (параметры основных участков трассы, длина и углы наклона)

 Опытному проектировщику должно быть известно, что основным условием выполнения каждого трюка является достаточное время полета. В нашем случае оно будет равняться - от 1.2 до 1.7 секунды. Приблизительный размер транзита, обеспечивающий такое время полета - 10 метров.

При проектировании траектории полетов необходимо отметить, что коэффициент трения подбирается из соответствующей таблицы (определяется опытным путем), а эмпирический коэффициент потери энергии соответствует - 1 для зоны кикера в 10 м, 2.5 - для 20 м, 5 - для 30 м. Более указанной величины зона кикера вряд ли может быть.

Необходимо понимать, что точка вылета кикера находится в начале координат графика, но значение высоты кикера относительно зоны приземления вводится со знаком (+). Подбором угла кикера и скорости вылета нужно получить три траектории полета, попадающие в зону приземления, параметры которой задаются углом зоны, высотой кике-ра и длиной транзита. Траектории подбираются для одинакового угла кикера разными скоростями вылета таким образом, чтобы получить точки приземления в допустимых длиной самой зоны приземления пределах. Соответственно траектория 1 заносится в начало зоны приземления, 2 - в ее конец, а третья - в середину. Далее используем полученные координаты точек приземления для расчета скорости приземления и времени полета. (Таблица 1). Ориентируясь на полученные данные скорости и времени, меняем угол вылета с кикера и скорость вылета для получения необходимых результатов времени и скорости полета. Для классических типов трамплина не следует использовать угол вылета более 30 градусов.

Трамплин — спортивное сооружение для проведения соревнований и тренировок в дисциплине «Прыжки на лыжах с трамплина». Современный трамплин представляет собой сложный инженерный комплекс, рассчитанный на просмотр прыжков большим количеством зрителей. Например, трибуны трамплина в Виллингене (Германия) вмещают 38 тысяч зрителей.

Рис. 2: Обозначения участков измерения

Таблица1: Расчет скорости приземления и времени полета для трех траекторий

Следует обращать внимание на скорости приземления и угол зоны приземления - это показатели безопасности приземления. Соответственно, чем меньше относительный угол между касательной к траектории полета в точке приземления к самой зоне приземления, тем лучше. Однако не рекомендуется использовать угол зоны приземления более 45 градусов в силу того, что это заставит увеличивать угол кикера, ограничит пределы зоны начала разгона, увеличит скорость приземления, и само приземление будет затруднительно для некоторых трюков.

Опытные замеры углов зон приземления в парках Финляндии и Швеции показывают 30 и 40 градусов для относительно больших трамплинов (с транзитом от 10 до 20 метров). Соответственно, чем меньше скорость приземления, тем само приземление безопасней.

Скорость приземления можно варьировать и с помощью высоты кикера, но следует придерживаться стандартных габаритов кикера для сохранения его оптимального радиуса.

Таблица 2: Приближенные габариты кикера для разных углов

Далее необходимо оценить длину зоны разгона. На этот показатель, прежде всего, влияет коэффициент трения, определяемый опытным путем для разного качества снежного покрытия.

Трамплины разделяют по расчетной длине на:

• учебные (< 20 м),
• малые (20-45 м),
• средние (46-74 м),
• нормальные (75-99 м)
• большие (100—130 м)
• трамплины для полетов (145—185 м).

Таким образом, получим пределы зоны начала разгона на склоне. Сравнив подобранные данные трамплина с оригиналом склона на миллиметровке, нужно определить, «вписывается» ли данный трамплин в реальные условия и оценить объем будущих строительных работ. При этом следует также рассчитать длину зоны разбега для заданных параметров трамплина при больших коэффициентах трения. Таким образом, определим запас зоны разгона для худших погодных условий. Необходимо понимать, что чем больше угол разгона, тем меньше влияет трение на его длину. Если расчетный трамплин не «вписывается» в реальные условия ни при каких входных данных, скорее всего, придется изменить его габариты или перенести. Понимание физической природы явлений поможет подобрать правильные параметры.

Если возникла необходимость поставить несколько фигур подряд, существуют два способа проектирования. Первый предполагает размещение трамплинов на таком расстоянии друг от друга, чтобы райдер, после удачного приземления на первом трамплине, без торможения мог безопасно зайти на следующий трамплин. Т.е. необходимо учитывать среднюю скорость приземления на каждом предыдущем трамплине и рассчитывать длину зоны разгона с учетом начальной ненулевой скорости райдера. Этот метод, с одной стороны, привлекателен с точки зрения пользователя, но ограничивает возможности эксплуатации такой серии фигур из-за сильного влияния коэффициента трения на зону разгона. Реальные значения силы трения могут изменять длину разгона в 2 и более раз. Такое сооружение возможно эксплуатировать в условиях относительно постоянных погодных условий. Сами фигуры обычно представляют собой классические трамплины, габариты которых уменьшаются по мере продвижения райдера. Углы зоны разгона для каждого последующего трамплина не должны быть большими, т.е. желательно не более 15 градусов. Необходимо дать райдеру время на «раздумья» после приземления. Важно помнить, что время захода на следующий трамплин, в этом случае, в пределах от 3 до 5 секунд. Зоны разгона для такой серии должны быть простыми, т.е. состоять из одного склона под одним углом.

Второй способ предполагает наличие запаса зоны разгона для захода на каждый трамплин. Осложнением при эксплуатации такой серии фигур может послужить чрезмерная крутизна склона. Райдер должен иметь возможность, подбирая скорость захода на трамплин, корректировать ее малыми порциями, что будет затруднительно при углах склона более 20 градусов. Такой вариант предпочтительней с точки зрения экономии строительных затрат, поскольку позволяет использовать природный ландшафт при выборе места размещения трамплинов.

Следует отметить, что при создании серии фигур необходимо стремиться сохранять одинаковый угол вылета для каждой фигуры, дабы не сбивать райдера с толку в поисках равновесия. Это возможно с помощью корректировки длины кикера в сторону разгона.

Склон делится на три основных участка:

1. Разгон (Inrun)

Этот участок служит для набора необходимой для прыжка скорости. Его длина и крутизна определяют набираемую для прыжка скорость;

2. Стол (Table) - это практически горизонтальный или достаточно пологий участок склона. Основное его назначение -служить платформой для размещения кикера (kicker); Кикер - непосредственно трамплин, рукотворная конструкция в форме трехгранной призмы. Стол должен быть практически горизонтальным для того, чтобы более плавно вывести райде-ра на кикер, имеющий положительный угол вылета. Транзит - участок стола, начинающийся за кромкой кикера. Подразумевается, что райдер должен перелетать транзит. Приземление на плоский транзит после прыжка с большой амплитудой - вещь болезненная.

3. Приземление (Landing) - этот участок, который служит для приземления после прыжка.

Приземление должно иметь достаточный уклон для того, чтобы частично погасить вертикальную составляющую скорости райдера, смягчив, таким образом, удар по ногам. Длина приземления должна быть достаточной для того, чтобы обеспечить райдерам определенный запас - не каждый заканчивает свой прыжок аккуратно в начале приземления.

Если между фигурами «сложный» рельеф, чередующийся переменными углами склона (больше 2 углов), лучше не усреднять угол спуска для расчета скорости захода на следующий трамплин, поскольку резко увеличивается погрешность вычислений за счет переменной силы трения. Для более точной фиксации следующей начальной скорости разгона можно построить промежуточную фигуру небольшого размера (трамплин или Jib-фигуру), перед которой райдер будет притормаживать. Таким образом, следующая начальная скорость разбега будет более точно известна.

Рассмотрим проектирование трамплина с приземлением выше кикера. Траектория полета представляет собой ни что иное, как параболу, в верхней точке полета (точке экстремума функции), райдер имеет минимальную абсолютную скорость полета, вектор которой направлен в горизонтальной плоскости. Таким образом, можно построить трамплин с очень большой амплитудой выброса (соответственно, с большой скоростью выброса) и зоной приземления выше уровня кикера. Если расположить начало зоны приземления сразу после прохождения точки экстремума, то скорость райдера будет минимальной, а значит приземление безопасным, траектория полета оригинальной. Полагаю, подобный трамплин украсит любой парк, если это позволят рельеф и силы строителей.

В данном случае, особенно важно правильно рассчитать длину разбега. Не стоит делать угол выброса более 45 градусов из соображений сохранения баланса полета. При 45 градусах, в точке экстремума, гашение абсолютной скорости полета составит 30 процентов. При проектировании трамплина для горнолыжных комплексов необходимо правильно определить координаты зоны начала приземления, чтобы они не перекрывали восходящую траекторию полета (напоминаю, что траектория полета - параболическая, а значит, находится дальше касательной к точке выброса).

Первые трамплины были естественного происхождения. В начале ХХ века, с ростом популярности прыжков на лыжах, как самостоятельного вида спорта, стали появляться искусственные трамплины. Один из старейших и ныне функционирующих трамплинов в Европе был построен в Гармиш-Партенкирхене в 1925 году. В настоящее время в Германии, где прыжки на лыжах с трамплина - один из популярнейших зимних видов спорта, их построено свыше 320.

Тренировочные фигуры - трамплины «небольших» размеров. Предназначены они для отработки деталей трюков, а также для начинающих райдеров. На западных курортах, их подразделяют на два типа. Первый -совсем для малышей от 3 до 8 лет. Обычно он состоит из серий бугорков разного размера (длиной от 1 до 4 метров, в каждой серии бугорки одинакового размера) и несколько имитаций трамплинов. Такие имитации представляют собой пологую и ограниченную зону разгона (от 5 до 15 градусов), очень плавно переходящую в кикер под углом вылета 5-15 градусов. Зона приземления начинается сразу от точки отрыва (TableTop) под углом 5 -15 градусов. На таких «кочках» детишки учатся скорее выезжать на трамплин, чем прыгать. Однако зона разгона должна позволить и оторваться от склона, для полета в пределах 3 метров.

Второй тип состоит из серий фигур с транзитом от 2 до 5 метров. Тип фигур - TableTop, или с высотой кикера до 0.5 метра. Каждая серия, по сути, трамплины с одинаковой амплитудой прыжка, но немного различающиеся по типу трамплинов. Для достижения отличных результатов в конце серии важно ставить трамплин с наибольшей амплитудой прыжка и кикером до 1 метра высотой. Если подъезд к фигуре слишком пологий, рекомендуется построить в зоне разгона возвышение, являющееся, по сути, точкой начала разгона. При расчете подобных фигур можно пользоваться данными из Таблицы 1. Учитывая, что скорости на таких фигурах достаточно безопасные - проектируются они практически в уме. Единственно, при их строительстве необходимо строго соблюдать правильные углы вылета на каждом трамплине.

При проектировании трамплинов важно обеспечить райдера необходимым временем полета, а также удобными параметрами зоны разгона, кикера и приземления, не забывая про безопасную скорость самого полета и приземления.

Важно отметить, что по международным правилам, по обеим сторонам горы приземления должна быть следующая продольная разметка:

• от K-точки до точки HillSize - красная лента
• от K-точки в сторону начала зоны приземления (Р-точки) должна быть отложена синяя лента на расстояние, соответствующее расстоянию от К-точки до точки HillSize
• от линии падения в сторону точки HillSize должна быть протянута зеленая лента на расстояние, соответствующее расстоянию от К-точки до точки HillSize.

На трамплинах, соответствующих международным стандартам, необходима также поперечная разметка. Линии поперек горы приземления имеют важное значение, в частности, для зрителей и болельщиков, поскольку позволяют сразу определить приблизительное расстояние, которое пролетел спортсмен. Обычно на крупных международных соревнованиях они делаются из еловых веточек. По правилам первая линия должна проходить за 10 метров от начала зоны приземления (Р-точки), далее до точки Hillsize линии должны проходить с интервалом в пять метров. Однако часто первые линии идут через 10 метров, а интервал в пять метров появляется в зоне прыжков сильнейших лыжников, то есть в районе К-точки и точки HillSize. Последняя линия -линия падения, которую при съемке сверху можно различить по зеленой ленте продольной разметки, идущей от нее вверх вдоль горы приземления.

В процессе создания методик проектирования трамплинов использовались допуски расчетов для некоторых, приведенных ниже физических аспектов движения. Примененные допуски учитываются в виде эмпирических коэффициентов и параметров, а некоторые просто не учитываются.

Сопротивление воздуха при расчете длины зоны разгона учитывается как постоянная величина в коэффициенте трения. По сути - коэффициент трения -ничто иное, как коэффициент потери, и называется так, только для простоты восприятия.

Сопротивление воздуха при оценке траектории полета, естественно, имеет место быть. Оно оказывает вертикальное воздействие в первой и второй половине траектории, соответственно, с разными знаками, фронтальное (горизонтальное) воздействие, обратное направлению полета. При замерах этой погрешности установлено, что для полета в течение 1.5 секунды (от 10 до 15 метров), она составляет не более 1 метра горизонтальной длины полета. Потеря скорости при приземлении за счет удара со склоном - временное увеличение силы трения (учитывается эмпирически). Потеря скорости в зоне кикера описана эмпирическим коэффициентом потери энергии и, соответственно, учитывается как приращение высоты зоны разгона в метрах.