Устройство для определения эпюры лыж при скольжении
Устройство для тестирования лыжи, включающее опорную платформу с кронштейном на котором установлен силовой механизм для прижатия лыжи к платформе с заданной силой, динамометр для измерения приложенной силы и средство измерения расстояния, выполненное с возможностью перемещения относительно опорной платформы, при этом одним средством измерения расстояния определяют и продольные и вертикальные координаты профиля скользящей поверхности по длине лыжи относительно поверхности имитирующей снежную трассу, а на поверхности опорной платформы предусмотрены сменные накладки с жесткостью, имитирующей жесткость снежной трассы в конкретных погодных условиях. Средство измерения расстояния закреплено на подвижной каретке с приводом и имеет возможность перемещения вдоль продольной оси опорной платформы. Средство измерения расстояния выполнено бесконтактным, в виде оптического датчика положения со встроенной микропроцессорной системой управления. Сменные накладки выполнены с плоской верхней гранью, а также с верхней гранью выпуклой и вогнутой формы.
Полезная модель относится к области спортивного инвентаря и может быть использовано при подборе оптимального инвентаря в таких видах спорта как биатлон, беговые и горные лыжи, сноуборд и др.
Во всех этих видах спорта важную роль играют силы взаимодействия спортивного инвентаря с поверхностью трассы.
Наиболее трудоемким и во многих случаях трудно предсказуемым является подбор инвентаря в лыжных гонках, биатлоне и других беговых лыжных видах спорта. Это происходит из-за очень большого количества факторов, влияющих на скольжение и большого количества их сочетаний в реальных условиях.
Силы сопротивления движению, связанные с деформациями снежной трассы и обусловленные формой дуги прогиба лыжи и распределением величины давления на трассу по длине лыжи, определяют в настоящее время косвенно - с помощью флекс-тестера (струбцина с калиброванным индикатором усилия) с измерением зазоров между двумя сложенными лыжами при различных усилиях сжатия или тензодатчиков (специальный тензоприбор, например, конструкции ВИСТИ) при помощи которого в лабораторных условиях измеряют распределение давления под скользящей поверхностью лыжи при различных нагрузках. Накопленные статистические данные о распределении давления под скользящей поверхностью лыжи и о соответствии различных форм дуги прогиба лыжи под нагрузкой условиям снежной трассы (жесткость, температура, влажность и т.д.) позволяют приблизительно производить подбор спортивного инвентаря.
Для классических лыж, кроме того, важно использование держащей мази, для полноценного эффективного отталкивания без обратного проскальзывания (без отдачи). В этом случае наносят держащую мазь в зоне грузовой площадки, на той части скользящей поверхности, которая не касается снега при распределении массы лыжника на обе лыжи (на спуске) и наоборот плотно прижимается к снежной трассе при отталкивании одной лыжей, обеспечивая тем самым хорошее сцепление лыжи с трассой и эффективное отталкивание.
Известно устройство (http://www.caldwellsport.com/ski-service/flex-evaluation/) для определения длины грузовой площадки скользящей поверхности лыж для нанесения мазей держания (колодки), для различной, приложенной к ним нагрузки (силы). Измеряют длину просвета между лыжей и опорной поверхностью щупами 0,10 мм, 015 мм, 020 мм, 0,30 мм при нагрузке соответствующей половине массы лыжника и приложенной к лыже в 8 см позади точки баланса лыжи. Этим имитируют скольжение на двух лыжах, например на спуске. По результатам замеров позиционируют участки нанесения мазей держания для 2, 3, 4 и 6 слоев. Затем проделывают аналогичные действия при приложении к лыже силы соответствующей полной массе лыжника и размещении точки приложения силы в 15 см позади точки баланса лыжи. Этим имитируется просвет между лыжей и снежной трассой во время фазы отталкивания. На основании этих замеров выбирают длину участка смазки данных лыж исходя из необходимого количества слоев держащей мази. Недостатками данного устройства являются необходимость субъективной дополнительной корректировки длины участка для нанесения смазок, так как прибор не учитывает жесткость реальной снежной трассы и рельефа ее поверхности. Кроме того, такой прибор не учитывает величину давления по длине лыжи при скольжении и интенсивность действующих при этом сил.
Известно также устройство (http://www.skiselector.com/), содержащее опорную платформу с кронштейном на котором установлен силовой механизм с динамометром для передачи калиброванного усилия на лыжу и средства измерения длины зазора между лыжей и опорной поверхностью.
Однако это устройство не учитывает жесткость реальной снежной трассы и рельефа ее поверхности. Кроме того, такой прибор не учитывает величину давления по длине лыжи при скольжении и интенсивность действующих при этом сил, а также не учитывает реологических свойств реальной снежной трассы.
Известен (Российский патент 
2176538, приоритет 2000.10.12, МПК А63С 11/00) способ подбора поверхности скольжения спортивного инвентаря, заключающийся в свободном многократном перемещении инвентаря или его макета по заданному участку трассы с замером параметров перемещения посредством фотодатчиков, вычислении коэффициентов трения скольжения и последующем выборе оптимального варианта.
Недостатком такого способа является то, что измеряется только скорость скольжения лыж и коэффициент трения, не анализируются другие причины хорошего или плохого скольжения. Например, на скольжение оказывает существенное влияние не только коэффициент трения, но и распределение давления по длине лыжи. На других скоростях скольжения удельный вклад (соотношение) этих факторов будет иным. Подбор наилучших лыж по одному влияющему фактору, не может быть объективным по причине сложности и нестабильности физических процессов, обеспечивающих скольжение лыжи.
Известен способ подбора спортивного инвентаря (патент RU 2361638 приоритет 23 июля 2007 г. Принят за прототип.), который включает измерение амплитудно-частотных характеристик взаимодействия спортивного инвентаря с реальной трассой с использованием датчика акселерометра. Такой способ подбора спортивного инвентаря предполагает установку датчика акселерометра на спортивный инвентарь, что позволяет учитывать важный фактор -амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) спортивного инвентаря и ламинарные и турбулентные явления, возникающие как отклик на перемещение спортивного снаряда по реальной трассе.
Одним из частных случаев использования данного способа является предлагаемое «Устройство для определения эпюры лыж при скольжении»
Техническим результатом предложенной полезной модели является определение скорости скольжения лыжи на данном участке трассы и определение амплитудно-частотной характеристики динамической эпюры давления лыжи на реальную снежную трассу по нормали к поверхности снежной трассы и вдоль ее поверхности дифференцированно по всей длине лыжи при ее скольжении в соревновательном диапазоне скоростей, что повышает точность подбора лыж для конкретных условий соревнований и конкретного лыжника, а также повышает точность определения длины грузовой площадки лыжи и позиционирование участков скользящей поверхности лыжи, на которые наносят мази держания в конкретных условиях соревнований.
Технический результат достигается тем, что устройство для определения эпюры лыж при скольжении включает, по меньшей мере, один датчик акселерометр для измерения амплитудно-частотных характеристик взаимодействия спортивного инвентаря с реальной трассой с математической обработкой сигнала контроллером или компьютером, при этом датчик акселерометр прикалывают в снежную трассу с размещением осей акселерометра соответственно по нормали к поверхности снежной трассы и вдоль ее поверхности. Кроме того, для лучшей передачи амплитудно-частотных характеристик взаимодействия спортивного инвентаря с реальной трассой датчик помещают в корпус, в форме параллелепипеда так, чтобы оси акселерометра были параллельны граням корпуса и размеры корпуса, были сопоставимы с размерами скользящей поверхности лыж.
Такое выполнение устройства для определения эпюры лыж при скольжении обеспечивает многокритериальность оценки скольжения, обеспечивает повышение точности подбора оптимальных лыж и для реальных условий снежной трассы и для данного конкретного лыжника и для данных соревновательных скоростей, повышает точность определения грузовой площадки лыж и позиционирования участков скользящей поверхности лыж для смазки мазью держания с учетом жесткости снежной трассы, характерной формы поверхности трассы и ее микрорельефа в конкретных условиях соревнований, а также позволяет с высокой точностью определять реальную скорость скольжения лыжи на данном участке снежной трассы.
На фиг.1 показана схема устройства для определения эпюры лыж при скольжении с одним датчиком акселерометром. (Индивидуальный вариант).
На фиг.2 показана схема устройства для определения эпюры лыж при скольжении с двумя датчиками акселерометрами. (Командный вариант).
На фиг.3 показан интерфейс программного комплекса при обработке сигнала датчика акселерометра на компьютере.
На фиг.4 показано графическое представление сигналов датчика акселерометра (соответственно по нормали (Y) и вдоль(X) поверхности трассы) и сонограммы амплитудно-частотной характеристики динамической эпюры давления лыжи на реальную снежную трассу по нормали (Y) к поверхности снежной трассы и вдоль (X) ее поверхности дифференцированно по всей длине лыжи.
Устройство для определения эпюры лыж при скольжении включает, по меньшей мере, один датчик акселерометр 1, с которого сигнал передается на компьютер 2 (контроллер) где обрабатывается для определения амплитудно-частотных характеристик взаимодействия лыжи (не показана) с реальной снежной трассой, при этом датчик акселерометр 1 прикапывают в снежную трассу с размещением осей акселерометра соответственно по нормали к поверхности снежной трассы и вдоль ее поверхности. Кроме того, датчик помещают в корпус (не показан), в форме параллелепипеда так, чтобы оси акселерометра были параллельны граням корпуса и размеры корпуса, были сопоставимы с размерами скользящей поверхности лыж. Для варианта установки датчика акселерометра на лыжу, корпус может быть снабжен фиксатором в виде упругой скобы.
Устройство для определения эпюры лыж при скольжении работает следующим образом. На откаточном склоне выбирают участок с двумя лыжнями, с таким уклоном, на котором лыжник развивает соревновательную скорость. В снежную трассу на лыжне прикапывают датчик акселерометр 1 так, чтобы сверху датчика был слой снега толщиной 3-10 мм. При этом датчик размещают так, чтобы оси акселерометра размещались соответственно по нормали к поверхности снежной трассы и вдоль ее поверхности, а корпус датчика находился в пределах поперечных размеров лыжни. Начинают откатку лыж по лыжне с прикопанным датчиком акселерометром.
Возможен индивидуальный вариант исполнения устройства, в котором для каждого участника откатки лыж, предварительно определяется длина опорной скользящей поверхности лыж и эти данные заносится в базу данных компьютера. При откатке лыж они идентифицируются с характеристиками лыж, занесенных в базу данных и по этим данным вычисляется скорость лыж и амплитудно-частотные характеристики динамической эпюры давления лыжи на реальную снежную трассу по нормали (Y) к поверхности снежной трассы и вдоль (X) ее поверхности дифференцированно по всей длине лыжи. По эпюре определяют размеры грузовой площадки лыжи в данных условиях и позиционируют участки скользящей поверхности лыжи для смазки мазью держания с учетом реальной жесткости снежной трассы, характерной формы поверхности трассы и ее микрорельефа в конкретных условиях соревнований.
Другим вариантом исполнения устройства является размещение двух датчиков на определенном расстоянии (базе) друг от друга вниз по склону. В этом варианте исполнения без предварительного ввода характеристик в базу данных компьютера вычисляется скорость каждой проехавшей по датчикам лыжи, и строятся амплитудно-частотные характеристики динамической эпюры давления лыжи на реальную снежную трассу по нормали (Y) к поверхности снежной трассы и вдоль (X) ее поверхности дифференцированно по всей длине лыжи. И так же как в индивидуальном варианте исполнения, по эпюре определяют размеры грузовой площадки лыжи в данных условиях и позиционируют участки скользящей поверхности лыжи для смазки мазью держания с учетом реальной жесткости снежной трассы, характерной формы поверхности трассы и ее микрорельефа в конкретных условиях соревнований.
Таким образом, устройство для определения эпюры лыж при скольжении позволяет вычислять скорость скольжения лыжи и обеспечивает анализ взаимодействия лыжи и трассы путем определение амплитудно-частотной характеристики динамической эпюры давления лыжи на реальную снежную трассу по нормали к поверхности снежной трассы и вдоль ее поверхности дифференцированно по всей длине лыжи при ее скольжении в соревновательном диапазоне скоростей, обеспечивает повышение точности определения грузовой площадки лыжи и позиционирования участков скользящей поверхности лыжи для смазки мазью держания с учетом реальной жесткости снежной трассы, характерной формы поверхности трассы и ее микрорельефа в конкретных условиях соревнований.
1. Устройство для определения эпюры лыж при скольжении включает, по меньшей мере, один датчик акселерометр для измерения амплитудно-частотных характеристик взаимодействия спортивного инвентаря с реальной трассой, отличающееся тем, что датчик акселерометр размещают в снежной трассе в пределах поперечных размеров лыжни с размещением осей акселерометра соответственно по нормали к поверхности снежной трассы и параллельно ее поверхности.
2. Устройство для определения эпюры лыж по п.1, отличающееся тем, что датчик акселерометр помещают в корпус в форме параллелепипеда так, чтобы оси акселерометра были параллельны граням корпуса и габаритные размеры корпуса были сопоставимы с размерами скользящей поверхности лыж.
3. Устройство для определения эпюры лыж по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, два датчика акселерометра размещают в снежной трассе вдоль лыжни на базовом расстоянии друг от друга.
