Аттракционов сейчас великое множество: от простых каруселей до очень сложных и дорогих устройств – вроде башен свободного падения, гигантских качелей с эффектом невесомости и американских горок выше статуи Свободы. По каким законам природы они работают, и почему нам нравится бояться?
Для чего мы ходим в парк аттракционов? Для радости, конечно, для получения позитивных эмоций. А откуда они берутся? Существует мнение, что они возникают из-за выброса адреналина, который вырабатывают надпочечники в стрессовых, опасных для жизни ситуациях. Оказывается, это не совсем верно. Адреналин сам по себе не обладает психоактивным действием, это «гормон боя» – благодаря ему учащается сердцебиение, сужаются сосуды кожи и кишечника, растет уровень тромбоцитов, предотвращая потерю крови при ранении, расщепляется больше глюкозы в мышцах, что делает их мощнее, и расширяются зрачки для более четкого зрения. Адреналин – гормон, мобилизующий организм. Но в организме есть другие гормоны – эндорфины, которые отвечают за притупление болевых ощущений, чтобы человек не умер от болевого шока при получении травмы. Выработка эндорфинов тоже увеличивается во время стресса – вместе с адреналином. А так как на аттракционе болевой шок нам не грозит, то лишние эндорфины повышают настроение, когда мы «благополучно спасаемся». Выходит, главное условие получения удовольствия – знать, что мы контролируем обстановку и нам не угрожает реальная опасность.
БЕЗОПАСНОСТЬЮ аттракционов озаботились с момента их появления. Самые первые – площадочные – карусели уже снабжались поручнями, за которые можно было держаться. Более продвинутые и мощные цепочечные карусели всегда имели на креслах поперечные цепочки, чтобы сидящему случайно не вывалиться оттуда. А вагонетки американских горок крепились к колесной тележке, обхватывающей рельс с двух сторон, чтобы вагонетка не соскользнула. Современные же вагонетки держатся на многоколесных тележках, которые обхватывают рельсы полностью, поэтому слететь они не могут по определению: всегда, в любом положении вагонетки относительно рельса о него опираются минимум две пары колес.
Первые карусели (они появились в XVIII в. во Франции) были пародией на показательные выступления всадников. Иллюстрация: Pyne Roundabout, www.thekeep.info
Почему люди, несущиеся в этих вагонетках, не выпадают? За это отвечают сила тяжести и центробежная сила. Когда вагонетка проходит мертвую петлю и человек висит вниз головой, центробежная сила должна превышать силу тяжести. Для этого у вагонетки должен быть достаточный импульс – чтобы он получился с нужным значением, проектировщики специально рассчитывают кривизну петель.
НО ВСЕГДА ЕСТЬ ВЕРОЯТНОСТЬ, что безопасный аттракцион внезапно превратится в опасный. Совсем небольшая, но все-таки есть.
Понятно, что аттракцион аттракциону рознь. Скажем, в комнате смеха с кривыми зеркалами умереть можно, только если разобьешь лоб, катаясь по полу от хохота, поэтому мероприятия по соблюдению безопасности там бессмысленны. А вот американские горки – это место, где инженер по технике безопасности чувствует себя очень тревожно. Это как в анекдоте про авиапассажиров, которые делятся на три группы: первая очень любопытна и объявления слушает с интересом – это новички; вторая группа со скучающим видом листает прессу весь полет – это опытные пассажиры; третья группа сразу крепко пристегивается, закрывает глаза с первых минут полета, а при аварийных сообщениях начинает мелко дрожать – это пилоты.
КОНЕЧНО, ЭТО ШУТКА, сегодня инженер вполне уверен в надежности аттракциона. Почему? Потому что в реальной жизни разработка аттракциона – техническая задача, не терпящая никакой самодеятельности, и русское «авось» здесь никак не применяется. Аттракционы проектируются не просто так, они должны соответствовать государственным стандартам: ГОСТу Р 52170-2003 «Безопасность аттракционов механизированных. Основные положения по проектированию стальных конструкций» и ГОСТу 33807-2016 «Безопасность аттракционов. Общие требования». И эти ГОСТы не какая-то сугубо отечественная разработка – они основаны на европейском стандарте ЕN 13814 «Механизмы и конструкции передвижных и стационарных парков. Безопасность» и на американском ASTM F 2291 «Стандартная практика проектирования аттракционов и других устройств для развлечений». А стандарты безопасности, как известно, – литература, написанная кровью, в ней заключен опыт безопасной эксплуатации, и несоблюдение ГОСТа чревато уголовным наказанием, то есть тюрьмой.
Поперечные перекладины не дают вывалиться. Фото: Marcelo Toso, www.500px.com
ЭТО РАБОТАЕТ. К примеру, производитель ООО «Волгоградские Аттракционы» после введения ГОСТа серьезно озаботился безопасностью и заказал прочностной расчет конструкций, которые уже выпускаются. Это, согласитесь, похвально. За работу взялся подмосковный Научно-технический центр «АПМ», успешно применяющий программный комплекс собственной разработки «APM WinMachine». Обнаружилось много интересного. Взять, например, расчеты аттракциона «Романтика-27». Это колесо обозрения диаметром 27 м, не требующее строительства фундамента, то есть свободностоящее.
ИНЖЕНЕРЫ НТЦ «АПМ» СОЗДАЛИ компьютерную модель аттракциона и прогнали ее по всем значимым нагрузкам (собственного веса конструкции, полезной нагрузке, ветровой и снеговой и т. д.). Программа определила, что конструкция аттракциона обеспечивает весьма низкий уровень напряжений и нигде нагрузки не превышают допустимый предел. Более того, из расчетов стало ясно, как можно усовершенствовать конструкцию и уменьшить ее металлоемкость. Это был приятный сюрприз для «Волгоградских Аттракционов».
80-метровое колесо обозрения в Чикаго стало американским ответом на Эйфелеву башню. Иллюстрация: www.myelitedetail.us
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ сейчас применяется не только для всей конструкции, но и для отдельных частей и механизмов. И чем больше аттракцион по размеру, тем более суровые требования по обеспечению безопасности к нему предъявляются, тем тщательнее проектирование. Если вспомнить самый первый в мире большой аттракцион – 80-метровое колесо обозрения, построенное в 1893 году на Всемирной выставке в Чикаго, – то его конструктор, американский инженер Джордж Вашингтон Гейл Феррис, для надежности спроектировал очень мощную ось, на которой вращалось колесо. На тот момент это была самая большая стальная кованая деталь в истории техники.
Чтобы ось весом 70 т и длиной 14 м доставить на место, пришлось прокладывать железную дорогу.
КОНСТРУКЦИЯ КОЛЕСА получилась прочной и надежной – до самого конца (в 1906 году его разобрали) с колесом ничего не случилось. Правда, сейчас считается, что Феррис слишком уж перестраховался. Но технологии того времени не позволяли качественно оптимизировать конструкции, подвергаемые множеству знакопеременных нагрузок. А сейчас позволяют. К примеру, самое большое на данный момент колесо обозрения High Roller в Лас-Вегасе в два раза выше колеса Джорджа Ферриса – 168 м. При этом оно вращается на оси длиной 24 м и весом всего 70 т. Да, всего, ведь это столько же, сколько весила ось первого в мире колеса существенно меньшего размера. Причина такого радикального уменьшения массы становится понятна, если посмотреть на торец оси.
ЭТО ПУСТОТЕЛАЯ СБОРНАЯ конструкция, в которой нет неработающего материала, как в сплошных деталях, – металл только там, где есть нагрузка. Фирма-изготовитель Arup (Великобритания) для проектирования использовала массу программных комплексов – от 3D-программ типа Rhinoceros и 3ds Max для визуальной компоновки сооружения до полного параметрического анализа подробнейшей виртуальной модели колеса (со всеми болтами, кабелями, люками для осмотра и другими деталями) в самой мощной программе LS-DYNA от Livermore Software Technology Corporation. Большой макет колеса даже продувался в аэродинамической трубе.
НО КОЛЕСА ОБОЗРЕНИЯ – аттракционы статические. Вершина проектирования аттракционов – американские горки, во многих странах носящие название «русские горки». Сейчас они далеко ушли от простых деревянных механизмов XIX века и представляют собой трехмерную конструкцию из стальных труб, на которой отдыхающие испытывают множество разнообразных перегрузок. Причем их сила растет с каждым годом – некоторые аттракционы по перегрузкам уже приближаются к тренажерам для космонавтов.
РАЗУМЕЕТСЯ, предел выносливости человеческого организма существует. Его рассчитал литовский инженер и дизайнер Юлионас Урбонас, отец которого был директором парка аттракционов. Урбонас спроектировал гипотетическую «горку для эвтаназии» – Euthanasia Coaster. Идею подал Джон Ален, бывший президент старейшей компании по производству аттракционов Philadelphia Toboggan Company, который однажды сказал: «Конечный вариант американских горок – это когда вы отправляете на них 24 человека, и все они возвращаются мертвыми». Урбонас подошел к делу с технической стороны и сделал множество вычислений. Его консультировал Майкл Грести из Лаборатории пространственной дезориентации при лондонском Имперском колледже – он изучает нарушения вестибулярного аппарата, проблемы головокружения и укачивания в транспорте.
В 2010 ГОДУ Юлионас Урбонас представил макет в масштабе 1:500 и доклад об аттракционе, на котором можно добровольно уйти из жизни. В теории изобретение подошло бы для эвтаназии или гуманной смертной казни (в реальности эвтаназия легализована пока только в некоторых штатах Америки, Нидерландах, Бельгии, Канаде и ряде других стран).
Падение в вагонетке с высоты 500 м и вход в первую из семи петель создает перегрузку в 10 g – при этом кровь отливает от головного мозга к ногам (церебральная гипоксия, кислородное голодание мозга), и человек впадает в эйфорию, а затем в обморок, из которого не выходит. Перед потерей сознания у человека перед глазами появляется «серая пелена», зрение становится черно-белым и «туннельным», так как периферийное отказывает. Теоретически уже в первой петле достигается смертельный результат, все остальные петли, по убеждению Юлионаса, нужны для полной гарантии.
Самые быстрые в мире американские горки «Формула Росса» (Абу-Даби, ОАЭ). Вагонетка аттракциона разгоняется до 240 км/ч всего лишь за 4,9 секунды. Фото: www.essentials.co.za
НА САМОМ ДЕЛЕ сейчас при проектировании горок предел перегрузок – 5 g. Это столько, сколько испытывают космонавты при взлете. Так как большинство из нас не космонавты, подобные ощущения возникают лишь на доли секунды: большие радиусы поворотов сглаживают серьезные нагрузки. Волноваться не надо – американские горки проектируют в основном люди, работавшие ранее в аэрокосмической области. Уж они-то на перегрузках не одну собаку съели.
НА СОВРЕМЕННЫХ АТТРАКЦИОНАХ можно опасаться разве что за надлежащий монтаж и правильную эксплуатацию, ведь именно человеческая халатность – главная причина несчастных случаев. Поэтому, перед тем как посетить любой аттракцион, убедитесь, что имеется допуск на его эксплуатацию от надзорных органов. Предъявить вам его обязаны в кассе – так написано в законе. И вперед, за безопасными сильными эмоциями!
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
