Деревянный автомобиль

За годы существования журнала WOOD мы, кажется, видели всякое, но были по-настоящему ошеломлены этим деревянным автомобилем, способным развить скорость более 300 км/ч. Предлагаем и вам познакомиться с удивительной историей его создания.

«Сплинтер» — гоночный деревянный автомобиль с двигателем мощностью 700 л. с. Его шасси, подвеска и кузов почти целиком изготовлены методом многослойной склейки шпона. Для сложных деталей шасси потребовались специальные формы и самодельный вакуумный пресс.

А изящные элементы кузова с плавными обводами делались необычным способом с применением творческого подхода, что позволило добиться эффектного внешнего вида и необходимой жесткости деталей.

Скорее всего, вы не ожидали увидеть когда-нибудь на обложке журнала деревянный автомобиль (впрочем, и мы тоже), однако фото этого шедевра с подходящим именем (splinter — заноза), несомненно, заслуживает право украсить обложку вместо привычных мебельных проектов и инструментов. Итак, как создавалось это деревянное четырехколесное чудо руками опытных и начинающих умельцев, использующих в работе с древесиной способы, о которых многие не имеют представления? В основном применялась стандартная процедура многослойной склейки шпона с помощью эпоксидного клея. Многие приемы и приспособления приходилось придумывать в ходе работы.

Идея этого проекта возникла у Джо Хармона — студента-выпускника факультета дизайна университета Северной Каролины. Он спроектировал деревянный автомобиль и руководил командой изготовителей. Его правая рука и наставник Джо Хант — мастеровой с многолетним опытом, отлично владеющий приемами работы с древесиной, пластиками и композитами, а также большой знаток механики. Остальные члены команды — многочисленные друзья Джо.

Они трудились над проектом около двух лет, прежде чем это стало походить на автомобиль. Однако им предстоит еще немало поработать, чтобы «Сплинтер» мог показать свои способности на гоночном треке.

Наверняка, у вас возникают те же вопросы, что и у нас: зачем это делается? И кто за все это платит?

Основной ответ на первый вопрос сводится к тому, что «Сплинтер» является дипломным проектом Хармона. Он старается доказать, что древесина является высокопрочным и универсальным материалом, достойным найти применение в автомобильной промышленности. Для финансирования этого проекта создателю удалось получить гранты от нескольких компаний (например, компания Delta Machinery полностью оборудовала мастерскую отличными станками), а недостающую часть средств пожертвовали его родители.

Заглянем под деревянный капот.

• Двигатель: 700-сильный модернизированный Cadillac Northstar V8
• Коробка передач: механическая 6-ступенчатая Corvette
• Компоновка: со средним расположением двигателя и приводом на ведущие колеса
• Шасси: монскок
• Расчетная масса: 135 кг.
• Расчетная скорость: более 20 км/ч.
• Колесная база: 2667 мм.
• Длина: 4432 мм.
• Высота: 1067 мм.
• Дорожный просвет: 89 мм.

Он весит чуть больше тонны, движется со скоростью 300 км/ч и сделан почти полностью из дерева? Нет, это не начало дурацкой загадки. Это «Сплинтер» — амбициозный, но абсолютно серьезный проект деревянного гоночного автомобиля, задуманный, спроектированный и изготовленный студентом-дипломником университета Северной Каролины Хармоном и его дружной командой в домашней мастерской на заднем дворе.

В беседе с владельцем этого деревянного чудо автомобиля создается впечатление, что ему уже известны все доводы скептиков, сравнивающие его творение с собачьей будкой на колесах или каноэ.

Он знает способы, как обезоружить критиков с помощью улыбки и неопровержимых доводов в пользу своего проекта (см. таблицу характеристик). При массе, чуть большей, чем у малолитражки, и ожидаемой скорости, большей, чем у «Порше», «Феррари» или «Ламборджини», этот автомобиль будет просто летать. Не считая двигателя, трансмиссии и нескольких крепежных деталей, автомобиль полностью сделан из древесины.

Итак, поняв, что Джо говорит серьезно, собеседники обычно первым делом спрашивают его…

Почему древесина?

«А почему бы и нет? — отвечает он. — Она обладает лучшим соотношением прочности и массы, намного лучшим, чем алюминий, сталь или стеклопластик. Ей присущи красота и качества, которых нет у большинства других материалов. С ней приятно работать. Она по-настоящему универсальна. И,в конце концов, это природный, возобновляемый материал».

Но это, по уверениям Хармона, лишь второстепенные преимущества. Для него, как будущего промышленного дизайнера, важно расширить границы применения древесины в качестве композитного материала: «Мы заинтересованы в новых способах ее использования, и нужно обратить внимание людей на новые конструкционные древесно-композитные материалы и инженерные решения в области дизайна. Если нам это удастся, ни у кого не останется сомнений в возможностях этих современных материалов».
Хармон указывает на прецеденты использования высокопрочных древесных композитов в машиностроении, приводя в пример боевые самолеты времен Второй мировой войны.

Английский легкий бомбардировщик Havilland Mosquito с легким клееным фюзеляжем и крыльями, оснащенный двумя мощными двигателями Rolls-Royce V12, развивал почти невероятную для тех времен скорость более 670 км/ч.

Когда авиационная промышленность увлеклась алюминием, древесина осталась почти забытой. «Но шесть десятилетий не прошли даром, — говорит Хармон. — Теперь у нас есть лучшие технологии. Мы больше узнали о смолах, различных способах механической обработки и покрытиях. А при современных возможностях и точности нет причин, чтобы не использовать древесину более широко».

Движущая сила.

Он вспоминает, что хотел проектировать автомобили еще с детских лет, когда играл в «Большие гонки», и бережно вынашивал эту страсть многие годы, готовясь к этому проекту, и соответственно планировал свою жизнь.

Чтобы быть рядом с Хантом, другом семьи, имеющим богатый строительный и производственный опыт, а также (что более важно) отлично оснащенную и обустроенную мастерскую, он уехал из родительского дома. Под его руководством Хармон своими руками построил себе на заднем дворе мастерскую, начиная от фундамента и заканчивая кровлей, в которой и делался его деревянный автомобиль.

Но даже при наличии такого опытного помощника, как Хант, требовались дополнительные рабочие руки, и пришлось собирать команду из студентов и недавних выпускников, которые обучались самым разным специальностям: от промышленного дизайна до искусства и моды. Эта разномастная группа привнесла в мастерскую энергию и задор.

Для «Сплинтера» сделали специальные деревянные рессоры, склеивая пакет из тонких полос маклюры. Изготовители луков ценят эту плотную древесину за прочность и гибкость. Чтобы раздобыть бревнышки, пригодные для получения широких полос, создателю пришлось ехать в Кентукки. Древесина была столь твердой, что при изготовлении шпона сыпались искры, а лезвия быстро тупились.

Советуясь с Хантом, главным мастером-наставником команды, Джо оборудовал свою мастерскую, купив подержанные станки и инструменты, а также создал некоторый запас материалов. Несмотря на бережливость, ему пришлось дополнительно раскошелиться на оплату множества счетов и налогов. Кто же все это финансировал? «Мне помогли мои старики, — смеется он. — Отец просто подписывал счета, не заглядывая в них».

Прежде чем взяться за инструменты, потребовалось создать реалистичную трехмерную модель будущего автомобиля. С помощью одних только картинок удалось привлечь нескольких спонсоров. Их не пришлось долго уговаривать. Первым делом мы обратились в компанию Franklin Veneer, показали небольшую картинку с автомобилем и сказали: «Вот что мы собираемся построить, а для этого нам требуется немного шпона. Не можете ли нам помочь?» И мы получили от этих людей три или четыре огромных поддона с упакованными пачками шпона. Таким же способом Хармон сумел наладить связи с поставщиками древесины, клея и эпоксидных смол.

Располагая необходимыми для начала работы материалами, команда «Сплинтера» наконец взялась за дело.

Первый этап — колеса. «Мы пытались сделать нечто особенное, чтобы привлечь еще больше спонсоров, — говорит Хамрон. — Колеса сами по себе являются хорошим проектом и неисчерпаемым источником вдохновения для дизайнеров, поэтому мы сначала сделали их, чтобы было что показать. Людей, которые их видели, проще убедить в реальности нашего проекта».

Еще один важный контакт (благодаря встрече у стенда компании Delta/Porter-Cable во время выставки-ярмарки) перерос в тесное сотрудничество, и компания стала официальным спонсором проекта, оборудовав мастерскую новейшими станками. «Это было похоже на рождественскую сказку», — вспоминает Джо.

Прочность.

Такому мощному и быстрому автомобилю как «Сплинтер» необходимы жесткость, поэтому — клей, везде клей. Почти везде для склеивания деревянных конструкций применялся только эпоксидный клей. Металлический крепеж использовался только для временной фиксации соединений, пока клей не затвердеет.

Плавные изгибы жестких деталей формируются гибкими слоями плетение из шпона плетеная циновка из вишневого шпона плетеная бамбуковая циновка лист из торцевых спилов бальзы.

Все части кузова, включая и самые большие, сделаны из бальзовых торцевых спилов, оклеенных с обеих сторон плетеными циновками из шпона вишни и бамбука.

Прочность и стабильность при минимальной массе — качества, присущие фанерным конструкциям. Но в концептуальный стиль не вписывается простой ящик на колесах. Для изготовления сложных несущих деталей шасси и криволинейных обводов кузова команде потребовалось научиться делать собственную фанеру и классическое деревянное шасси, проявлять творческую смекалку при многослойной склейке под давлением.

Чтобы не тратить средства на покупку дорогого вакуумного пресса и мешков, для придания формы деталям из шпона и эпоксидной смолы использовались остроумные решения, которые появлялись в ходе работы.

Конструкция шасси целиком состоит из деревянных деталей. Удивительная прочность гнуто-клееных элементов позволила применить древесину даже в местах с высокой нагрузкой — лонжеронах и дугах.

Переходники из нержавеющей стали связывают точеные рулевые тяги из древесины гикори и реечный механизм. Прорези в наконечниках-переходниках позволяют древесине слегка изменять свои размеры.

Люк и Бен вручную переплетают полоски вишневого шпона шириной 25 мм для наружного слоя кузова. Готовая циновка будет пропитана эпоксидной смолой, а затем приклеена с помощью вакуумного пресса.

Коврики из бальзы.

Благодаря сетчатой подложке гибкие листы из торцевых спилов бальзы легко повторяют все изгибы рельефа деталей. Для получения необходимой толщины наклеиваются дополнительные слои, виток за витком. Даже сиденья сделаны деревянными. Чтобы усвоить все тонкости изготовления, изготовитель научился плести корзины, беря уроки у местных ремесленников.

Изготовление сложных форм требует творческого подхода. Команда «Сплинтера» освоила все описанные в книгах методы формования и добавила несколько новых, чтобы деревянный шпон послушно облегал все плавные выступы и впадины на кузове автомобиля. Вот некоторые из этих приемов.

Вакуумные мешки.

Для обычного формования в вакуумном мешке были сделаны собственные мешки огромных размеров (вплоть до 2,4×3 м). Они изготовлены из гидроизоляционной пленки и водопроводных фитингов, продающихся в строительном магазине.

Формование в пленке.

Собранная многослойная склейка сначала помещается в защитный полиэтиленовый мешок, а затем укладывается в форму и стягивается с помощью струбцин и пневматического прижимающими ремнями для стягивания деталей шасси. Самые обычные вещи из магазина стройматериалов, такие как гидроизоляционная мембрана для душевых кабин и водопроводная арматура, превратились в большие вакуумные мешки для склейки крупных криволинейных деталей кузова. Старый пожарный рукав, накачанный воздухом, обеспечивал равномерное давление на внутренние стороны полых деталей.

Произведенные таким способом многослойные фанерные детали получаются очень жесткими и при этом удивительно легкими. Джо сравнивает прочность деревянной рессоры для «Сплинтера» и стеклопластиковой для «Корвета», подпрыгивая на обеих. Визуально нам не удалось заметить разницу.

Макет из пенопласта.

Когда шасси было готово, вокруг него наклеивались куски экструдированного пенопласта. Окончательную форму кузова придавали с помощью раскаленной проволоки и шлифмашины.

В конструкции шасси форма обычно отступает на второй план, уступая главные роли функциональности и прочности, так как здесь внешность не является приоритетом. Но детали кузова, которые должны непременно сохранить природную красоту древесины, просто обязаны выглядеть эффектно и быть при этом достаточно прочными, чтобы противостоять ветровому давлению.

Увеличением толщины можно добиться требуемой жесткости, но наклейка многих дополнительных слоев тонкого шпона занимает слишком много времени. Поэтому для изготовления деталей кузова было решено использовать большие листы из 6-миллиметровых торцевых спилов бальзовой древесины, наклеенных на редкую ткань, и оклеивать их снаружи несколькими слоями вишневого или бамбукового шпона.

Следующей задачей было добиться красивого внешнего вида готовых фанерных панелей. Одним из возможных способов была ручная подгонка и подрезка отдельных полос шпона, наклеиваемых на внешние криволинейные поверхности. «Это изнурительная, кропотливая работа, — говорит Джо. — И, чтобы ускорить процесс, команда начала экспериментировать с облицовкой гибкими циновками, сплетенными вручную из отдельных полосок шпона. Нам так понравился их внешний вид, что мы решили использовать их не только снаружи, но и внутри кузова».

Перед тем как склеивать в ней детали из шпона, ее необходимо смазать восковой пастой. Внутренний мешок накачивается воздухом, отсасываемым из внешнего мешка. Раздувающийся внутренний мешок прижимает склейку к внутренним стенкам туннеля — главного несущего элемента шасси.

Для сгибания слоев склейки по небольшим радиусам, например при изготовлении этого рычага, пакет шпона сначала сжимали между стальными лентами, а затем накачивали воздух в пожарный рукав для сильного и равномерного прижима.

Джо опровергает распространенное мнение о том, что технология многослойной склейки с вакуумным прижимом доступна лишь самым опытным мастерам. «Мы занимались этим в моей маленькой мастерской в Северной Каролине, полагаясь на свои собственные наблюдения и действуя методом проб и ошибок. Это вовсе не черная магия. И это не станок с ЧПУ стоимостью $100 000 или что-то подобное. Нужны лишь пильный станок, фрезер и клей. Те, кто видел изготовленные нами детали, часто интересуются, можно ли делать таким способом кресла-качалки».

Какое будущее ждет «Сплинтер»? Работы по изготовлению шасси и кузова закончены, но предстоит еще немало потрудиться с двигателем, чтобы автомобиль мог ездить. Тем не менее после двух лет работы над проектом Джо и «Сплинтер» стали победителями нескольких шоу. Первая победа — на международной выставке-ярмарке в Атланте в 2008 г., где машину представляли два спонсора — Daubert Chemical и Delta/Porter-Cable.

Затем она вернулась в мастерскую для завершения работы. После этого начались пробные заезды на треке. «Испытания для нас очень важны, — говорит Джо. — Людям интересно увидеть, на что способна машина. Многие ожидали, что она загорится или развалится. Каждый раз доказывая им, что этого не случится, я ощущаю прилив новых сил, и мне радостно просыпаться по утрам».

Джо надеется, что после защиты диплома ему удастся найти работу дизайнера в автомобильной промышленности. А что после деревянного автомобиля? «Возможно, деревянный мотоцикл», — отвечает он с улыбкой.