Ранфлэт, или жизнь без проколов: изучаем технологии защищенных шин

Выход колес из строя в результате прокола или пореза остается одной из самых неприятных ситуаций для водителей уже полторы сотни лет. Способы борьбы с этой напастью искали с первых дней появления пневматических покрышек – и, кажется, решение наконец-то найдено. Сейчас продажи покрышек RunFlat составляют существенную долю в общем объеме поставок шин для легковых автомобилей. Такие покрышки, называемые еще самонесущими, составляют порядка 5% в объеме продаж легковых шин. А начиналось все в 1973 году с машин Rover P6 и Austin Mini, для которых изготовили первые RunFlat покрышки Total Mobility Tyre, переименованные позже в Dunlop Denovo. И это было первым опытом применения подобной технологии в сугубо гражданских целях на легковом автомобиле, просто потому что запасное колесо очень уж мешало. Почему без воздуха не обойтись и как пытались избежать проколов на протяжении всего этого времени – читайте ниже.

 

Почему внутри воздух

Первые резиновые покрышки, которые пришли на смену деревянным и окованным ободьям, были непробиваемыми и совершенно не боялись гвоздей – более того, в каждом колесе машины тогда гвоздей и штатно могло быть несколько. Впрочем, ценились обода, собранные без единого гвоздя или болта – это считалось работой мастера. Но к началу автомобилизации планеты цельнодеревянные колеса, обитые резиной, были уже далеко не передовой технологией: настала пора пневматических шин.

Depositphotos_32039337_original

Первый патент на привычную нам «пневматику» появился в 1848 году и был взят на имя Роберта Томпсона. Идея дошла и до практической реализации, причем тесты убедительно доказали превосходство пневматических шин перед твердыми колесами: тяговое усилие на твердом покрытии уменьшилось на 37%, а на гравии и грунте – на уже на 68%. И это не считая принципиального изменения в комфорте передвижения.

По следам Pirelli и Michelin: история штатных шин автомобилей ВАЗ Это уже пятая и последняя часть нашего исторического «сериала», посвященного колесной промышленности СССР. Для тех, кто только подключился к нам, ссылки на прошлые материалы: про обычные шта...

После истечения действия патента в 1878 году следующую попытку предпринял весьма известный и поныне Джон Данлоп: в 1888 он снова запатентовал пневматическую покрышку и начал серийное производство таких шин для велосипедов и конных повозок. Кстати, времена тогда были суровые, патентные тролли и просто прожектеры уже существовали, так что патентов на эту технологию на самом деле было довольно много. Но все они сводились к простым системам с камерой внутри покрышки или «пневмотрубкой» – камерой и шиной в одном флаконе.

Продвижению пневматики способствовало увлечение велоспортом в то время. Велосипед для обывателя был чем-то вроде легкового автомобиля сейчас – не у всех они были, но многие хотели бы такой приобрести, а желание как можно эффективнее использовать скудные человеческие силы вынуждало применять наиболее эффективные колеса. Технологию улучшали: история сохранила имена многих причастных изобретателей, например, Чайлда Уэлча, Андрэ и Эдуарда Мишленов. Постепенно оформлялась привычная нам конструкция с покрышкой, которая фиксировалась на ободе, и внутри которой находилась камера или камеры с воздухом. В 1885 году успех в гонке Париж-Бордо принес известность братьям Мишлен, а в 1896 году английская автомобильная фирма «Ланчестер» стала первой маркой, серийно устанавливающей покрышки бренда Dunlop. К началу двадцатого века количество компаний-изготовителей покрышек для авто исчислялось десятками, а сами покрышки устанавливали и на автомобили, и на пассажирские кареты.

На фото: Lanchester Модель 1914
На фото: Lanchester. Модель 1914 года

Проблема проколов остро стояла с самого начала, неприятности случались буквально каждую сотню километров. Это неудивительно, учитывая сколько гвоздей таилось в грязи грунтовых дорог – ведь основной тяговой силой были лошади, а их подковывали, и подковы крепились именно гвоздями. Повреждались и камеры, и сами покрышки. Корд был текстильным и очень слабым. Существенно ситуация улучшилась только в двадцатые годы с применением нейлонового корда и вискозы в составе покрышек, а также с переходом на металлокордные покрышки в середине века. Боролись с проколами простыми методами – дырки заклеивали, а у водителя в запасе всегда было несколько колес. Гонщики же, отправлявшиеся в дальние «раллийные» рейды, и вовсе везли с собой десятки «запасок».

Боремся с проколами: обойдемся без воздуха

В условиях уже полного доминирования пневматических покрышек на легковых автомобилях их применение на тяжелой технике и особенно военных машинах было крайне ограниченным. Тяжелый грузовик не поднять руками за ось, чтобы снять колесо и заменить покрышку. А в бою пневматика совершенно бесполезна – она легко пробивается пулями и осколками и повреждается даже колючей проволокой, а обездвиженная машина становится легкой мишенью. И заменить колесо под огнем, опять же, крайне сложно. Так что именно запросы военных в годы Первой мировой войны стали основной движущей силой в развитии непробиваемых шин.

Michelin Tweel и другие шины без воздуха: когда они завоюют рынок? Фото: www.polaris.com Как известно, традиция ездить на колесах с резиновыми шинами, накачанными воздухом, пошла еще с конца XIX века. Шотландец Джон Данлоп обмотал колеса велосипеда надутым...

Цельнорезиновые обода были не самым удачным решением, но инженеры быстро нашли вполне эффективную вариацию, годную для небольшой скорости. Наполненные эластичной массой в виде вспененного каучука или резиновых жгутов покрышки имели характеристики заметно лучше, чем у твердых ободьев. На твердом покрытии тяговое усилие уменьшалось на 20-30%, а на мягких грунтах на все 50% по сравнению с цельностальным колесом и резиновым облоем.

Русскоязычное название таких покрышек «гусматик» пошло от названия смеси, предложенной химиком А. Гусом перед Первой мировой войной, а английский вариант «NTP» расшифровывается просто как Non-Pneumatic-tire. Сейчас подобного рода конструкции известны как покрышки с губчатой камерой, и встретить их довольно легко – нужно лишь приглядеться к колесам пушек в любой экспозиции времен Великой Отечественной.

В дальнейшем прогресс подобного рода покрышек определялся именно характеристиками смеси-наполнителя. Правильно подобранная упругость позволяла на твердом покрытии и умеренной скорости получить характеристики, сравнимые с обычными покрышками. При этом шина не боялась повреждений, даже после попадания снаряда она оставалась на диске, и машина могла передвигаться.

К сожалению, с повышением скорости проявлялись и недостатки такого типа колес. Состав ощутимо нагревался при быстром движении, что приводило к вздутиям, разрывам и даже возгораниям покрышек. Жесткость состава по ободу неизбежно колебалась, и вибрации, а также высокая масса колеса разрушали ходовую часть машин. Прогресс в создании наполнителей позволил обеспечить безопасную скорость на уровне 50 километров в час, но, похоже, это предел, за которым конструкция потребовала серьезного усложнения.

Размерность шин – массовые заблуждения и реальность Очень часто приходится слышать фразы типа: «у тебя какого радиуса колеса, пятнадцатого?» Или «у меня радиус 16, но на зиму поставлю семнадцатый, чтоб повыше машина была»… Такие слова можно у...

На легковых автомобилях подобные колеса в двадцатом веке практически не применялись, ограниченное использование на ранних грузовиках и автобусах было связано со слабой несущей способностью пневматических покрышек и сложностями с заменой колес при проколах. Но со временем дороги стали лучше, а пневматика – крепче, и о гражданском применении гусматиков забыли.

Ажурные конструкции будушего

С появлением новых полимерных составов появилась и возможность создания эффективных решений такого рода в виде ячеистых структур с воздушным охлаждением на базе каркаса из полиуретана, углепластика и металла. Более высокая несущая способность современных пластиков и возможность компьютерного расчета сложных структур позволяет создавать конструкции с заданным модулем упругости в разных направлениях, что потенциально может быть применено для покрышек обычных «гражданских» автомобилей.

Пожалуй, самыми известными проектами подобного рода за последние два десятилетия стали появившиеся в 2005 году колеса Tweel от компании Michelin. Их ячеистая структура стала визитной карточкой новой технологии непневматических шин, а акцент был сделан именно на применении на обычных легковых машинах. Американские военные тем временем отдали предпочтение проекту компании Resilient Technologies и Центра полимерной инженерии при университете Висконсина в Мэдисоне (University of Wisconsin-Madison’s Polymer Engineering Center), которые предложили по сути схожую конструкцию.

Отметились на поприще создания гражданских непневматических покрышек также компании Bridgestone, Polaris и Hankook, причем последняя уверенно продвигает технологию, выставляя все новые прототипы. Michelin даже обещал серийные покрышки такого рода к 2015 году, но, видимо, «что-то случилось»… Впрочем, вполне возможно, что мы увидим подобные колеса в ближайшее время – уж больно интересные возможности открывает технология. На городских машинках можно полностью отказаться от сложных подвесок, карданных валов, ШРУС, сайлентблоков и шаровых опор – ведь у такой покрышки жесткость в продольном и поперечном направлении не связаны, а значит, можно возложить на нее и функции подвески без ухудшения управляемости и сцепления с дорогой.

Как резервный вариант

Впрочем, с непневматическими шинами-гусматиками мы еще не закончили – они иногда скрываются под оболочкой обычной пневматики. Речь о шинах для бронированных машин, гражданских и не очень.

Гибрид пневматической покрышки и гусматика пытались разработать очень давно, еще в 30-е годы производились покрышки с цельнолитой внутренней частью, на которую монтировалась многокамерная шина. Например, компания Michelin представила в 1934 году покрышки подобной конструкции. Предназначались они в первую очередь для банковских броневиков и рейсовых троллейбусов. На машинах Chrysler в 1958 году появились покрышки Goodyear Tire и Rubber Company с несущим ободом – это позволяло решить проблему безопасности при быстрой потере давления в камерной резине, машина сохраняла управляемость при проколе колеса.

До массового внедрения бескамерной резины проблема была актуальной, и подобные технологии иногда появлялись как дополнительное оснащение для дорогих моделей машин. В семидесятые годы эти технологии применялись в шинах бронетранспортера Mowag Piranha: его высокопрофильные колеса имели внутри небольшую вставку, которая позволяла сохранить подвижность при серьезной потере давления.

Сейчас наследниками подобной технологии выступают, например, Michelin PAX и Bridgestone Support Ring System, которые применяются на машинах скрытого бронирования европейских и американских производителей. На ободе колеса смонтировано кольцо из полимера, а поверх надета пневматическая покрышка. В обычном режиме, когда в колесе есть давление, зазор между внешней покрышкой и ободом гусматика составляет несколько сантиметров, и автомобиль двигается, как на обычных колесах. А при проколе или другом повреждении колеса вставка обеспечит движение на скорости до 80 километров в час – конечно, с некоторой потерей управляемости. Подобные технологии используются и военными, правда, обычно в сочетании с «самозатягивающимися» покрышками и системой централизованной подкачки колес.

Починка на ходу

Рост скорости колесных машин вынудил военных в 50-е годы искать другие решения, помимо гусматиков. Отличное сочетание качеств дала как раз вышеупомянутая технология самозатягивающихся покрышек и система централизованной подкачки шин. Самоуплотняющийся состав на внутренней поверхности покрышки или специальная полимеризующаяся при проколе жидкость в сочетании с системой подкачки и аварийными ободами, как у Mowag Piranha, позволили отложить непневматические технологии на несколько десятков лет. Но поскольку нас интересует в первую очередь «гражданское» применение, надо отметить, что компания Continental выпускает покрышки с технологией ContiSeal для обычных легковых машин. Линейка включает шины практически любых необходимых размерностей, но с акцентом в основном на легкие спортивные авто – причем шины существуют и в зимнем исполнении. Технология позволяет избежать потери давления при проколах диаметром до 5 мм или не проникающих через дополнительный слой повреждениях, в том числе неглубоких порезах боковин.

Альтернативный вариант знаком многим владельцам родстеров BMW до «эпохи RunFlat». Компрессор в багажнике и баллон с составом для заделки отверстий весьма эффективно решали проблему небольших проколов. Но тут владельцу в любом случае приходилось остановиться. Впрочем, подобное «улучшение» доступно любому автолюбителю с бескамерной покрышкой, и герметик вовсе не обязателен – иногда можно поставить ремонтный жгут самостоятельно и подкачать колесо или просто подкачать и доехать до ближайшего шиномонтажа.

Почему самонесущие?

Колёса Страны Советов: во что «обувались» Москвичи Автомобили Московского автозавода – такая же часть истории советского автопрома, как и само производственное объединение. Тем не менее многие из Москвичей до сих пор в строю и наматывают на...

Так почему же после стольких лет попыток сделать пневматику нечувствительной к проколам и выпуска множества различных конструкций, наконец, появилась технология, которая смогла закрепиться на рынке? Конечно, свою роль здесь играет прогресс в технологиях: с 1973 года утекло много воды, и RunFlat стала намного удобнее в применении благодаря появлению новых полимеров, которые позволяют создать достаточно мягкую боковину с высокой несущей способностью, но это не определяющий фактор. В первую очередь надо отметить, что причина, скорее, не в технологиях создания покрышек, а в автомобильном рынке.

Массу и внутренний объем машины стараются использовать как можно более эффективно. Огромный объем сервисной электроники, большое число сервисных механизмов, рост массы кузова из-за повышения требований к безопасности и увеличение мощности заставляют искать способы хотя бы сохранить общую массу машины за счет отказа от традиционных резервов. А вес запасного колеса и домкрата для современного кроссовера – уже очень существенная величина. Даже докатка получается громоздкой, иначе ее просто не «надеть» на огромные тормозные механизмы. К тому же стоимость современных высокотехнологичных колес составляет заметную долю в цене машины, и небольшое улучшение, способствующее повышению надежности, только приветствуется.

Дополнительным фактором, способствующим закреплению безопасных шин, стало развитие технологий контроля давления шин и улучшение подвесок. Система TPMS (контроля давления) позволяет избежать косвенных опасностей применения покрышек RunFlat в виде незаметности повреждения и вероятности перегрева и полного разрушения покрышки из-за этой оплошности. А прогресс в строении подвесок позволяет сохранить комфорт и управляемость в машине даже с жесткой боковиной, хуже фильтрующей неровности дорожного полотна.

В остальном самонесущие шины – это самый простой и технологичный способ перейти от обычных покрышек к проколоустойчивым. Отличия в технологиях создания шин, дисков и операциях шиномонтажа минимальны, а эффект – более чем достаточный для стран с развитой дорожной инфраструктурой. В технологии отсутствует избыточный запас прочности, который необходим для военного и полицейского применения, такие покрышки не рассчитаны на повреждения от взрывов, разнообразных заградительных полос и так далее, зато и цена решения сравнительно невелика.

И вместо глубоких выводов

Столько лет производители искали способы избежать или уменьшить риски проколов – и вот решение вроде бы найдено. Ведь 5% рынка покрышек – не так уж мало, но вместе с тем 95% – это обычные пневматические шины. За 150 лет они стали бескамерными, стойкими к проколам, порезам, ударам… Их настолько редко повреждают, что запасное колесо по сути стало бесполезным. В крайнем случае есть сотовый телефон и службы поддержки на дорогах. В совсем крайнем случае – эвакуатор. Сейчас безопасные шины интересны индустрии в первую очередь потому что эластомеры обладают прогрессивными характеристиками податливости, которые можно задать в широком диапазоне. И успех RunFlat, скорее всего, ничего не изменит – такие покрышки попросту нужны весьма ограниченному кругу покупателей.

Опрос
А вы считаете RunFlat необходимостью для современного автомобиля?
Ваш голос
Всего голосов:

 

Добавить комментарий

Для комментирования вам необходимо авторизоваться

Добавить комментарий

Комментарий отправлен
0 комментариев

Новые статьи

Популярные тест-драйвы

Change privacy settings