Что такое безвоздушные шины, где они используются и какими обладают преимуществами

Эксплуатация автомобиля без колёс является невозможной. Раньше практически все покрышки были камерными. Затем их начали активно вытеснять со своих позиций бескамерные аналоги.

В настоящее время именно на бескамерные шины приходится свыше 80% всего рынка. Камерные также остаются в продаже, но спрос на них постепенно падает. Особенно это касается легковых автомобилей.

Но теперь есть повод поговорить о совершенно ином направлении. Это безвоздушные колёса. Не все до конца представляют, что это такое, откуда они появились и где могут использоваться. С этим следует разобраться.

Что это такое

Во многом само название безвоздушные шины отражает суть этих колёс. Это специальная разработка, направленная на решение главных проблем нынешних покрышек:

• снижение давления внутри колеса;
• быстрый износ;
• деформация диска.

Смысл разработки заключается в том, чтобы отказаться от использования воздуха в шинах для автомобилей. То есть никакие компрессоры, вышедшие из строя золотники и ниппели уже не играют роли.

Но по определённым причинам у этого нововведения пока не получается обрести широкое распространение.

Чтобы лучше познакомиться с безвоздушными шинами, следует совершить небольшой экскурс в историю, посмотреть на конструкцию и область применения этих колёс.

Экскурс в историю

Своё начало шины без воздуха берут в Пентагоне, главном военном ведомстве США. Сами понимаете, что о них заговорили с целью внедрения в военную технику. Ведь вероятность прокола колеса потенциально ставит под угрозу военные операции. А поскольку у США большие деньги тратятся на военную промышленность, то не удивительно, что вскоре появились первые проекты и предложения по реализации таких шин.

Впервые шины нового поколения, лишённые воздуха, установили на военные американские машины Humvee. И сразу стало очевидно, что технология работает, и она имеет ряд преимуществ. Но есть и список недостатков.

Уже по традиции военные разработки постепенно перекочевали в гражданское производство.

Насколько это колёса будущего, сказать сложно. Отказ от воздуха потенциально открывает внушительные перспективы. Но о глобальном внедрении технологии говорить рано.

Особенности конструкции

Теперь следует детальнее взглянуть на то, что такое безвоздушная резина и как она устроена.

Фактически это полое колесо, внутри которого находятся в основном резиновые простенки. Они выполняют функции воздуха.

Именно прочные и упругие простенки создают нужный эффект для колеса, для работы которого воздух не нужен. Внутри располагается каркас, который состоит из множества пластин на основе каучука. У пластин предусмотрена структура ячеек. Есть и другие варианты разработки. Здесь используется центральное резиновое основание, и от него в разные стороны распределяются спицы из полиуретана. Преодолевая препятствие, шина деформируется, а затем возвращается в своё начальное состояние.

Используемая на авто специальная безвоздушная шина бывает 2 типов.

1. Закрытая. Внешне ничем не отличается от обычных автомобильных покрышек. Только внутри используется специальное наполнение. В основном это стекловолокно.
2. Открытая. Такая покрышка имеет основу, которая монтируется на ось и растяжной хомут. Последний идёт по верхней части и обладает повышенной устойчивостью к деформациям. Состоит из ячеек или спиц.

Если говорить про легковые автомобили, то для них более рациональным и удобным решением считаются покрышки на основе каучуковых спиц.

Это объясняется тем, что производитель имеет возможность изменить поперечную жёсткость, отталкиваясь от того, в каких условиях планируется использовать машину и при каких нагрузках.

Область применения

Наверняка безвоздушные покрышки ждёт большой успех и широкое распространение. Но не сейчас. Технология достаточно сырая, имеет множество недостатков, которые требуется устранить, чтобы получить возможность для глобального внедрения таких решений в автомобильную промышленность.

Если говорить о применении безвоздушных шин, то здесь основной акцент пока стоит делать на военной технике. Некоторые машины даже активно эксплуатируются, а не просто являются выставочными образцами.

Что же касается гражданского транспорта, то пока установить на свой автомобиль подобную резину возможности нет.

Можно выделить несколько областей и видов транспорта, на которые безвоздушные покрышки устанавливаются довольно успешно уже сейчас:

• слабонагруженные машины;
• газонокосилки;
• скутеры;
• мопеды;
• гольф-кары;
• экскаваторы;
• погрузчики;
• велосипеды;
• самокаты;
• инвалидные коляски.

Не так плохо для технологии, которая находится на начальном этапе своего развития. Если разработчики будут продолжать работу над безвоздушными шинами, пытаться устранить слабые стороны и увеличить значимость преимуществ, есть все шансы увидеть подобные решения и на обычных легковых автомобилях. Причём речь идёт не о единичных экземплярах, а о массовом внедрении покрышек нового поколения.

Но пока объективно рано говорить о чём-то подобном. Разработка на перспективу. А насколько она себя оправдает и будет реализована — вопрос открытый.

Основные преимущества

Говоря о преимуществах, закономерно колёса без воздуха сравнивают с классическими пневматическими покрышками.

Узнать о преимуществах позволили специальные испытания. Безвоздушки установили на обычные гражданские автомобили типа Audi A4. В ходе испытания сразу удалось заметить, что управляемость машины улучшилась в сравнении с аналогичными заездами, но уже с воздушными колёсами.

Можно выделить несколько главных преимуществ, которые характеризуют сильные стороны таких разработок и потенциально позволяют рассчитывать на постепенное внедрение безвоздушных шин в автомобильную промышленность.

1. Высокий ресурс эксплуатации покрышек. Испытания наглядно показывают, что при сохранении 70% структуры из полиуретана автомобиль будет ехать без особых проблем, сохраняя такую же устойчивость, как при 100% целостности материала.
2. Здесь не нужно контролировать давление. То есть безвоздушные колёса полностью избавляют от такой проблемы как прокол колеса или сдутая шина. Даже при сильных механических воздействия резина лопнуть не может за счёт своей конструкции.
3. Уменьшенный вес. Конструкция также позволяет снизить общую массу покрышек. Это позволяет упростить замену при возникновении такой необходимости.
4. Уменьшение расхода топлива. Из предыдущего преимущества вытекает ещё одна сильная сторона. На безвоздушках машина требует меньше топлива, чем при прохождении такой же дистанции на воздушных покрышках.
5. Отказ от воздуха позволяет упростить и улучшить прохождение неровностей и преодоление серьёзных препятствий. Покрышка просто повторяет форму неровности, а затем быстро восстанавливается после выезда на ровный участок. При этом в салоне минимально ощущаются прохождения таких дорог.
6. Вероятность деформации колёсного диска при выезде на бездорожье сводится практически к нулю, чего не скажешь о классических пневматических колёсах.
7. Длительный срок службы. Для безвоздушных шин используют материалы с повышенными показателями прочности, устойчивости к износу. Стираются они намного медленнее классических колёс.
8. Адекватная стоимость. Производители заявляют о том, что при реализации проектов, направленных на массовое использование, безвоздушные покрышки станут бюджетным решением.

Фактически потребности в замене таких колёс нет. Это позволяет освободить багажный отсек от запасной шины. А даже если безвоздушку потребуется заменить, за счёт своего веса и простоты конструкции на это будет уходить не более 10 минут без каких-либо усилий.

Отдельно стоит отметить один очень интересный проект, над которым уже сейчас ведётся активная работа. Это колёса, позволяющие быстро менять верхний слой. То есть предусмотрена основа автомобильного колеса, и есть съёмный верхний кожух, непосредственно контактирующий с поверхностью. Смысл идеи заключается в том, чтобы при необходимости достать комплект кожухов, надеть их вместо установленных и преодолеть препятствие, для которых этот слой подходит. Производители хотят предложить спортивные кожухи, комплекты для сложного бездорожья, обычные наборы для городской езды и пр.

Но это только одна сторона медали. У безвоздушек есть и обратная.

В чём заключаются недостатки

Учитывая столь внушительный перечень преимуществ, некоторых может удивить тот факт, что безвоздушки не получили широкого распространения. Ведь они настолько хороши и превосходят пневматические аналоги.

На самом деле за широким списком действительно значимых преимуществ скрываются и явные недостатки.

• Скоростной лимит. Чтобы гарантировать комфортное и безопасное движение, на таких покрышках ездить со скоростью более 80 километров в час нельзя.
• Если выйти за пределы установленного лимита, сразу же появляется сильный шум, кузов активно вибрирует и есть вероятность опасного перегрева покрышек.
• Грузоподъёмность. Отказ от воздуха не позволяет на машине перевозить большие грузы. Ту нагрузку, которую без проблем по стандарту могут выдержать пневматические покрышки, безвоздушные шины принять не могут. Это существенно ограничивает эксплуатационные возможности современного автомобиля.
• Нет возможности регулировать жёсткость. На пневматике всё достаточно просто. При необходимости можно накачать колесо или спустить его, используя ниппель и компрессор, либо какой-нибудь ручной насос.
• Чтобы получить мягкие или жёсткие покрышки, в зависимости от условий эксплуатации, требуется покупать разные комплекты безвоздушных шин для своего автомобиля.
• Нельзя поменять лишь одно колесо. При замене придётся менять весь комплект сразу.
• Эта резина непригодна для того, чтобы передвигаться по вязкому бездорожью. Если это твёрдая каменистая местность, это не создаст никаких проблем безвоздушкам. Они с лёгкостью преодолеют препятствия и не лопнут, даже при наезде на острый камень. Но если речь идёт про песок, болото или глубокий снег, машина просто увязнет. Открытые модели наполнятся грязью, что негативно отразится на проходимости.

О безвоздушных колёсах можно говорить пока как об очень перспективной разработке. Её начали активно применять в военной сфере. Но чтобы перенести эти покрышки в гражданский транспорт, предстоит проделать ещё достаточно большой объём работ.

Преимущества существенные и позволяют говорить о том, что у безвоздушек есть все шансы стать популярными и востребованными. Но до тех пор, пока остаются ключевые недостатки, переживать за позиции пневматических шин на рынке не стоит.

Безвоздушные шины: перспективный курьез

Общий облик автомобильного колеса с центральным диском и шиной, заполненной воздухом, сформировался достаточно давно и подтвердил свою эффективность. Однако регулярно предпринимаются попытки кардинальной перестройки такой конструкции с целью повышения ее технических или экономических характеристик. Определенной популярностью в этом контексте пользуется т.н. безвоздушная шина с упругими элементами и без сжатого газа..

Долгая история

Первые варианты безвоздушных шин появились едва ли не в начале прошлого века. Зачастую поводом к появлению таких проектов становился дефицит материалов. Конструкторы пытались заменить труднодоступную и недешевую резину более выгодным деревом или металлом. К настоящему времени проблема дефицита была решена, и новые проекты связаны только с желанием повысить характеристики ходовой части.

Ранние проекты безвоздушных шин чаще всего предлагали металлический диск и внешний обод с протектором, соединенные набором пружин разных форм и конфигураций. В разное время использовались цилиндрические или листовые пружины. Такие конструкции в целом решали поставленные задачи, но получались слишком сложными и неудобными в эксплуатации. Как следствие, они не шли в крупную серию и не получали широкого распространения.

Относительный успех пришел к безвоздушным шинам только с развитием космических программ. Оказалось, что планетоходы по типу советского «Лунохода» или американского LRV следует оснащать колесами без камер и воздуха. Так, изделие LRV из состава системы Apollo получило упругую шину из металлической сетки с приклепанным протектором. Такая конструкция была легкой, гасила удары, не требовала обслуживания и отличалась высокой живучестью.

Часть конструкций безвоздушных шин на тех или иных этапах привлекла внимание военных и даже дошла до полигонных испытаний. В последние годы вновь наблюдается интерес к таким разработкам, причем речь идет не только о проектах для армий. Ведущие производители шин рассматривают безвоздушную конструкцию в качестве реальной альтернативы традиционным колесам.

Впрочем, до сих пор ни один из известных образцов не дошел до массового производства и эксплуатации в военной или гражданской сфере. Революции в области ходовых частей мешают объективные факторы.

Современные образцы

Рассмотрим некоторые современные конструкции безвоздушных шин, созданные в последние десятилетия. Так, в прошлом широкую известность получил проект Airless:Resilient NPT компании Resilient Technologies. Он разрабатывался с 2002 г. и дошел до испытаний в конце десятилетия. Используя современные полимерные материалы, недоступные в далеком прошлом, американские инженеры смогли создать весьма интересную конструкцию.

Шина Airless:Resilient NPT является единой конструкцией, включающей центральный диск для монтажа, внешний обод с протектором и особый каркас между ними. Последний выполнен в виде решетчатой структуры из неправильных шестиугольников и трапеций. Вес автомобиля распределяется между относительно жестким ободом и решеткой. При этом упругость конструкции позволяет гасить удары.

В ходе испытаний удалось показать, что шина Airless:Resilient NPT по амортизации сопоставима с традиционной пневматической. Она не боится проколов и может использоваться при повреждении 30% элементов каркаса. Также был получен небольшой выигрыш в массе. Тем не менее, изделие было достаточно сложным в изготовлении, требовало особых материалов и имело ряд других недостатков. Вследствие этого шины от Resilient Technologies до сих пор не попали в армию.

В 2005 г. компания Michelin представила концепт шины Tweel (Tire + Wheel). В этой конструкции центральный диск и внешний обод соединяются при помощи V-образных «спиц», проходящих по всей ширине шины. Разработчик говорил о сокращении массы в сравнении с традиционными изделиями, увеличении ресурса и т.д.

После испытаний и доводки шина Tweel получила развитие. Появились модификации этого изделия под технику разных классов. В 2012 г. начались поставки таких шин, предназначенных для строительной и сельскохозяйственной техники. В дальнейшем появились новые модели такой продукции с иной конфигурацией упругих элементов.

Свой вариант безвоздушной шины имеет и компания Bridgestone. Она предлагает соединять диск и обод изогнутыми «спицами», расположенными крест-накрест. Такая амортизация позволила повысить упругость при сохранении прочих характеристик. Однако готовые образцы имели ограниченную грузоподъемность, уменьшавшую сферы применения.

Известны и другие варианты безвоздушных шин разного рода, дошедшие до испытаний или даже до производства. Поиск новых решений продолжается. Конструкторы пробуют разные материалы, конфигурации упругих элементов и т.д. Впрочем, имеют место лишь ограниченные успехи.

Плюсы и минусы

Безвоздушная шина с интегрированными упругими элементами имеет несколько важных преимуществ перед традиционным пневматическим колесом. Именно они обуславливают повышенный интерес к таким конструкциям, наблюдаемый до сих пор.

Главный плюс – повышенная живучесть. Безвоздушная шина не имеет воздушной камеры и не боится проколов. Ей также не страшны боковые удары. В зависимости от архитектуры, сохраняется работоспособность даже при серьезных повреждениях несущей структуры. Отсутствует необходимость в подкачке и отслеживании давления, что упрощает эксплуатацию. Имеется возможность отказа от крупного и относительно тяжелого диска колеса. В итоге колесо в сборе получается легче, что сокращает неподрессоренную массу.

Однако имеется ряд проблем, из-за которых подобные шины не получают распространения. В первую очередь, это повышенная требовательность к материалам. Требуется резина или полимер с достаточной упругостью, высокой жесткостью и прочностью к нагрузкам разного рода. Также имеются высокие требования по поглощению механической энергии и ее преобразованию в тепловую с последующим рассеиванием.

Все это усложняет и удорожает производство. Кроме того, большинство шин имеют ограничение по скорости движения – обычно не более 70-80 км/ч. Дальнейший разгон увеличивает механические нагрузки, а также приводит к неприемлемому перегреву.

В отличие от пневматических шин, безвоздушные имеют постоянную жесткость, и для ее изменения необходимо менять колеса. При этом на жесткости и других характеристиках может негативно сказаться попадание грязи внутрь конструкции через открытые боковины. Пневматические конструкции с этих точек зрения гораздо выгоднее.

В итоге безвоздушные шины пока находят применение в основном в сфере легкой техники с ограниченными скоростями движения и нагрузками. Их ставят на гольф-кары, некоторые багги, компактную строительную технику и т.д. Также налажено производство шин для велосипедов, самокатов и др. легких изделий. Обеспечение более крупных образцов пока под вопросом.

Перспективный курьез

Специфическое сочетание технических, эксплуатационных и экономических характеристик, а также ряд существенных ограничений пока не позволяют безвоздушным шинам выйти на широкий рынок и составить серьезную конкуренцию традиционным конструкциям. В итоге рынок шин не меняется – хотя разные фирмы регулярно представляют различные «перспективные» изделия.

Однако нельзя не отметить, что отдельные изделия оригинальной конструкции все же вышли на рынок и даже нашли своих покупателей. Успехи наблюдаются в нескольких достаточно узких нишах, тогда как завоевание основных секторов рынка оказывается невозможным. Объективные предпосылки к изменению такой ситуации отсутствуют.

Таким образом, разнообразные варианты безвоздушных шин с интегрированными элементами упругости в целом сохраняют статус курьезного решения важной технической проблемы – без особых перспектив в контексте реального применения.

С другой стороны, подобные проекты могут иметь положительные результаты, не связанные с непосредственным использованием готовой продукции. Разработкой таких шин сейчас занимаются признанные лидеры отрасли, обладающие хорошей научно-технической базой. В ходе проработки безвоздушных шин могут создаваться новые материалы, технологии и конструкции. А они могут найти применение при развитии и совершенствовании традиционных шин, имеющих реальные практические и коммерческие перспективы.