"Переобуваются" на ходу: какие колеса меняют размер и форму во время движения

Казалось бы, изобретать колесо – это даже более странное занятие, чем создавать заново велосипед. Однако конструкторы не перестают удивлять.

Зачем велосипеду сделали квадратные колеса? Как колеса-трансформеры меняют характеристики движения прямо на ходу? Об этом рассказали в программе "Как устроен мир" с Тимофеем Баженовым на РЕН ТВ.

Как работают квадратные колеса

От необычного двухколесного транспорта трудно оторвать взгляд: крутятся педали, велосипед едет вперед, хотя это и кажется невозможным, ведь у него квадратные колеса.

Само выражение "квадратное колесо" звучит странно – то есть состоит из двух взаимоисключающих слов. Об этом скажет любой ученый – например, кандидат наук Василий Овчинников. Ему прекрасно известны свойства колеса. А главная особенность в том, что колесо – изобретение человека. В природе его не существовало вообще.

"Колесо – это круглый объект, который крепится на неподвижную ось вращения. Почему такой предмет не встречается в природе? Нельзя создать живой организм, у которого была часть, по сути, отделенная от непосредственно организма", – пояснил кандидат химических наук, доцент кафедры химии РЭУ им. Г.В. Плеханова Василий Овчинников.

И все-таки никакого чуда в якобы квадратном колесе нет. Если внимательно приглядеться, мы увидим, что так называемое колесо не крутится. А стало быть, таковым не является. Велосипед же приводится в движение благодаря гусенице, которую создатели чудо-транспорта спрятали в обод.

А еще эта необычная конструкция опровергает утверждение о том, что велосипед не падает только благодаря гироскопическому эффекту от вращения колес. Равновесие удерживают в основном благодаря подруливанию. Это видно на примере снегоката – колес у него нет вовсе, а он едет и не падает.

"Когда тело человека начинает немножко наклоняться, то он инстинктивно поворачивает руль в эту сторону. В гироскопе это называется прецессия. Это происходит автоматически. В случае велосипедиста человек автоматически сам подворачивает руль в эту сторону. Так он компенсирует момент заваливания велосипеда и таким образом остается все время в вертикальном положении", – рассказал доцент Овчинников.

Где гусеничные танки передвигаются лучше, чем колесные

Впрочем, если какой-то транспорт передвигается на гусеницах, это не значит, что у него отсутствуют колеса. Гусеница заменяет не столько колесо, сколько поверхность, по которой оно катится. Это хорошо видно на примере советского колесно-гусеничного танка БТ-7, разработанного в 1930-е годы.

БТ расшифровывается как "быстроходный танк". Он мог двигаться как на гусеницах, так и на колесном ходу. В последнем случае БТ по скорости превосходил все остальные танки.

Интересно, что изобретатель гусеничной ленты – русский крестьянин Федор Блинов – называл гусеницы "бесконечными рельсами". В конце XIX века он разработал первый вагон на гусеничном ходу.

"Он сделал независимые гусеничные тележки. По сути, левая и правая гусеница у вагона управлялись независимо и таким образом могли поворачивать. Гусеница распределяет вес любого транспорта очень равномерно, и получается удельное давление на грунт очень маленькое. Поэтому те же самые танки могут пройти там, где не пройдут гораздо более легкие, но колесные машины", – объяснил доцент кафедры пищевых технологий и биоинженерии РЭУ им. Г.В. Плеханова Дмитрий Зиборов.

Главные недостатки гусениц

Сравнительно небольшие катки танка проваливались бы в грязь или снег, но площадь поверхности гусеницы многократно превышает площадь соприкосновения с поверхностью у колеса. Например, гусеницы такой машины, как ратрак, могут достигать ширины в полтора метра. Это устройство способно передвигаться по снегу любой глубины и взбираться по горным склонам крутизной более 45 градусов.

Правда, у гусениц, по сравнению с колесом, имеются и серьезные недостатки: они плохо подходят для передвижения по обычным дорогам. Металлические траки портят асфальт, поэтому для прохода гусеничной техники иногда делают импровизированное защитное покрытие – например, из автомобильных покрышек. Для инженера-конструктора беспилотной авиации Петра Ключника такое решение представляется вполне логичным.

"Если гусеница металлическая, то у нее есть разные части, которые сделаны для того, чтобы хорошо цепляться за рыхлый грунт. Они в случае твердого покрытия будут его ломать: выковыривать плитку, рвать асфальт. Это первое. Во-вторых, из-за большой площади соприкосновения гусеница при повороте по большой площади имеет скольжение. Если это гусеница обрезиненная, соответственно, она будет быстрее портиться на твердом покрытии", – разъяснил инженер-конструктор.

Колеса-трансформеры

Заманчивой кажется идея совместить, казалось бы, несовместимое – колесо и гусеницу – в одном устройстве. Конструкторы придумали сравнительно простой способ превращения обычного внедорожника в гусеничный вездеход. Комплект из четырех небольших гусеничных движителей устанавливается прямо на ступицы колес автомобиля.

"Прежде всего, это задача по проходимости, которую решают такие гусеничные колеса. Конечно, скорости они убирают, там и нет скоростей. На простых колесах в грязи мы тоже с вами 80 километров в час не ездим. То есть у нас вопрос именно проходимости", – обратил внимание специалист по реставрации автомобилей Максим Быков.

Американские разработчики военной техники создали необычное колесо-трансформер. Оно за пару секунд автоматически превращается в гусеницу и обратно. Выглядит действительно впечатляюще. Правда остается вопрос – сколько такое технологичное устройство будет стоить. И будет ли оно надежным, например, в условиях весенней распутицы. Ведь одно из достоинств колеса – его простота и дешевизна.

В Австралии придумали колеса, которые могут менять характеристики движения прямо на ходу. Они изменяют расположение оси вращения при помощи пневматических актуаторов. Такие колеса позволяют устанавливать нужный дорожный просвет и наклонять платформу из стороны в сторону.

В 2021 году конструкторы из Южной Кореи разработали колеса, способные прямо на ходу менять размер и форму. В них использовали принцип оригами – японского искусства создавать фигурки из бумаги.

"Сегодня довольно сложно представить, где конкретно такое колесо будет использоваться. Плюс у него есть ряд довольно серьезных минусов. Все-таки пока что это оригами, хоть и колесо. Когда инженер делает какое-то новое изделие, он опирается на те технологии, которые знает", – отметил инженер-конструктор Ключник.

Способность автомобильной шины менять свою форму используют и конструкторы вездеходов на шинах низкого давления. Такие колеса не замечают выбоин и неровностей. Колесные вездеходы очень популярны – прежде всего потому, что их конструкция гораздо проще, чем у гусеничных машин.

"Преимущества колесных вездеходов в первую очередь связаны со своей конструкцией. Она довольно проста, что обеспечивает возможность ее ремонта в любых условиях", – указал технический директор автосалона, автоэксперт Михаил Бочаров.