Не так давно я рассказывал о появлении и эволюции колеса, но эти истории нельзя назвать законченными, ведь изобретение колеса всё ещё продолжается. И речь не только о малозаметных усовершенствованиях конструкции шины, но и о радикальном пересмотре базовых принципов.
На этот раз я хочу познакомить вас с самыми необычными колёсами, которые выходят далеко за рамки привычных представлений о том, на чём можно ездить, не углубляясь в исторические и технические подробности.
1. Зубчатые колёса
Начнём с того, что колёса не обязательно должны отталкиваться от опорной поверхности за счёт силы трения: существуют, например, зубчатые колёса, которые зацепляются с рейкой, проложенной вдоль пути.
Понятно, что область применения таких колёс сильно ограничена, но они незаменимы там, где нужно развить по-настоящему большую тягу при маленьком весе – например, на крутых подъёмах.
Зубчатые колёса используются, в основном, на горных железных дорогах, фуникулёрах и судоподъёмниках. При этом они применяются не сами по себе, а в паре обычными колёсами, которые катятся по гладким рельсам.
2. Безвоздушные колёса
Другая необычная разновидность колёс – безвоздушные. Как следует из названия, они отличаются тем, что вместо пневматической шины в них используются альтернативные упругие элементы. Например, пружины или рессоры.
Такие колёса выглядят футуристично, но первые образцы подобных колёс появились ещё в начале XX века как ответ на дефицит каучука. Однако они так и не смогли потеснить привычные нам пневматические колёса.
3. Спиральные колёса
Следующий вариант колёс попался мне на глаза всего лишь однажды в январском номере журнала "Техника – молодёжи" за 1965 год. Их изобретатель – некто М. Н. Пашков – отказался от традиционной для колёс цилиндрической формы в пользу спиралей, изготовленных из автомобильных рессор.
По замыслу автора гибкие пружинящие спирали должны были приспосабливаться к сложному рельефу и повышать проходимость, но, судя по всему, его ожидания не оправдались. Во всяком случае, о таких колёсах я больше ничего не слышал.
4. Некруглые колёса
Ещё дальше по пути отказа от привычной формы пошли изобретатели овальных, сегментных и даже квадратных колёс.
Само словосочетание "квадратное колесо" звучит как оксюморон, однако история машиностроения знает изобретателей, которые на полном серьёзе предлагали такие конструкции. Для исключения тряски центр колеса должен был перемещаться вверх-вниз при помощи эксцентрика.
На их фоне уже не так безумно смотрятся овальные (а точнее эллиптические) колёса. Наибольшую известность они получили благодаря экспериментам американского инженера Джона Копчинского (John F. Kopczynski). В 40-е годы он строил машины, в которых эллиптические колёса попарно устанавливались на продольные балансиры таким образом, что при вращении центры колёс поднимались и опускались в противофазе.
Ещё менее радикально выглядят конструкции колёс в форме сегментов круга, которые устанавливаются так, чтобы при движении по ровной дороге в любой момент времени автомобиль опирался на круглые участки колёс.
Существуют и проекты колёс в форме треугольника Рёло – одной из наиболее известных фигур постоянной ширины (естественно, после круга).
5. Сферические и полусферические колёса
В то время как одни отказывались от круглых колёс, другие, наоборот, пытались сделать колёса ещё более "круглыми".
Один из примеров – вездеход "Носорог" ("Rhino"), построенный американским инженером Эли Эжнайдесом (Elie Aghnides) в начале 1950-х годов. Он отличался полусферическими колёсами из алюминия, которые по задумке автора должны были обеспечивать плавучесть и повышенную проходимость.
Другой пример использования полусферических колёс относится уже к нашему времени и нашей стране. В начале 2000-х российский изобретатель Сергей Кочанов-Сорокин предложил использовать полусферические колёса для поворота машины за счёт их наклона в поперечной плоскости.
Однако дальше всех по пути повышения "круглости" зашли изобретатели шарообразных колёс. Например, фирма Goodyear представила сферические шины Eagle 360, которые были продемонстрированы в составе беспилотной электрической платформы Citroen Skate. Благодаря оригинальным колёсам она была способна двигаться в различных направлениях, не поворачивая.
6. Колесо Илона и другие всенаправленные колёса
Впрочем, чтобы колесо могло ездить боком, совсем не обязательно делать его шарообразным: достаточно расположить вдоль окружности ролики, плоскости вращения которых перпендикулярны основной плоскости вращения. Одно из первых подобных колёс было запатентовано в 1919 году.
В более совершенных конструкциях для исключения тряски ролики стали делать бочкообразными и располагать в два ряда, чтобы их профили образовывали непрерывную окружность.
6.1. Колесо Илона
Отдельно стоит поговорить о колёсах, в которых ролики расположены под некоторым углом. Их придумал в 1973 году шведский изобретатель Бенгт Эрланд Илон (Bengt Erland Ilon), поэтому такие колёса обычно называют колёсами Илона или шведскими колёсами.
Их преимущество заключается в том, что в отличие от простых всенаправленных колёс, колёса Илона могут не просто двигаться в любом направлении, но и самостоятельно задавать направление движения. Правда, для этого нужно как минимум четыре колеса, каждое из которых имеет собственный привод. Тогда в зависимости от скорости и направления вращения каждого из колёс транспортное средство будет ехать вперёд, назад, влево или вправо, а также двигаться по дуге и разворачиваться на месте.
Следует отметить, что машины с колёсами Илона существуют не только в виде забавных игрушек, но и используются на практике. Например, в качестве складских погрузчиков, которым критически важна манёвренность в ограниченном пространстве.
6.2. Колесо Лидьярда
Ещё дальше попробовал зайти канадец Уильям Лидьярд (William Liddiard), который изобрёл колёса, умеющие ездить боком самостоятельно за счёт встроенных электромоторов, которые через систему роликов вращают (или даже лучше сказать – выворачивают) резиновую шину в форме тора.
Работоспособность своего изобретения Лидьярд доказал на практике. Автомобиль с его колёсами действительно смог ехать боком со скоростью около 2 км/ч – вполне достаточно для маневрирования на парковке.
7. Движители перекатывающегося типа
Теперь давайте поговорим о колёсах, которые отличаются не формой, а способом привода. В обычных колёсах крутящий момент подводится к оси. Гораздо реже встречаются колёса, к которым крутящий момент подводится снаружи – медведкой или приводом Робсона.
Но это всё-таки вполне обычные колёса. Гораздо интереснее поговорить о так называемых движителях перекатывающегося типа, которые имеют совершенно иную внутреннюю конструкцию. В одном из вариантов, предложенном Л.В. Ильиной, внутри колеса размещается дифференциальный механизм, а крутящий момент подводится к одному из его сателлитов, который под действием силы тяжести машины стремится занять низшее положение.
Впрочем, аналогичного эффекта можно добиться гораздо проще: достаточно расположить внутри большого колеса ещё одно маленькое, которое при вращении будет перекатываться вперёд или назад, смещая центр тяжести относительно пятна контакта с опорной поверхностью. Такой принцип используется в движителе перекатывающегося типа А.И. Сергеева.
Авторы этих изобретений считают, что движители перекатывающего типа лучше приспосабливаются к местности и повышают тягово-сцепные свойства машины, но я пока не готов подтвердить или опровергнуть это утверждение. На первый взгляд кажется, что существенного эффекта такие колёса не дают, и вероятно, по этой причине они не получили распространения.
8. Пневмоколёсный движитель
Впрочем, можно заставить колесо катиться и совершенно по другому. В 60-е годы пражский изобретатель Юлиус Мацкерле (Julius Mackerle) предложил расположить по окружности колеса пневматические камеры, подачей воздуха в которые можно управлять по отдельности. Для того, чтобы такое колесо покатилось, например, вправо, давление в камерах слева от пятна контакта нужно повысить, а справа – понизить.
Подобно другими необычным колёсам, движитель Мацкерле предназначался в первую очередь для повышения проходимости. Кроме того, отсутствие механической связи колеса с трансмиссией позволяло повернуть его на любой угол и обеспечить максимальную манёвренность. Впрочем, того же эффекта можно добиться и с обычными мотор-колёсами. Да и на бездорожье пневмоколёсные движители особых преимуществ не показали.
Заключение
Конечно, это далеко не все необычные колёса, придуманные человечеством. Однако даже на их примере видно, что даже самые простые вещи можно сделать совершенно иначе. Другой вопрос, что придумать что-то лучше проверенной классики невероятно сложно. Именно поэтому все без исключения колёса из этой статьи либо вовсе не применяются на практике, либо применяются очень ограниченно в специфических условиях. Однако на мой взгляд такие изобретения в первую очередь ценны как источники вдохновения для инженеров, которые, возможно, найдут подходящее примение заложенным в них оригинальным идеям.
Кстати, если вы знаете ещё какие-нибудь необычные колёса – поделитесь ими в комментариях. Вдруг, кому-нибудь тоже пригодятся. А ещё пишите, если вам интересно подробнее узнать о каких-нибудь колёсах из упомянутых сегодня – возможно, о них получится написать отдельную статью.
А пока что я оставлю ссылку на уже опубликованные статьи о колёсах:
На этом всё. Спасибо за внимание и до новых встреч!