Зачем нужны надувные шины?

Является ли это заговором производителей велосипедов и колес, чтобы поддерживать стабильный спрос на камеры и шины?

Нет, потому что, если бы это работало так хорошо, как вы подозреваете, кто-то бы это сделал и забрал все деньги, которые получают компании по производству камер и шин.

Причина, по которой пневматические шины продолжают использоваться, заключается в том, что воздух сам по себе является отличной пружиной. Кроме того, будучи жидкостью, она имеет то преимущество, что весь воздух в шине может все время работать как пружина. Резина в каркасе шины также отлично работает в качестве амортизатора, и, как и воздух, изгибается вся шина сразу, а не только пятно контакта, независимо от того, в какую сторону ориентирована шина. Эти два эффекта взаимно дополняют друг друга и делают шину такой, какая она есть.

Если у вас была сплошная полоса резины, только резина в непосредственной близости может выполнять эту работу, поэтому у вас будет либо более жесткая езда, либо более тяжелая шина. Та же проблема существует и с другими безвоздушными альтернативами.

Конечно, вы могли бы сделать велосипед с полной подвеской, настроенной на плавность хода, несмотря на цельнорезиновые колеса. Но вы быстро обнаружите, что такая подвеска, как изменения в раме, так и в компонентах, будет значительно тяжелее, чем обычная шина. А велосипеды — это приложение, которое очень чувствительно к весу.

Другие приложения, такие как танки, имеют другой набор ограничений и компромиссов, поэтому предпочтение отдается гусеницам, и у них есть довольно сложные системы подвески, позволяющие им преодолевать неровности и прочее на высокой скорости, потому что при перевозке около 50 тонны брони, еще одна лишняя тонна для хорошей подвески того стоит.

Иногда вещи остаются неизменными навсегда, потому что они просто работают.

Здесь уже есть два хороших ответа, я добавлю соответствующую физику.

Любая подвеска имеет три ключевые переменные:

• Постоянная пружины, т. е. насколько быстро увеличивается усилие при сжатии подвески.

• Его демпфирование, т.е. сколько энергии теряется в каждом цикле сжатия/декомпрессии.

• Его неподвешенная масса, т.е. количество материала, которое необходимо переместить из-за неровностей дороги.

Велосипеды — это транспортное средство с очень низкими потерями энергии (просто потому, что типичная потребляемая мощность ограничена примерно 250 Вт). Таким образом, велосипедам абсолютно необходимо поддерживать низкое демпфирование, потому что вся энергия, которую вы демпфируете, должна исходить из вашей кинетической энергии (сохранение энергии!), над созданием которой упорно трудился гонщик. Теперь, чем больше у вас неподвешенной массы, тем больше демпфирования требуется для сохранения постоянного контакта с дорогой. Вы не хотите, чтобы ваши колеса подпрыгивали вверх и вниз после поездки по выбоине, это было бы чрезвычайно опасно. Вот почему любая амортизационная вилка или подвеска автомобиля включает в себя амортизаторы: вся их цель — отвод энергии, но они необходимы для безопасности.

Пневматические шины имеют то большое преимущество, что только резина в пятне контакта с дорогой представляет собой неподвешенную массу. Вся остальная часть шины, обод, спицы, ступица, вилка — все они подвешены и поэтому не требуют демпфирования. Сама шина также имеет достаточную амортизацию внутри своей резины, чтобы обеспечить хороший контакт. Таким образом, вы просто не сможете найти более эффективную систему подвески, чем пневматическая шина. Кроме того, пневматические шины также позволяют легко регулировать жесткость пружины, накачивая их до разного давления, но это всего лишь бонус.

Теперь альтернативы были опробованы и даже используются некоторыми. Самое главное за счет использования безвоздушных шин. Они заменяют трубку сердцевиной из пенорезины. К сожалению, добавленная резина уже значительно увеличивает демпфирование и, таким образом, снижает эффективность шин. Тем не менее, это лучшая вещь после пневматической шины. Все другие альтернативы, которые отодвинули бы подвеску дальше от пятна контакта и тем самым значительно увеличили бы неподвешенную массу, потеряли бы слишком много энергии на демпфирование и сильно разочаровали бы велосипедиста.

У нас нет, и есть альтернативы

Что нам нужно, так это некоторый уровень податливости шины. Сопротивление качению на этом уровне определяется способностью шины преодолевать небольшие отклонения поверхности. Воздух (фактически любой газ) обладает высокой сжимаемостью и отлично поглощает небольшие изменения высоты поверхности, позволяя шине хорошо катиться.

Однако это не единственная игра в городе. Твердые шины с какой-то внутренней структурой из пенорезины существуют уже некоторое время - я использовал их некоторое время в начале 90-х, но были версии примерно в 70-х. В Cycling Weekly есть обзор нескольких более современных версий.

Что еще более экзотично, новая компания разработала металлические пружинные шины, изготовленные из «металла с памятью» . Они утверждают, что появятся на рынке в следующем году; произойдет это или нет, мы увидим.

Но они никогда не работали очень хорошо

Проблема с цельными шинами исторически всегда заключалась в том, что какой бы ни была внутренняя структура шины, они просто не так плавно податливы, как воздушный шар, наполненный воздухом под высоким давлением. Сопротивление качению всегда было хуже, так что даже если кто-то сегодня предложит высококачественную цельнолитую шину, ему придется конкурировать с 50-летними плохими отзывами прессы.

Из плюсов, конечно, они не получают проколов. Так что, если вы едете на велосипеде зимой, когда дороги, скорее всего, полны обломков, и вы действительно не хотите застрять, ремонтируя шину под проливным дождем, вы можете пожертвовать сопротивлением качению ради надежности. Это все еще компромисс, который вам придется выбирать.

И есть варианты, если уж совсем нельзя использовать воздух

Исторически сложилось так, что в велосипедах за пенни-фартинг использовались сплошные шины и полагались на спицы, чтобы обеспечить все их соответствие. На самом деле они работали очень хорошо, до такой степени, что «безопасные велосипеды» (стандартная треугольная рама, которую мы знаем сегодня) называли «костотрясами», потому что у меньших колес были более короткие спицы, которые не давали такого же качества подвески. Пневматические шины (или какой-либо твердый эквивалент) требовались до того, как наши современные велосипеды стали практичным средством передвижения с разумной скоростью.

Забавно, но это напрямую связано с дизайном колес в космосе. Колеса луноходов представляли собой пружинную конструкцию, похожую на велосипедные шины из металла с эффектом памяти, упомянутые ранее. Вместо этого марсоходы пошли по пути копейки, полагаясь на упругие спицы.

Колесо по сути круглое, дорога по сути плоская. Для разумного контакта с дорогой, который не повреждает ни колесо, ни дорогу, шина должна быть деформирована в точке контакта, чтобы образовалось пятно контакта, а не точка. По мере того как колесо катится, деформация должна перемещаться по колесу. Если энергия деформации затрачивается локально, нужен идеально эластичный материал.

Однако шина с постоянным давлением без усилий передает энергию деформации вокруг колеса без потерь. Локальная деформация, распространяющаяся вокруг колеса, превращается в полупостоянную деформацию в пятне контакта, при этом сама шина не обменивается значительной энергией, следуя за деформацией.

Железные дороги делают это по-другому, но они довольно ограничены в ускорении и наклоне и требуют хитрости на поворотах, что приводит к типичным визжащим звукам. Они также требуют работы с гораздо меньшими допусками, чем обычное сцепление колеса с дорогой.

Это одна из тех идей, которые приходят раз в пару лет, снова и снова.

И вполне вероятно, что это хорошая идея в определенных обстоятельствах, например, в вашем марсианском вездеходе (АА там не работает), или в зоне боевых действий (где квартира вредна для вашего здоровья), или в инвалидном кресле (где вы буквально застрял)

Однако каждый раз эта идея не срабатывает, потому что пневматические шины просто работают лучше.

Лучший способ сделать собственное суждение — прокатиться на нем. Обратите внимание, что некоторые веломагазины отказываются устанавливать безвоздушные шины, поэтому вам, возможно, придется установить их самостоятельно.

Если вы не можете найти что-либо купить, можно изготовить цельнолитые шины самостоятельно. Посмотрите это для примера:

Другое решение - использовать шину на пенни-фартинге или шине для легкого фургона. Они приходят в рулоне, и вы закрепляете петлю шпагатом/ниткой.

Еще один способ проверить это — надуть трубку водой. Если бы ваша трубка была заполнена водой на 1/6, она была бы, по сути, твердой для целей медленной езды. Низкая скорость и постоянная скорость позволяют воде стекать вниз, в то время как на высокой скорости вода будет выстилать внешний край трубки точно так же, как герметик в бескамерных трубках.

Для этого вы используете гусеничный насос и ставите его в ванну с водой, он будет вдыхать и перекачивать воду по шлангу в трубу. Это гораздо более сложная работа, чем откачка воздуха, и ваш насос нужно будет разобрать, очистить и повторно смазать.

Воздух также в трубке должен быть накачан до «нормального» давления для вашего колеса. Вода не сжимается и оседает на дно, создавая ощущение твердости.

Естественно, это колесо будет так же уязвимо для проколов, как и обычная пневматическая шина, весь смысл этого заключается в том, чтобы испытать ощущение «твердой шины» без затрат.