ПО ВОДЕ, АКИ ПОСУХУ.
Оказывается, и на воде вполне могут пригодиться колёса
Водоступы уже придумали. Надевай на ноги пенопластовые или полые полиэтиленовые поплавки вроде лыж и ходи по воде, скользи по речным перекатам и стремнинам.
С транспортировкой грузов по воде — сложнее. На земле для подобной цели можно использовать не только сани-волокуши, но и колёсный транспорт, подумывают и об использовании шагоходов.
Парадокс, но лодки, баржи, пароходы используют тот же принцип волокуши или ползания «на брюхе».
Проблема, впрочем, не нова, решения тоже. Впервые проект такого судна — не плывущего, а именно катящегося по воде на огромных колёсах — разработал и построил французский изобретатель Э. Базен. В августе 1896 года он испытал необычное сооружение на реке Сене близ Парижа.
Так выглядел пароход Э. Базена.
Катящийся пароход Базена представлял собою стальную раму, на которой крепились на трёх осях шесть огромных пустотелых дисков-колёс. Каждое из них имело в диаметре около 10 м и толщину до 3 м. Колёса попарно приводились в движение с помощью паровой машины мощностью в 50 л. с. По идее изобретателя, эти колеса не должны были загребать воду своими плицами, как на обычных колесных пароходах. На них и плиц-то не было! Главный эффект виделся в другом: колёса за счет вращения должны были разрезать воду и уменьшать тем самым сопротивление движению, а значит, повышать скорость парохода. Вперед же он должен был продвигаться с помощью ещё одной паровой машины, мощностью в 550 л. с, и обычного судового винта.
Однако на испытаниях судно Базена развило скорость всего около 20 узлов, то есть ничуть не большую, чем пароходы обычного типа. И хотя Базен утверждал, что дело можно поправить, если увеличить диаметр колес до 22 м (по его расчётам, это должно было привести к увеличению скорости до 32 узлов при той же мощности), никто изобретателю не поверил, и дальнейшие работы в этом направлении были прекращены. И как ныне выясняется, совершенно напрасно.
Замечали когда-нибудь, как ведёт себя в воде небольшое брёвнышко, если его как следует крутануть. Оно как бы катится по поверхности воды, практически целиком поднимаясь из неё на поверхность. На этот эффект несколько лет назад обратил внимание изобретатель из Подмосковья В. Подорванов. И провёл дополнительные испытания в лаборатории Военно-инженерной академии, где тогда служил. Затем испытания были продолжены в ЦНИИ имени А. Н. Крылова.
В итоге установили: при увеличении скорости вращения в воде деревянного бревна или металлического полого цилиндра гидродинамическое сопротивление предмета остается практически постоянным, независимым от скорости его перемещения. Между тем при всех других видах движения в водной среде сопротивление при ускорении увеличивается в квадратичной степени или даже еще более резко.
Движение по волнам на высокой скорости приводит к уменьшению ударных нагрузок, поскольку колёса как бы прокатываются по гребням волн. Значит, если поставить корабль не на подводные крылья, как это зачастую делается ныне, а на свободно вращающиеся колёса, он будет легко сходить с берега на воду, катить не только по мелководью, что само по себе уже немаловажно, рекам, но и на глубине, при довольно сильном волнении, развивая при помощи дополнительного водомётного движителя или обычного гребного винта скорость до 220 км/ч. В некоторые моменты, полагает изобретатель, судно будет даже отрываться от поверхности воды и скакать по ней, словно камешек.
А вот как выглядят один из вариантов конструкции В. Подорванова.
С работами В. Подорванова ознакомились и дали положительное заключение многие специалисты, в том числе из Института гидродинамики сибирского отделения РАН, Московского института водного транспорта. Института проблем механики АН РАН и ЦКБ судов на подводных крыльях из Нижнего Новгорода. Все специалисты отмечают, что режим качения по воде экономичен и перспективен, даёт возможность использовать для судоходства те мелководные реки, где нынешние корабли плавать никак не могут.
Однако вот беда. Хорошая идея так и остается только идеей, реализованной лишь в нескольких моделях. Некоторые из них построены самим изобретателем, другие — юными техниками (см., например, ЮТ №3 за 1990 год. статью о работе кружка юных изобретателей в Тушине). Но кто же все-таки и когда возьмется построить настоящее судно? Неужто соотечественники Базена получат шанс исправить свою историческую ошибку?
Аквапланирование и скольжение
Сцепление шины на твердой поверхности асфальта или бетона происходит за счет взаимного соприкосновения поверхности шины с очень маленькими неровностями дорожного покрытия. После появления влажности на дороге, образуется пленка из жидкости и мелких частиц, которая становится разделительной полосой между дорожным покрытием и шиной. Ослабляются сцепные качества колеса.
Если рассмотреть приведенный ниже рисунок, то можно увидеть некоторые моменты движения шины. На сухой дороге величина «С» показывает площадь соприкосновения шины с дорожным покрытием. Это видно на рисунке «А». Когда поверхность дороги влажная, то эта величина уменьшается на коэффициент d, так как образуется так называемый водяной клин, как видно на рисунке Б. Он возникает из воды, которая выдавливается из-под колеса во время движения. Если увеличивается скорость движения, то увеличивается объем вытесненной воды. Соответственно увеличивается водяной клин, увеличивается давление на шину и она приподнимается над покрытием дороги. В момент увеличения скорости до максимального значения, между шиной и плоскостью дороги появится непрерывный слой воды, как видно на рисунке «В». В этом колеса потеряют контакт с дорогой, и автомобиль станет неуправляемым. Этот процесс называется аквапланированием.
Когда автомобиль попадает в аквапланирование, он движется в определенном направлении, не реагируя на повороты руля и попытки маневрирования, до тех пор, пока не уменьшится скорость движения и не снизится водяной клин под колесом. Если произошла такая ситуация, то не надо пытаться справиться с ситуацией, тормозить или крутить руль. Когда скорость движения автомобиля снизится и уменьшится водяной клин, снова появится контакт колес с дорогой. Иначе автомобиль может занести или резко кинуть его в сторону.
Но не стоит забывать, что аквапланирование отличается от скольжения. Скольжение – процесс частичной потери сцепления с дорожным покрытием, возникающий на любой скорости из-за образования водяной пленки на дорожном покрытии. Это явление чаще всего возникает при резком торможении и повороте, когда автомобиль начинает заносить. Очень опасна водяная пленка, смешанная с пылью, маслами, снегом, остатками топлива, возникающая во время туманов или только начавшегося дождя. При усилении дождя, потоки воды смывают разные загрязнения, и сцепление шин с дорожным покрытием улучшается.
Аквапланирование может появиться в любой момент. Часто оно возникает в момент въезда с сухой поверхности дороги в большую протяженную лужу на высокой скорости. Стоит избегать во время сильного дождя участков дороги с колеями. Также часто аквапланирование возникает в сильный дождь на очень гладком асфальте.
Скольжение по воде колесами машины
Аквапланирование
Дождь на дороге приносит с собой различные трудности, от мелких до серьезных. Появляется опасность аквапланирования, т.е. исчезновения пятна контакта шин с дорогой из-за прослойки воды и, как следствие, потери сцепления колес с дорогой. Аквапланирование обычно проявляется при езде по залитому водой асфальту на скорости свыше 60 км/ч или при торможении юзом даже по неглубокой пленке воды и нередко приводит практически к полной потере управляемости.
Аквапланирование — это скольжение по воде. Естественно, что не такое как на водных лыжах, но по физическому смыслу весьма похожее.
Примем силу сцепления автошины с сухим дорожным покрытием за единицу. Тогда сцепление на мокром асфальте окажется не более 0,5. На льду — уменьшится еще на порядок. Ну а при аквапланировании контакт протектора с дорогой отсутствует вовсе! Сила сцепления становится равной нулю. Колесо находится в свободном скольжении по водяной пленке, и возможность водителя управлять автомобилем в этот момент также практически равна нулю. Каковы же условия возникновения этого чрезвычайно опасного «водяного скольжения»?
Вот автомобиль движется по дороге, покрытой слоем воды (дождь, обширные лужи) или водно-грязевой «каши». Каждая шина постоянно выдавливает жидкую субстанцию из пятна контакта, гонит перед собой водяной вал. Испытания показали, что давление в этом вале доходит до 2 bar. Высота его может быть от 1 до 3 см. Приняв среднюю ширину протектора легковой шины равной примерно 15 см, можно утверждать, что усилие, с которым водяной клин вдавливается между шиной и дорогой, может достичь 30-40 кг.
До какого-то момента шина успешно выдавливает клин воды и создает пятно контакта с дорожным полотном. Эффективность этого процесса зависит от трех факторов: рельефа протектора, толщины водяной пленки на дороге и скорости движения автомобиля. Все эти факторы очень тесно взаимосвязаны.
Малая глубина канавок «лысеющего» колеса не в состоянии быстро освобождать зону контакта от воды. Изношенные шины даже при водяной пленке всего в 1 мм и скорости около 100 км/ч не смогут эффективно вытеснять влагу из-под колеса. Вал воды постепенно будет превращаться во все увеличивающийся водяной клин. Он оторвет шину от дорожной поверхности, и автомобиль поплывет. Экстренное торможение, к сожалению, не приводит к мгновенному прекращению аквапланирования. Да и не до торможения уже, потому что автомобиль «крутит» по дороге как попало.
На автомобилях с различным типом привода и эффект аквапланирования возникает по-разному:
У заднеприводного автомобиля этот эффект наблюдается вначале на передней оси. Опытный водитель может почувствовать момент начала аквапланирования. Руль становится «мягким», реакции дороги более не ощущается. В этом случае, даже не увеличивая скорость, можно поплатиться: достаточно встретить лужу поглубже — и.
Аквапланирование переднеприводного автомобиля, как правило, начинается с задних колес. Поскольку передние являются ведущими и «вытягивают» автомобиль, водитель может ничего подозрительного и не заметить, даже увеличив скорость. Однако самое незначительное притормаживание, даже сброс газа способны развернуть машину!
Вообще-то и некоторые новые шины с «летним» рисунком протектора могут быть склонны к аквапланированию. При одной и той же скорости специальный «дождевой» рисунок помогает «держать» контакт, тогда как под обычным протектором отчетливо наблюдается начальная стадия возникновения аквапланирования.
Так что любому автомобилисту нужно знать об основных визуальных признаках «водоотталкивающих» покрышек. В рисунке их протектора обязательно присутствуют центральная продольная, довольно глубокая, канавка и разветвленные поперечные прорези «навылет».
Особенно эффективен направленный рисунок протектора, когда водоотводы образуют «елочку». При вхождении вершины этой «елочки» в начало контакта покрышки с дорогой вода вытесняется по ее «ветвям» назад и в стороны от шины.
И еще одно существенное замечание об использовании протектора с направленным рисунком. Если при монтаже покрышки на диск по ошибке установить рисунок «перевернутым», то вода будет не вытесняться, а, наоборот, «закачиваться» от боковин к центру пятна контакта со всеми малоприятными последствиями.
Скорость, при которой возникает аквапланирование, различна и зависит в первую очередь от качества шин и того, насколько дорога ровная. Качество шин влияет на то, насколько эффективно вода отводится от пятна контакта, а качество дорожного покрытия на то, насколько долго продлится аквапланирование. Если дорога ровная и покрыта таким же ровным слоем воды, то аквапланирование будет длится до тех пор, пока шины не восстановят способность отводить воду из пятна контакта. Если же дорога не очень ровная (как у нас бывает повсеместно), то аквапланирование может прикратиться как только колёса попадут на сухой (возвышенный) участок. Опасность в данном случае заключается в том, что под разными колёсами могут оказаться участки с разным коэффициентом сцепления, и занос может возникнуть не из-за скольжения всех колёс, а из-за того, что крутящий момент будет приложен всего на одно колесо, которое имеет контакт с твёрдой поверхностью.
Что касается двух других упомянутых выше факторов, «способствующих» аквапланированию автомобиля, — толщины водяной пленки и скорости движения, то говорить о каких-то апробированных методиках контроля пока сложно. Почему? Да их попросту нет, Давно подмечено, что вероятность потери управления автомобилем на мокрой дороге связана с толщиной пленки воды и скоростным режимом движения транспортного средства. Но каковы же научно обоснованные критерии этой взаимосвязи? Какая скорость движения при определенной «мокроте» асфальта опасна? Вопросов очень много. Специалисты НАМИ сейчас работают над данной темой, но однозначного решения нет. Да и ожидать его трудно.
Помимо собственно «колесных» факторов, есть немало других, достаточно случайных обстоятельств, влияющих на поведение автомобиля и его склонность к аквапланированию. Упомяну лишь состояние амортизаторов. Многочисленные тесты доказали: вполне работоспособный, на 50% изношенный амортизатор уже активно ухудшает ситуацию. И есть еще рулевой механизм, подвеска в целом, параметры развала и схождения, распределение нагрузки по осям.
Помните, что аквапланирование гораздо легче предотвратить, чем прекратить. Оно опаснее скольжения по льду. Поэтому не экономьте на шинах, не старайтесь обогнать все, что движется, и не летайте по лужам.
Сохранить устойчивость при аквапланировании можно следующими приемами:
при преодолении водных преград, когда все колеса автомобиля подвержены аквапланированию, нужно предварительно стабилизировать автомобиль для прямолинейного движения, исключить любые маневры и повороты рулевого колеса, сохранить прямое положение колес;
при преодолении водной поверхности одной стороной автомобиля загрузить предварительным маневром колеса, которые находятся на грунте, применить силовое стопорящее руление, чтобы сопротивляться повороту колес, попавших в воду, приготовиться к экстренной реакции на занос после аквапланирования;
при попадании в воду одного управляемого колеса нужно задержать реакцию на занос до контакта с плотным грунтом и начать реакцию по стабилизации тотчас после прохождения лужи. Если допущена ошибка при стабилизации, то нужно быстро приготовиться к реакции на ритмический занос.
Преодолевая лужу на большой скорости, стремитесь: двигаться по прямой, исключая любые маневры; силовым симметричным хватом .рулевого колеса в верхнем секторе зафиксировать его в неподвижном положении; приготовьтесь к реакции на занос, при выходе передних колес на твердый грунт.
Преодолевая водные преграды, необходимо: преодолевать препятствия по прямой; сохранять неподвижное положение рулевого колеса; руки на рулевом колесе держать в положении «10-2» или «9-З» (по аналогии с цифрами на циферблате часов); напрягая мышцы-сгибатели и мышцы-разгибатели рук, обеспечивать сопротивление непроизвольному повороту рулевого колеса; быстро отреагировать на занос после выхода на плотный грунт; продолжать борьбу за стабилизацию автомобиля, если не удалось этого достичь одномоментным действием рулевого колеса.
