Во всем мире давно известно, что температура шин очень сильно зависит от давления в шинах. Поэтому большинство механиков и инженеров именно давлением в шинах регулируют температуру шин.

Казалось бы, если на практике разное давление в шинах действительно приводит к разному прогреву шин, то чего бы поднимать этот вопрос? Но, во-первых, почему в «большом автоспорте» для поднятия температуры шин давление снижают, а в картинге считается, что для поднятия температуры шин давление надо поднимать?

Налицо нарушение всех четырех законов логики (кто не знаком с научным методом и законами логики, рекомендую ознакомиться, благо в интернете информации об этом достаточно). Как могут абсолютно противоположные действия приводить к одному и тому же результату? Ну а во-вторых, почему-то частенько на практике данные действия не дают желаемого результата. И вместо прогрева шин мы получаем их охлаждение, а при попытке снизить температуру шин, меняя давление в шинах, получаем обратную картину – шины перегреваются еще больше.

Давайте разбираться!

Если на практике теория не дает желаемого результата, значит теория либо неверна, либо неполна (что в принципе одно и то же). Давайте разбираться шаг за шагом. Во-первых, если следовать законам физики и научному методу, надо определиться с понятиями. Если использовать неправильные термины, то можно получить и неправильные ответы. Глубоко залезать не будем, будем, для удобства и простоты пользоваться википедией.
Температу́ра (от лат. temperatura — надлежащее смешение, нормальное состояние) — физическая величина, характеризующая термодинамическую систему и количественно выражающая интуитивное понятие о различной степени нагретости тел.

Давле́ние — физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности.
Как видно из определений, это совершенно разные понятия, которые друг на друга никак влиять не могут. Чтобы появилась термодинамическая система, необходим еще один параметр – объем. Тогда мы можем получить адиабатные, изохорические, изотермические и прочие процессы. И только тогда появляется смысл сделать из этой системы… двигатель внутреннего сгорания или любой другой, основанный на термодинамических циклах. Да только быстрый двигатель у нас уже есть (ох уж эта мечта гонщика…), нам нужны быстрые шины. В общем не можем мы путем изменения давления резко поднять или снизить температуру шины. На прямой нагрев шин влияют совершенно другие факторы. Давление в шинах может быть только одной из составляющих, которая действует на другие составляющие. Давайте их искать.

Так на что же влияет тогда давление в пневматических шинах?

Оно в первую очередь влияет на два параметра:

1. Жесткость шины. Чем выше давление, тем жестче становится сама шина. Чем жестче шина, тем меньше она деформируется под одной и той же нагрузкой.
2. Форма шины. Шина эластичная, сделана из каркаса и резины. Чем больше давление, тем больше шина расширяется. Меняется профиль как в боковинах, так и в пятне контакта.

Вот именно здесь и стоит искать причину разного нагрева шин при разном давлении.

За счет чего же греется шина?

По законам физики можем предположить, что кинетическая энергия превращается в тепловую. В первую очередь шина греется за счет внутренних деформаций. Шина эластичная и при движении автомобиля по прямой шина создает сопротивление качению, которое приводит к деформации шины, её нагреву и замедлению движения автомобиля. При движении по прямой шина выделяет теплоту. То есть чем меньше давление в шине, тем больше сопротивление качению, тем больше шина выделяет тепла.

То есть одну закономерность мы уже нашли – Чем меньше давление в шине, тем больше шина генерирует тепла при движении автомобиля по прямой.

Но по большому счету в гонках на прямой шины скорее остывают, чем нагреваются, ибо рабочая температура гоночной шины 80-100°С, а температура дороги и воздуха редко превышает 50°С. Ввиду этого вряд ли можно прогреть гоночную шину благодаря деформации шины от сопротивления качению даже до рабочей температуры спуская давление, если только конечно не спустить её совсем в нуль.

Но, возможно, уменьшить её остывание на прямой и можно. Идем дальше. Где же у нас происходит основное тепловыделение? Конечно же в повороте!

Красивая картинка, не правда ли? Внутренняя деформация шины в повороте приводит к сумасшедшему выделению тепла. И казалось бы одной этой картинки было бы достаточно, чтобы сделать однозначный вывод – чем меньше давление в шине, тем больше деформируется шина, тем больше она греется!

Но не все так просто. Не забываем, на фото картинговая шина. А именно в первую очередь наша Российская картинговая общественность считает, что чем выше давление в шине, тем больше шина греется. Не торопитесь, сейчас всё объясню, ну или почти всё…

Деформирует шину в повороте уже не только сопротивление качению, но и «боковая нагрузка». А если машина еще и тормозит или разгоняется, то и «продольные силы». А и «боковая» и «продольная» нагрузка создается пятном контакта шин с дорогой. Ключевым звеном в данном случае является не давление в шине, а сила сцепления шины с дорогой.

Именно сила сцепления шины с дорогой приводит к появлению деформации шины и внутреннему тепловыделению. Чем больше сила сцепления шины с дорогой, тем больше тепловыделение, при прочих равных.

Так как можно улучшить силу сцепления шин, чтобы увеличить нагрев шины? Почему именно увеличить нагрев шины, а не уменьшить? Да потому что мы живем в России и пишу я для наших гонщиков и инженеров.

А в России картинговые шины страдают в первую очередь именно от недогрева, а не от перегрева. Второй пункт в начале статьи нам в помощь.

Давление в шине влияет на профиль пятна контакта. А чем больше пятно контакта, тем больше сила сцепления шины. У каждой шины есть оптимальное давление, при котором у шины максимальная площадь пятна контакта. Вот и казалось бы нашелся простой ответ на все вопросы. Но если бы все было так просто, наверно не было бы столько проблем с поиском давляка на соревнованиях.

Все бы ставили одинаковое давление и ехали бы одинаково… Но жизнь оказывается не так проста и ответы на вопросы на так однозначны. Иногда для достижения результата в экстремальных условиях Ростовского картодрома рабочее давление в шинах поднимают в два раза до 1.6 атм. при обычном 0.8 атм. и это дает результат. Значит есть и другие факторы, которые влияют на прогрев шин? А может максимальная площадь пятна контакта не дает максимальную силу сцепления? А может от площади пятна контакта сила сцепления шины вообще не зависит? Продолжим поиски ответов на все эти вопросы в следующих статьях.