特種車輛輪胎的發展概況

蔡 慶，熊 偉，韓成勇，李文東，李福軍，闕元元，趙 敏

（北京橡膠工業研究設計院有限公司，北京 100143）

輪胎對特種車輛的越野機動性能具有決定性的影響[1]，無論車輛其他系統或總成性能如何，汽車的越野機動性能最終還是取決于輪胎與地面之間是否具有足夠的附著力，能否提供車輛行駛的足夠的牽引力。此外，特種車輛輪胎還應具備優異的環境適應性和安全性能。各國都十分重視特種車輛輪胎的技術研發及其應用。

本文概述特種車輛輪胎的使用特點，重點介紹國外特種車輛輪胎的發展概況，并對我國特種車輛輪胎的發展提出建議。

1 特種車輛輪胎的使用特點

隨著對特殊用途車輛的實戰性、機動性及快速反應能力等方面的要求越來越高，用戶對特種車輛輪胎在各種極限條件下的使用性能也提出極為嚴苛的要求，主要包括以下方面。

（1）高耐磨性能和抗刺扎性能。各種路況下，確保輪胎使用壽命，不發生早期損壞。

（2）承載能力強。輪胎負荷能力強，可承載更多人員或武器。

（3）越野機動性強。采用寬斷面、大直徑、降低接地壓力等設計，盡量提高車輛的越野通過能力[2]。

（4）速度級別高。輪胎最高速度在100 km·h-1以上，有利于快速機動反應。

（5）可調氣壓性（超低壓使用性）。根據路面特性，利用“中央充放氣系統”隨時調整充氣壓力，以提高車輛的通過性[3]。

（6）泄氣可行駛性。輪胎失壓后，在降低行駛速度的情況下，至少可行駛48 km[4]，確保車輛能夠避開攻擊。

（7）輕量化。在不影響輪胎使用性能的前提下，盡量減小輪胎質量，從而降低能耗，并提高車輛的可轉運性。

（8）環境適應性。輪胎能夠耐全天候環境，包括高原環境以及極寒極熱環境（－40～50 ℃）。

2 國外特種車輛輪胎發展概況

2.1 標準體系

國外特別是美國的特種車輛輪胎有一套比較完善的輪胎設計、試驗和使用標準體系，如《美國輪胎輪輞協會（TRA）軍用標準》，是由TRA下設的軍用輪胎和輪輞分技術委員會制定，包括軍用地面車輛輪胎、輪輞及相關部件的全部軍用標準；美國機動車工程師學會（SAE）J 2014《軍用戰術輪式車輛用充氣輪胎》對軍用戰術輪式車輛輪胎的具體要求包括設計制造要求、物理性能要求、通用試驗方法檢測內容、專項試驗內容等6個方面共計24項指標，其中專項試驗內容包括輪胎牽引力試驗、輪胎脫圈試驗、輪胎機械可靠性試驗、駕駛操縱穩定性試驗、輪胎胎面耐磨性能等8項，以裝車道路試驗方式為主，后又對內支撐充氣輪胎的泄氣可行駛性進行了規定。還有SAE J 2013《軍用輪胎術語》和《輪胎管理員手冊》。這些指標要求共同構成了美軍戰術輪式車輛輪胎完整的標準體系。

2.2 綜合概況

發達國家特別是歐洲國家和美國的特種車輛，為了適應戰爭需要，提高作戰能力，適應各種復雜路面情況，基本已經全部配用了子午線輪胎，子午線輪胎越野綜合性能比斜交輪胎更優異，并陸續開發出各種高性能防彈型子午線輪胎。特種車輛輪胎規格的發展逐步公制化，且采用無內胎技術的比例較高，以利于實現輪胎內壓可調性，且易于應用輪胎泄氣可行駛技術。

美國特種車輛輪胎不斷向寬斷面、大直徑、扁平化以及無內胎化方向發展[5]，現已有275/70R22.5，325/85R16，335/80R20，365/80R20，365/85R20，395/85R20，385/65R22.5，445/65R22.5，12.00R20，14.00R20和16.00R20等規格。這些輪胎強調綜合性能，能夠滿足裝備高速、耐久的使用要求，既具有良好的鋪裝路面行駛能力，又有較強的越野能力，滿足多種地面地形的通行要求，在很大程度上提高了裝備的作戰能力。

為提高車輛通過松軟地面或跨越障礙物的能力，大多數國外特種戰術車輛都配備了輪胎中央充放氣系統（CTIS），便于根據情況實時調整輪胎內壓，增大輪胎接地面積，獲得更好的通過性，如俄羅斯裝配在KAMAZ車上的425/85R21輪胎，通過調壓可以使輪胎接地面積增大到2.5倍。因此，要求配備的輪胎也具有與中央充放氣系統相匹配的調壓適應能力，特別是輪胎在超低壓條件下變形顯著增大時不易損壞。

結合特種車輛輪胎的使用特點，泄氣可行駛技術在輪胎被子彈擊穿或嚴重受損時有利于車輛迅速逃脫，避開攻擊，從而顯著提升了車輛的戰場生存能力。各國日益認識到輪胎泄氣可行駛技術對于特種車輛的重大意義，重視程度越來越高，并競相發展該技術。配備泄氣可行駛技術的輪胎就是缺氣保用輪胎，又稱安全輪胎。

2.3 安全輪胎的發展

安全輪胎按照結構形式可以劃分為內腔型、自封型、自支撐型、輔助支撐（內支撐）型和非充氣型，如圖1所示。內腔型、自封型以及自支撐型安全輪胎可解決輕度的輪胎刺穿或破損問題，但無法解決輪胎嚴重破損問題，不太適用于特殊用途的車輛[6]。對于特種車輛輪胎而言，內支撐型安全輪胎支撐體承載能力較強，在輪胎嚴重破損的情況下可以臨時使用，且對外胎正常使用性能影響較小，是當前特種車輛裝備輪胎的主流。至于非充氣型安全輪胎，雖然安全性能突出，但總體尚處于探索階段[7-8]。

2.3.1 內支撐型安全輪胎

內支撐型安全輪胎斷面基本結構如圖1（d）所示，通常由輪胎、內支撐體和輪輞3部分共同組成泄氣可行駛輪胎系統。在安裝輪胎時將特制的內支撐體安置在輪輞上，輪胎充氣壓力正常時支撐體與輪胎脫離，輪胎的各項使用性能與普通常規輪胎一致，不受支撐體影響；當輪胎充氣壓力下降或漏氣時，在接地處輪胎冠部與支撐體接觸，支撐體開始支撐車輛質量，車輛能夠繼續維持良好的機動性能。

圖1 安全輪胎的結構形式

內支撐型安全輪胎的內支撐體材料主要包括軟/硬橡膠、金屬和復合高分子材料等；結構形式主要有整體式內支撐體、分體式內支撐體和分體式內支撐體＋導軌[9]；發展趨勢為支撐體輕量化、泄氣后負載量更大、速度更高、摩擦生熱更小、泄氣行駛里程更長。

內支撐型安全輪胎最典型的代表是米其林PAX輪胎，但其主要應用于民用市場。美國哈其遜公司從1926年開始為軍事和安全車輛提供缺氣保用輪胎內支撐系統，是缺氣可行駛輪胎制造的領先者，所生產的缺氣可行駛輪胎在美國及歐洲各國的特種車輛上應用最為廣泛。哈其遜公司的TACTICAL系列內支撐體系統（見圖2）包含了多氣室橡膠支撐體（VPPV）、多功能支撐體（VFI）和防地雷多功能支撐體（Countermine VFI）等多個產品，能夠保障軍事車輛在全地形和作戰條件下的機動性與安全性。

圖2 哈其遜公司TACTICAL系列內支撐體組成

哈其遜公司近些年發布的另一類缺氣輔助內支撐系統則采用復合高分子材料制造（見圖3），其質量比橡膠材質減小了約20%，能夠耐受一定程度的爆炸沖擊和應對惡劣路面，特別適合裝甲防暴車輛。該支撐系統由輔助滑軌和支撐體兩個部分組成，共同套裝在輪輞中間。支撐體被設計成兩段或三段，搭接部位采用銷釘和螺母固定，對輪輞和輪胎沒有特殊要求（見圖4）。

圖3 哈其遜公司復合高分子材料內支撐體

圖4 哈其遜公司復合高分子材料支撐體設計形式和組裝

2.3.2 非充氣型安全輪胎

非充氣型安全輪胎是近年來特種車輛輪胎發展的又一亮點。這類輪胎目前還沒有十分明確的定義，一般認為不用充氣并且能滿足車輛使用要求的安全車輪[10]。早期的非充氣輪胎主要是實心輪胎，如在輪胎內部填充橡膠海綿體或高彈性聚氨酯等填充物的實心輪胎，其優點主要是承載能力強、抗刺扎；缺點是自身質量大、生熱大、行駛速度低。目前，澆注式聚氨酯實心輪胎仍較廣泛地應用于炮車和輪式裝甲車上[11]。

新型非充氣輪胎誕生于2005年，為米其林公司發布的新型TWEEL概念輪胎[見圖1（e）]，即把輪胎和輪輞結合成一體，在沒有充氣的情況下可以擁有普通充氣輪胎的主要功能，為輪胎經濟性、環保性、安全性和行駛平順性建立了新標準[12-15]。固特異公司于2009年與美國國家航空航天局（NASA）發布了共同開發的新型非充氣輪胎——彈簧輪胎[16]（見圖5）。這種彈簧輪胎由金屬絲盤繞網結而成，不需要充氣，能夠在環境溫度極端惡劣的外太空使用，是需要進入條件極苛刻地區的越野車輛的更安全選擇。北極星工業公司在2012年發布了蜂窩結構支撐的全地形新型非充氣輪胎（見圖6），經過測試驗證，為北極星全地形車輛WV850配套的新型非充氣輪胎可以在受到12.7 mm（0.5英寸）口徑的子彈射擊后持續行駛560 km的距離，也可以在蜂窩網毀壞程度達30%的情況下依舊繼續使用，力學性能指標優于普通充氣輪胎[7]。彈性技術有限責任公司的悍馬專用新型非充氣輪胎也采用了蜂巢式輻條結構設計（見圖7），在輪胎蜂巢式輻條結構損壞程度達10%的情況下，車輛可以120 km·h-1的速度持續行駛100 km，與當前悍馬的缺氣保用輪胎負荷能力相當，但質量更小。

圖5 彈簧輪胎

圖6 北極星工業公司的新型非充氣全地形輪胎及車輛

圖7 悍馬專用新型非充氣輪胎及車輛

具有現代意義的新型非充氣輪胎在經濟性、環保性、安全性和行駛平順性等方面接近或優于普通充氣輪胎和實心輪胎，其性能特點符合社會發展的主題，必將對未來特種車輛輪胎的設計和制造技術發展產生影響。

3 我國特種車輛輪胎發展的建議

近20年來，我國輪胎行業發展迅速，已成為世界最大的輪胎生產國和出口國，隨著特種車輛的不斷發展，對配套輪胎高速性能、越野機動性能、安全性能、可靠性和戰場生存性的要求越來越高。對特種車輛輪胎技術的提升或先進技術的預研儲備也應當得到更多重視，特此提出以下幾點建議。

3.1 標準建設

在特種車輛輪胎標準方面，美國擁有一套比較現代化且內容完善的標準體系，輪胎規格的選取、設計都可依據標準執行，為美軍整車制造公司、輪胎生產企業及研發設計人員等提供統一的指導規范，發揮了十分重要的作用。

我國特種車輛輪胎相關的設計標準應根據國防現代化建設的發展情況不斷修訂和完善，擴充子午線輪胎規格、增加試驗方法檢測內容，結合室內試驗和道路試驗考核制定相關標準，使得標準為指導和規范研發設計人員及相關企業起到應有的作用，促進高性能輪胎在特殊用途車輛上的配套和應用。

3.2 技術提升

隨著車輛技術發展，車輛高速、電驅動、全地域使用、安全防彈等特點要求配套輪胎具有更高的性能。

特種車輛輪胎使用條件苛刻，要求輪胎的負荷能力突出，并滿足高速行駛要求。在非鋪裝路面行駛時，要求輪胎同時具備抗刺扎性能和優異的安全性能，即使出現爆胎等嚴重損壞還能以一定的速度及時脫離困境，提高戰場生存能力。面對上述諸多要求，應大力加快特種車輛輪胎的技術創新和試驗工作。

3.2.1 加快子午化進程

子午線輪胎與斜交輪胎相比優勢明顯，表現在高速性能、耐磨性能、滾動阻力等諸多方面。我國輪胎行業也在不斷推進輪胎子午化率，“十三五”期間我國輪胎子午化率已達到94.5%，并將繼續增長。從發展方向看，應不斷提高特種車輛輪胎子午化率。

3.2.2 輕量化高性能輪胎研制

在保持輪胎性能的前提下盡量減小輪胎和支撐體的質量、降低輪胎的滾動阻力，有利于車輛高速行駛并提高行駛里程，在一些特殊情況下還提高了轉運和可空投性，擴大了作戰半徑。因此，不斷采用新材料、新技術研究特種車輛輪胎輕量化具有十分重要的實用性及戰略意義。

3.2.3 電驅動車輛配套輪胎研制

電驅動車輛是未來發展的方向，輪邊驅動、輪轂驅動等新的底盤形式要求研制新型電驅動車輛用輪胎。電驅動車輛一般要求輪胎具有寬斷面、輕量化、大負荷、節電以及高耐磨性能等綜合特點，比傳統輪胎的技術要求更高。輪胎規格需要根據車輛底盤空間和負荷需求綜合考慮后從標準中選定或者新制定。

3.2.4 非充氣輪胎研制

非充氣輪胎的設計理念、生產工藝、產品維護等均與當前普遍應用的充氣輪胎完全不同。因其可避免充氣輪胎爆胎的情況，將極大地提高車輛行駛的安全性和可靠性。對于非充氣特種輪胎技術的研究應不斷推進。

4 結語

特種車輛輪胎使用條件苛刻，與國外先進技術相比，我國特種車輛輪胎的發展起步較晚，但發展很快。面對新形勢，當前我國實施的科技強軍重大戰略提出依靠科技進步提高戰斗力，在“科技興軍”“全面提高國防和軍隊現代化水平”等戰略思想的指導下，加快開展特種車輛輪胎的標準建設，高屋建瓴地做好頂層設計，對特種車輛輪胎的技術發展將起到非常關鍵的作用。

特種車輛輪胎發展的趨勢為子午化、無內胎化、輕量化、優異的綜合使用性能以及安全性，應積極開展相應研究，自主研發出具有高可靠性以及高性能的特種車輛輪胎，對提高特種車輛戰場生存能力并更好地適應未來戰場環境具有十分重要的意義。