Empresa de turismos con ruedas Protos, Alemania. Foto Strangernn.livejournal.com
La apariencia general de una rueda de automóvil con un disco central y una llanta llena de aire se ha formado durante mucho tiempo y ha demostrado su eficacia. Sin embargo, se hacen intentos regulares para reestructurar radicalmente dicha estructura a fin de aumentar sus características técnicas o económicas. La llamada. Neumático sin aire con elementos elásticos y sin gas comprimido.
Larga historia
Las primeras opciones para neumáticos sin aire aparecieron casi a principios del siglo pasado. A menudo, la razón de la aparición de tales proyectos fue la escasez de materiales. Los diseñadores intentaron reemplazar el caucho costoso y difícil de alcanzar con madera o metal más rentable. Hasta la fecha, el problema de déficit se ha resuelto y los nuevos proyectos se asocian solo con el deseo de mejorar el rendimiento del chasis.
Los diseños anteriores de neumáticos sin aire a menudo ofrecían un disco de metal y una llanta exterior con una banda de rodadura, conectados por un conjunto de resortes de varias formas y configuraciones. En diferentes momentos, se utilizaron resortes cilíndricos u hojas. Tales diseños generalmente resolvieron las tareas, pero resultaron ser demasiado complicados e inconvenientes para operar. Como resultado, no entraron en una serie grande y no recibieron una distribución amplia.
Construcción combinada de metal y madera de la rueda de J. Martin, EE. UU. 30s. Foto Strangernn.livejournal.com
El éxito relativo llegó a los neumáticos sin aire solo con el desarrollo de programas espaciales. Resultó que los rovers planetarios del tipo soviético Lunokhod o estadounidense LRV deberían estar equipados con ruedas sin cámaras y aire. Entonces, el producto LRV del sistema Apollo recibió un neumático elástico de una malla metálica con una banda de rodadura remachada. Este diseño era liviano, amortiguaba los impactos, no requería mantenimiento y se caracterizaba por su alta capacidad de supervivencia.
Parte del diseño de neumáticos sin aire en varias etapas atrajo la atención de los militares e incluso llegó al campo de pruebas. En los últimos años, se ha observado nuevamente el interés en tales desarrollos, y esto no se trata solo de proyectos para los ejércitos. Los principales fabricantes de neumáticos ven el diseño sin aire como una alternativa real a las ruedas tradicionales.
Rover lunar Apollo LRV con ruedas de malla metálica. Fotos de la NASA
Sin embargo, hasta ahora ninguno de los modelos conocidos ha alcanzado la producción y operación en masa en el ámbito militar o civil. Las revoluciones en el campo de las marchas están obstaculizadas por factores objetivos.
Diseños modernos
Considere algunos de los diseños modernos de neumáticos sin aire creados en las últimas décadas. Entonces, en el pasado, el proyecto Airless: Resilient NPT de Resilient Technologies ganó gran popularidad. Se ha desarrollado desde 2002 y alcanzó pruebas a fines de la década. Utilizando materiales poliméricos modernos, inaccesibles en el pasado distante, los ingenieros estadounidenses pudieron crear un diseño muy interesante.
El neumático Airless: Resilient NPT es un diseño unificado que incluye un disco de montaje central, una llanta externa con una banda de rodadura y un marco especial entre ellos. Este último está hecho en forma de una estructura reticular de hexágonos irregulares y trapecios. El peso del automóvil se distribuye entre una llanta y una rejilla relativamente rígidas. Al mismo tiempo, la elasticidad de la estructura permite absorber los golpes.
Neumático sin aire: NPT resistente en un HMMWV al chocar con un obstáculo. Marco de video de demostración
Durante las pruebas, fue posible demostrar que el neumático Airless: Resilient NPT es comparable a la amortización neumática tradicional. No teme a los pinchazos y puede usarse si el 30% de los elementos del marco están dañados. También recibió una pequeña ganancia en masa. Sin embargo, el producto era bastante difícil de fabricar, requería materiales especiales y tenía otras desventajas. Como resultado, los neumáticos de Resilient Technologies todavía no se han incluido en el ejército.
En 2005, Michelin introdujo el concepto de neumático Tweel (Tire + Wheel). En este diseño, el disco central y la llanta externa están conectados mediante "radios" en forma de V que se extienden por todo el ancho del neumático. El desarrollador habló sobre reducir el peso en comparación con los productos tradicionales, aumentar el recurso, etc.
Después de las pruebas y el refinamiento, se desarrolló el neumático Tweel. Han aparecido modificaciones de este producto a la tecnología de diferentes clases. En 2012, comenzó el suministro de dichos neumáticos destinados a la construcción y maquinaria agrícola. En el futuro, aparecieron nuevos modelos de tales productos con una configuración diferente de elementos elásticos.
Michelin Tweel. Foto Michelinmedia.com
Bridgestone tiene su propia variante de neumáticos sin aire. Ella propone conectar el disco y el borde con "agujas de tejer" curvas dispuestas en forma transversal. Dicha depreciación permitió aumentar la elasticidad manteniendo otras características. Sin embargo, las muestras terminadas tenían una capacidad de carga limitada, lo que redujo el alcance.
Se conocen otros tipos de neumáticos sin aire de diversos tipos, que han alcanzado la prueba o incluso la producción. La búsqueda de nuevas soluciones continúa. Los diseñadores prueban diferentes materiales, configuraciones de elementos elásticos, etc. Sin embargo, solo hay éxitos limitados.
Pros y contras
Un neumático sin aire con elementos elásticos integrados ofrece varias ventajas importantes sobre una rueda neumática tradicional. Son ellos los que causan el mayor interés en tales estructuras, observado hasta ahora.
Tweel al golpear un obstáculo. Foto Michelin / michelinmedia.com
La principal ventaja es la mayor capacidad de supervivencia. El neumático sin aire no tiene cámara de aire y no teme los pinchazos. Tampoco le temen a los impactos laterales. Dependiendo de la arquitectura, la operatividad se mantiene incluso con daños severos a la estructura de soporte. No hay necesidad de bombeo y monitoreo de presión, lo que simplifica la operación. Existe la posibilidad de rechazar un disco de rueda grande y relativamente pesado. Como resultado, el conjunto completo de la rueda es más ligero, lo que reduce la masa no suspendida.
Sin embargo, hay una serie de problemas debido a que tales neumáticos no están muy extendidos. En primer lugar, esto es una mayor demanda de materiales. Requiere caucho o polímero con suficiente elasticidad, alta rigidez y resistencia a diversas cargas. También hay altos requisitos para la absorción de energía mecánica y su conversión en calor, seguido de dispersión.
Todo esto complica y aumenta el costo de producción. Además, la mayoría de los neumáticos tienen un límite de velocidad, generalmente no más de 70-80 km / h. Una mayor aceleración aumenta el estrés mecánico y también conduce a un sobrecalentamiento inaceptable.
Una muestra posterior, Michelin Uptis con una configuración diferente de "radios" elásticos. Foto Michelin / michelinmedia.com
A diferencia de los neumáticos, los neumáticos sin aire tienen una rigidez constante y las ruedas deben cambiarse para cambiarlos. Al mismo tiempo, la entrada de suciedad en la estructura a través de las paredes laterales abiertas puede afectar negativamente la rigidez y otras características. Las construcciones neumáticas desde estos puntos de vista son mucho más rentables.
Como resultado, los neumáticos sin aire hasta ahora encuentran aplicación principalmente en el campo de la ingeniería ligera con velocidades y cargas limitadas. Se colocan en carritos de golf, algunos buggies, equipos de construcción compactos, etc. También se ha lanzado la producción de neumáticos para bicicletas, scooters y otros productos ligeros. La provisión de muestras más grandes todavía está en cuestión.
Curiosidad prometedora
Una combinación específica de características técnicas, operativas y económicas, así como una serie de restricciones significativas, aún no permiten que los neumáticos sin aire entren en un amplio mercado y compitan seriamente con los diseños tradicionales. Como resultado, el mercado de neumáticos no cambia, aunque diferentes compañías presentan regularmente diversos productos "prometedores".
Rueda con neumático Bridgestone. Foto bridgestonetire.com
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que algunos productos del diseño original todavía ingresaron al mercado e incluso encontraron a sus clientes. Se observan éxitos en varios nichos bastante estrechos, mientras que la conquista de los principales sectores del mercado es imposible. No hay requisitos previos objetivos para cambiar esta situación.
Por lo tanto, una variedad de opciones para neumáticos sin aire con elementos elásticos integrados en general conservan el estado de una curiosa solución a un problema técnico importante, sin perspectivas particulares en el contexto de la aplicación real.
Por otro lado, tales proyectos pueden tener resultados positivos que no están relacionados con el uso directo de productos terminados. El desarrollo de estos neumáticos está siendo llevado a cabo por líderes reconocidos de la industria con una buena base científica y técnica. Durante el desarrollo de neumáticos sin aire, se pueden crear nuevos materiales, tecnologías y diseños. Y pueden encontrar aplicación en el desarrollo y la mejora de neumáticos tradicionales que tienen perspectivas prácticas y comerciales reales.