Los neumocaptadores son una exótica y controvertida tecnología.
Semioruga NAMI S-4 con suspensión neumática
Dificultades de alta capacidad de campo a través
Lograr que un automóvil se desenvuelva bien fuera de la carretera es una tarea sumamente compleja. Muchos han abordado este problema en diversos lugares, pero aún no se ha encontrado una solución universal. La mejor solución, al parecer, son las autopistas, que eliminan por completo el concepto de conducción todoterreno. En un futuro lejano y prometedor, seguramente aparecerán carreteras pavimentadas en los rincones más remotos del planeta, pero por ahora, debemos conformarnos con vehículos de alto rendimiento.
historia El desarrollo de vehículos todoterreno está repleto de proyectos inusuales e incluso extravagantes, como la propulsión neumática sobre orugas. En la Unión Soviética, el instituto NAMI fue responsable de este campo, así como de muchos otros desarrollos sorprendentes. En las primeras décadas de la posguerra, la ingeniería nacional rebosaba de soluciones técnicas. Los diseñadores buscaban una solución universal, asequible y fiable para afrontar las condiciones todoterreno típicas de Rusia. Aerodeslizadores, vehículos articulados sobre orugas, vehículos todo terreno y mucho más.
Si imaginamos el problema de aumentar la capacidad todoterreno mejorando el sistema de propulsión, se puede simplificar como un intento de reducir la presión específica sobre el suelo. Esto se puede lograr de varias maneras. La más radical es un aerodeslizador. La presión sobre el suelo es mínima, pero las dificultades de implementación son simplemente asombrosas. Otra opción es aumentar el tamaño de las ruedas, reducir la presión interna y aumentar el número total de ruedas. Esto funciona bien, pero requiere un aumento significativo en la complejidad de la transmisión y, por lo tanto, en el costo. Aumentar el ancho de las ruedas se considera menos costoso.
Un vehículo experimental típico de NAMI con ruedas arqueadas.
NAMI desarrolló en su momento una serie completa de vehículos experimentales con neumáticos anchos y arqueados, y rodillos neumáticos. Pocas de estas soluciones resultaron viables en la práctica. En el extranjero, se realizaron experimentos con enormes cilindros de aire de tres metros de longitud en lugar de ruedas. Un artículo de NAMI incluye una reseña al respecto.
Los vehículos equipados con estos cilindros, probados en arena, pantanos y nieve virgen, demostraron un buen desempeño todoterreno gracias a la menor presión sobre el terreno. Sin embargo, incluso con una alta potencia del motor, la capacidad de carga útil de estos vehículos es extremadamente baja debido a su elevado peso en vacío, las importantes pérdidas de potencia del motor para superar la resistencia inercial de los cilindros, las pérdidas por histéresis y otros factores. Además, el uso de estos cilindros plantea diversos desafíos de diseño.
En definitiva, todo se reduce a que el sistema de orugas, antiguo y probado, se considera el más adecuado para la conducción todoterreno. Hacemos hincapié en que no es el mejor, sino simplemente aceptable. Las orugas presentan numerosos inconvenientes: dañan irreversiblemente el suelo en latitudes septentrionales, generan un ruido ensordecedor en la carretera, son bastante pesadas, tienen una vida útil limitada y son propensas a resbalar durante maniobras bruscas. Además, las orugas metálicas provocan un movimiento irregular, lo que genera cargas dinámicas en la transmisión y el propio sistema de tracción.
Los ingenieros idearon multitud de soluciones para compensar las deficiencias de las orugas. Entre ellas se incluían orugas de eslabones, orugas de cinta de goma y orugas con bisagras de goma y metal. A mediados de la década de 60, los ingenieros rusos decidieron probar otra solución: una oruga neumática. En pocas palabras, se trata de una oruga que se puede perforar con un punzón.
Al principio de su trayectoria, el "Tadpole" estuvo a punto de adquirir orugas inflables. En la imagen se muestra un NAMI S-4.
En teoría, las orugas neumáticas o inflables ofrecen todas las ventajas. Este tipo de sistema de transmisión es relativamente sencillo de fabricar y amortigua perfectamente las vibraciones de los rodillos del tren de rodaje. Gracias a la elasticidad de la oruga neumática, la superficie de contacto con el suelo es ligeramente mayor que la de una oruga de acero tradicional. Cuando un vehículo con orugas neumáticas circula por terrenos irregulares, la suspensión de rodillos resulta prácticamente ineficaz. Esto se debe al efecto amortiguador de la oruga inflada con aire. Los desarrolladores de NAMI afirmaron que las orugas neumáticas tienen una vida útil más larga que sus homólogas de acero. Además, un vehículo con orugas inflables requiere menos rodillos. (Extraído de un artículo científico sobre el tema).
Si, por ejemplo, se requiere una disposición de rodillos de cuatro filas para una vía ancha de cinta de caucho con el fin de garantizar una presión uniforme sobre el suelo y eliminar deformaciones significativas por flexión del perfil, entonces se puede utilizar una disposición de dos filas para una vía neumática.
Las ventajas de las orugas neumáticas no terminan ahí. Ofrecen mayor capacidad de carga, mejor tracción en barro y nieve, un manejo más suave de la vegetación, un peso relativamente menor y mayor comodidad para los pasajeros gracias a una marcha más fluida. Sin embargo, las orugas neumáticas presentaban dos inconvenientes importantes: el riesgo de pinchazos y la sensibilidad a las bajas temperaturas. Ni hace 50 años ni hoy se ha inventado un caucho que sea a la vez flexible y resistente a las heladas.
Fabricado en metal y caucho.
El primer prototipo nacional de un vehículo con orugas neumáticas fue el NAMI S-3, un vehículo todoterreno construido en 1962 sobre la base del SUV Moskvich-415 con tracción integral. La parte delantera del vehículo se mantuvo estándar, conservando el eje motriz delantero y las ruedas con neumáticos convencionales. Sin embargo, la parte trasera fue rediseñada radicalmente: se eliminaron las ruedas y el eje estándar y se instalaron dos orugas neumáticas en su lugar.
Cada unidad motriz constaba de un bogie equilibrado con tres pares de ruedas dobles, una rueda dentada motriz delantera y una correa neumática de una sola capa; esencialmente, una enorme vejiga de goma reforzada extendida sobre los rodillos como una correa sin fin. La correa estaba hecha de cordón de goma, una construcción multicapa en la que un cordón de hilos textiles o metálicos proporcionaba resistencia, mientras que las capas de goma proporcionaban sellado y elasticidad.
Las pruebas se llevaron a cabo en el campo de pruebas NAMI, cerca de Moscú, donde el vehículo demostró un rendimiento fiable en suelos arenosos, prados pantanosos y arcilla empapada. El Ministerio de Defensa de la URSS mostró interés en el desarrollo, pero no se realizó ningún pedido para su producción en masa: el vehículo era demasiado experimental y la vida útil de las correas neumáticas dejaba mucho que desear.
NAMI S-3
En 1965 se lanzó una versión modernizada, el NAMI S-3M. Estaba basado en el GAZ-69, más potente y capaz, conocido como el "cabra". Este vehículo conservaba el eje delantero, pero estaba equipado con neumáticos todoterreno más anchos para mejorar el equilibrio entre las unidades de tracción delantera y trasera. El chasis trasero incorporaba orugas neumáticas reforzadas con cordón de goma, ruedas de carretera de menor diámetro y tambores de tracción delanteros.
El diseño parecía prometedor: el vehículo se desempeñó admirablemente en caminos de tierra y fuera de la carretera. Sin embargo, durante las pruebas en carretera, surgió un grave defecto. El vehículo todoterreno era estable a velocidades de hasta 40 km/h, aceptable para convoyes militares. No obstante, a velocidades superiores, surgieron problemas: el vehículo comenzó a balancearse de lado a lado, se produjo un efecto de vaivén y las bandas de goma sobrecalentadas perdieron su elasticidad y se desprendieron de los rodillos. Desde la perspectiva militar, este era un defecto inaceptable: los vehículos de combate deben ser fiables en cualquier condición de conducción. El proyecto quedó nuevamente en la etapa de prototipo.
NAMI S-3M
Paralelamente al S-3M, NAMI desarrolló el S-4 en 1965, basado en el camión UAZ-451D, un camión de plataforma plana del tamaño de un renacuajo con tracción 4x4. Este vehículo contaba con orugas de 360 mm de ancho y 90 mm de alto, con un diámetro interno de 1500 mm. Estas se extendían sobre una unidad motriz montada en los patines del eje trasero. Los rodillos exteriores tenían dientes para la transmisión de par, mientras que los centrales eran lisos. Se colocaron llantas de goma extraíbles en los rodillos de acero para reducir el ruido y aumentar la durabilidad de la correa neumática. Posteriormente, el diseño se mejoró: para una mejor estabilización de la oruga, se añadieron guías de acero al contorno de la misma, evitando el movimiento lateral. Al igual que los demás prototipos, el S-4 era una unidad única y no llegó a producirse en serie.
NAMI-0106
La instalación de una oruga neumática en un chasis de automóvil estándar reveló un problema fundamental: la transmisión y el sistema de refrigeración de producción no estaban diseñados para soportar las mayores cargas de una oruga, y el diseño de media oruga impedía que la oruga neumática aprovechara todo su potencial. Para superar estas limitaciones, en 1965, NAMI comenzó a desarrollar un prototipo completamente nuevo: el vehículo todoterreno articulado NAMI-0106.
El vehículo constaba de dos secciones: un tractor delantero y un remolque trasero activo, conectados por una bisagra Hooke de tres grados de libertad. Este diseño garantizaba una excelente maniobrabilidad: el radio de giro sobre nieve era de tan solo 5,5 metros. El casco metálico soldado estaba sellado, lo que, en teoría, permitía utilizar el vehículo en el agua.
El sistema de propulsión se ubicaba detrás de la sección delantera y consistía en un motor GAZ-21 Volga acoplado a un embrague UAZ y una caja de cambios de cuatro velocidades, junto con una caja de transferencia UAZ-452. El par motor se transmitía a través del eje de transmisión y la bisagra de acoplamiento a la transmisión final de la sección trasera, que accionaba las orugas neumáticas, las cuales estaban unificadas con la hélice S-3M. La dirección se realizaba mediante un accionamiento hidráulico de la bisagra de acoplamiento; se utilizó un cilindro hidráulico de un camión Ural-375. Al operar el tractor sin remolque, la dirección se realizaba mediante frenos integrados con mecanismos multidisco de fricción seca, instalados en lugar de los manguitos del eje estándar.
Las pruebas del NAMI-0106 arrojaron resultados impresionantes. Con una modesta altura libre al suelo de tan solo 220 mm, el vehículo superó con soltura pendientes nevadas de hasta 25 grados, se desenvolvió con facilidad en nieve profunda y sorteó terrenos fangosos. En el verano de 1969, se realizaron pruebas únicas en un pantano de juncos en la región de Krasnodar, cerca del pueblo de Grigoryevskaya, en condiciones similares a las de la selva. El vehículo todoterreno se desenvolvió con seguridad entre los juncos gracias a la baja presión sobre el suelo que ejercían sus orugas neumáticas.
Sin embargo, las pruebas también revelaron problemas graves: en una presa de arcilla empapada, hasta tres kilogramos de lodo —una mezcla de limo y tierra negra— se adherían a las orugas, aumentando drásticamente la resistencia. La baja posición de los guardabarros contribuía a la acumulación de lodo, y la tracción por fricción perdía eficacia, ya que el lodo limoso actuaba como lubricante. Un problema clave era la insuficiente rigidez lateral de las orugas: durante giros bruscos y a altas velocidades, las orugas se salían de los rodillos, y al circular sobre suelo blando, se abombaban, atascando la superficie de apoyo.
NAMI-SZMU
Para abordar estos problemas, los desarrolladores, liderados por el Doctor en Ciencias de la Ingeniería V. M. Semenov, llevaron a cabo una investigación pionera sobre la sección transversal de la oruga. La forma trapezoidal adoptada inicialmente se consideró inadecuada. La solución más eficaz resultó ser la fabricación de orugas neumáticas compuestas por varias cámaras aisladas dispuestas en paralelo. Cada cámara contaba con su propia válvula, lo que permitía variar la presión y, por lo tanto, modificar la rigidez de la oruga a lo largo de su ancho de contacto. Por ejemplo, una menor presión en la cámara central y una mayor presión en las cámaras laterales mejoraban la tracción en terrenos blandos, y la velocidad máxima podía alcanzar los 80 km/h.
Este concepto sentó las bases para el desarrollo de una nueva generación de orugas neumáticas multicavidad: diseños de orugas articuladas en los que cada elemento neumático se implementaba como una oruga independiente, conectada a sus vecinas para formar una única cadena de orugas. Este es el diseño utilizado para la unidad de accionamiento de orugas neumáticas del prototipo NAMI-S3MU, construido en 1968 sobre el chasis GAZ-69M.
La vía neumática constaba de una carcasa de cordón de goma con una válvula, dos orejetas y dos pasadores metálicos vulcanizados en forma de ojales para la conexión con vías adyacentes. Las dimensiones de una sola vía eran: 80 mm de alto, 300 mm de ancho y 196 mm de largo. La tracción se transmitía mediante un acoplamiento tipo pasador a través de rodillos metálicos huecos ubicados entre dos filas de orejetas en un bogie de equilibrio.
La unidad de propulsión neumática de orugas NAMI-SZMU-018. Como podemos ver, queda poco aire.
Sorprendentemente, los desarrolladores también inventaron un mecanismo original de tensado de la oruga. El mecanismo de tornillo tradicional, tomado de las orugas de acero convencionales, resultaba engorroso durante las frecuentes instalaciones y desmontajes. Bajar el rodillo exterior requería elevar el vehículo a una altura considerable. El diseño en sí mismo ofrecía una solución: la alta elasticidad lateral de la oruga neumática, que había sido un inconveniente durante el movimiento, resultó ser una ventaja durante la instalación. El rodillo exterior ahora se plegaba lateralmente como una puerta, lo que permitía una fácil instalación y desmontaje de la oruga. Esta elegante solución de ingeniería eliminó para siempre las dificultades de mantenimiento de los diseñadores.
Principio del fin
El desarrollo de esta área alcanzó su punto álgido en la primera mitad de la década de 1970, cuando los especialistas de NAMI, junto con diseñadores de la planta automotriz de Gorki, comenzaron a crear unidades de propulsión neumática sobre orugas completamente desarrolladas para transportadores sobre orugas de producción en serie.
En virtud de un acuerdo comercial con GAZ, entre 1972 y 1973 se construyó un prototipo experimental con un chasis completamente nuevo, basado en la motonieve GAZ-71 de producción. Para este prototipo se desarrolló una oruga neumática sin bisagras, que utilizaba orugas neumáticas largas y flexibles que combinaban las ventajas de los diseños de una sola capa —rebobinado uniforme y silencioso— con una distribución uniforme de la presión sobre el suelo. Las orugas neumáticas se fabricaron en moldes NAMI en el Instituto de Investigación Científica, Diseño y Tecnología (NIKTI) de Omsk, perteneciente a la industria de los neumáticos.
En el proyecto participaron destacados especialistas del NAMI, como A. A. Glinka, V. V. Morozov, M. D. Nemtinov, V. M. Semenov, V. I. Solovyov y D. G. Yurushkin, así como científicos de la Universidad Técnica Estatal Bauman de Moscú y de la Fábrica de Neumáticos de Omsk. La oruga neumática fue instalada por el ingeniero jefe P. N. Tikhomirov y el diseñador principal N. G. Speransky, quien supervisó simultáneamente la instalación del mecanismo de dirección de variación continua que había desarrollado para el mismo prototipo. El trabajo se llevó a cabo en el marco de un plan temático integral, haciendo hincapié en su importancia para la defensa.
Las pruebas de aceptación se llevaron a cabo en la planta de automóviles de Gorki y arrojaron resultados positivos: el sistema de orugas neumáticas proporcionó una capacidad todoterreno significativamente mayor que las orugas de acero, sin causar prácticamente ningún daño a la vegetación ni a las capas superiores del suelo.
Sin embargo, el destino del programa quedó sellado por factores burocráticos y organizativos. La dirección de NAMI, especialmente su director, A. M. Khlebnikov, presionó activamente para impedir el desarrollo de orugas neumáticas, argumentando que eran incompatibles con el enfoque automotriz del instituto. Por orden de la Dirección de Diseño y Trabajo Experimental del Ministerio de la Industria Automotriz, todo el trabajo se transfirió de NAMI al Laboratorio de Investigación Industrial de Vehículos Todoterreno (IRLVM) del Instituto Politécnico de Gorki, anteriormente dirigido por S. V. Rukavishnikov. El líder del programa, V. M. Semenov, fue trasladado a otra división de NAMI. Incluso antes, V. V. Morozov y V. I. Solovyov se vieron obligados a dimitir, y D. G. Yurushkin aceptó un puesto directivo en el Ministerio de la Industria Automotriz.
Así concluyó un periodo de doce años de investigación sobre sistemas de tracción neumática en NAMI. Sin embargo, el tema no se abandonó por completo. Entre 1976 y 1978, el ONILVM desarrolló e investigó sistemas de tracción neumática para tractores con capacidades de tracción de 2 a 3 toneladas, y en 1980, el Departamento de Sistemas de Chasis del Instituto de Mecanización Agrícola de la Unión Soviética confirmó que dichos sistemas reducen la compactación del suelo. En 1991, el profesor asociado N. B. Veselov organizó la Oficina de Diseño Especializada para TTM, que posteriormente se convirtió en ZAO Transport. Entre 1991 y 2002, esta organización desarrolló aproximadamente treinta prototipos experimentales de vehículos de transporte y tecnológicos todoterreno con sistemas de tracción neumática.
¿Por qué una tecnología tan prometedora nunca se generalizó en la URSS? Las razones son complejas. En primer lugar, en las décadas de 1960 y 1970, no se disponía de materiales de cordón de caucho suficientemente duraderos y resistentes al desgaste: las correas neumáticas se desgastaban rápidamente, especialmente al trabajar en suelos rocosos y duros, y las reparaciones en el terreno eran difíciles.
En segundo lugar, los clientes militares, los principales usuarios potenciales, tenían exigencias estrictas en cuanto a fiabilidad y velocidad; los problemas de deslizamiento de las orugas a velocidades superiores a 40 km/h y en curvas cerradas eran críticos para los vehículos de combate. En tercer lugar, el sistema de planificación soviético, orientado a la producción en masa y la estandarización, se mostraba reacio a adoptar diseños fundamentalmente nuevos que requirieran la creación de una base de producción independiente y la formación de personal.
Finalmente, un factor puramente subjetivo —ambiciones personales y conflictos dentro del liderazgo de NAMI— provocó la destrucción del programa justo cuando estaba a punto de implementarse en la práctica. El subdirector de investigación de NAMI, A. A. Lipgart, si bien valoraba mucho los resultados científicos, admitió en una reunión del Consejo Académico que analizaba la tesis doctoral de Semenov:
Se ha trabajado mucho y se han obtenido resultados muy interesantes para la ciencia, pero la aplicación práctica de estos diseños no me queda clara.
Hoy en día, cuando las cuestiones medioambientales y la preservación de los frágiles ecosistemas árticos han cobrado gran importancia, un vehículo neumático de orugas que no destruya la vegetación ni los suelos de permafrost parece una solución sorprendentemente oportuna, adelantada medio siglo a su tiempo.
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