La apariencia general de una rueda de automóvil con un disco central y un neumático lleno de aire se formó hace mucho tiempo y confirmó su efectividad. Sin embargo, regularmente se intenta reconstruir radicalmente dicha estructura con el fin de mejorar sus características técnicas o económicas. Los así llamados gozan de cierta popularidad en este contexto. Neumático airless con elementos elásticos y sin gas comprimido.
Larga historia
Las primeras variantes de neumáticos sin aire aparecieron casi a principios del siglo pasado. A menudo, la razón del surgimiento 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 la escasez se ha resuelto y los nuevos proyectos se asocian solo con el deseo de mejorar las características del chasis.
Los primeros diseños de neumáticos sin aire ofrecían con mayor frecuencia una llanta de metal y una llanta exterior con banda de rodadura, conectadas por un conjunto de resortes de diversas formas y configuraciones. En varias ocasiones, se utilizaron resortes helicoidales o de láminas. Dichos diseños generalmente resolvieron las tareas asignadas, pero resultaron ser demasiado complejos e incómodos para operar. Como resultado, no entraron en una gran serie y no recibieron una amplia distribución.
El éxito relativo llegó a los neumáticos sin aire solo con el desarrollo de programas espaciales. Resultó que los rovers del tipo del "Lunokhod" soviético o el LRV estadounidense deberían estar equipados con ruedas sin cámaras ni aire. Entonces, el producto LRV del sistema Apollo recibió un neumático elástico hecho de malla metálica con una banda de rodadura remachada. Este diseño era liviano, amortiguaba los golpes, no requería mantenimiento y se distinguía por su alta capacidad de supervivencia.
Algunos de los diseños de neumáticos sin aire en varias etapas atrajeron la atención de los militares e incluso llegaron a pruebas de campo. En los últimos años, ha habido un renovado interés en tales desarrollos, y esto no se trata solo de proyectos para los ejércitos. Los principales fabricantes de neumáticos están considerando la construcción sin aire como una alternativa viable a las ruedas tradicionales.
Sin embargo, hasta ahora, ninguno de los modelos conocidos ha alcanzado la producción y operación en masa en el ámbito militar o civil. La revolución del tren de aterrizaje se ve obstaculizada por factores objetivos.
Diseños contemporáneos
Considere algunos de los diseños modernos de neumáticos sin aire desarrollados en las últimas décadas. Entonces, en el pasado, el proyecto Airless: Resilient NPT de Resilient Technologies era ampliamente conocido. Ha estado en desarrollo desde 2002 y se puso a prueba a finales de la década. Usando materiales poliméricos modernos que no estaban disponibles en el pasado distante, los ingenieros estadounidenses pudieron crear un diseño muy interesante.
Neumático sin aire: NPT resistente es un diseño de una pieza que incluye un disco central para el montaje, una llanta exterior con banda de rodadura y una jaula especial en el medio. Este último está realizado en forma de estructura de celosía de hexágonos irregulares y trapezoides. El peso del automóvil se distribuye entre la llanta y la parrilla relativamente rígidas. Al mismo tiempo, la elasticidad de la estructura le permite amortiguar los golpes.
Las pruebas han demostrado que el neumático Airless: Resilient NPT es comparable en amortiguación a un neumático tradicional. No teme a los pinchazos y se puede utilizar cuando el 30% de los elementos del marco están dañados. También hubo una pequeña ganancia de masa. Sin embargo, el producto era bastante difícil de fabricar, requería materiales especiales y tenía otras desventajas. Como resultado, los neumáticos de Resilient Technologies aún no han ingresado al ejército.
En 2005, Michelin presentó el concepto de neumático Tweel (neumático + rueda). En este diseño, el disco central y la llanta exterior están conectados por "radios" en forma de V que recorren todo el ancho del neumático. El desarrollador habló de reducir el peso en comparación con los productos tradicionales, aumentar los recursos, etc.
Después de las pruebas y el desarrollo, se desarrolló el neumático Tweel. Hay modificaciones de este producto para vehículos de diferentes clases. En 2012 se inició el suministro de este tipo de neumáticos para maquinaria agrícola y de construcción. Más tarde, aparecieron nuevos modelos de tales productos con una configuración diferente de elementos elásticos.
Bridgestone también tiene su propia versión del neumático sin aire. Ella sugiere conectar el disco y la llanta con "radios" curvos ubicados en un patrón entrecruzado. Este acolchado permitió aumentar la elasticidad manteniendo otras características. Sin embargo, las muestras terminadas tenían una capacidad de carga limitada, lo que reducía el ámbito de aplicación.
Hay otras variantes de neumáticos sin aire de varios tipos que se han sometido a pruebas o incluso a la producción. Continúa la búsqueda de nuevas soluciones. Los diseñadores prueban diferentes materiales, configuraciones elásticas, etc. Sin embargo, solo ha habido éxitos limitados.
Ventajas y desventajas
El neumático sin aire con elementos elásticos integrados tiene varias ventajas importantes sobre el neumático tradicional. Son ellos los que determinan el creciente interés en dichos diseños, que se ha observado hasta ahora.
La principal ventaja es una mayor capacidad de supervivencia. Un neumático sin aire no tiene cámara de aire y es a prueba de pinchazos. Tampoco le teme a los impactos laterales. Dependiendo de la arquitectura, el rendimiento se mantiene incluso en caso de daños graves en la estructura de soporte. No hay necesidad de bombeo ni monitoreo de presión, lo que simplifica la operación. Existe la posibilidad de abandonar una llanta grande y relativamente pesada. Como resultado, el conjunto de la rueda es más ligero, lo que reduce la masa no suspendida.
Sin embargo, existen varios problemas debido a los cuales dichos neumáticos no ganan popularidad. En primer lugar, se trata de una mayor demanda de materiales. Requiere caucho o polímero con suficiente elasticidad, alta rigidez y resistencia a diversas cargas. También existen altos requisitos para la absorción de energía mecánica y su transformación en energía térmica con posterior disipación.
Todo esto complica y aumenta el costo de producción. Además, la mayoría de los neumáticos tienen un límite de velocidad, por lo general no más de 70-80 km / h. Una mayor aceleración aumenta la tensión mecánica y también conduce a un sobrecalentamiento inaceptable.
A diferencia de los neumáticos, los neumáticos sin aire tienen una rigidez constante y es necesario cambiar las ruedas para cambiarla. 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. Desde estos puntos de vista, las estructuras neumáticas son mucho más rentables.
Como resultado, los neumáticos sin aire todavía se utilizan principalmente en el campo de los vehículos ligeros con velocidades y cargas limitadas. Se colocan en carritos de golf, algunos buggies, equipos de construcción compactos, etc. Además, se ha establecido la producción de neumáticos para bicicletas, scooters y otros productos ligeros. La provisión de muestras más grandes todavía está en duda.
Una curiosidad prometedora
La combinación específica de características técnicas, operativas y económicas, así como una serie de limitaciones importantes, aún no permiten que los neumáticos sin aire entren en un mercado amplio y compitan seriamente con los diseños tradicionales. Como resultado, el mercado de los neumáticos no cambia, aunque diferentes empresas presentan regularmente varios productos "prometedores".
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que los productos individuales del diseño original, sin embargo, ingresaron al mercado e incluso encontraron a sus clientes. El éxito se observa en varios nichos bastante estrechos, mientras que la conquista de los principales sectores del mercado resulta imposible. No existen requisitos previos objetivos para cambiar esta situación.
Por lo tanto, varias opciones para neumáticos sin aire con elementos elásticos integrados conservan en general el estado de una solución curiosa a un problema técnico importante, sin perspectivas especiales en el contexto de la aplicación real.
Por otro lado, estos proyectos pueden tener resultados positivos que no están directamente relacionados con el uso de productos terminados. Líderes reconocidos de la industria con una buena base científica y técnica se dedican ahora al desarrollo de dichos neumáticos. En el curso del desarrollo de neumáticos sin aire, se pueden crear nuevos materiales, tecnologías y diseños. Y pueden encontrar aplicación en el desarrollo y mejora de neumáticos tradicionales con perspectivas prácticas y comerciales reales.
