Opony bezpowietrzne: obiecująca ciekawostka
Ogólny wygląd koła samochodowego z centralną tarczą i napełnioną powietrzem oponą kształtował się od dawna i potwierdza jego skuteczność. Jednak regularnie podejmuje się próby radykalnej przebudowy takiego projektu w celu poprawy jego właściwości technicznych lub ekonomicznych. Pewną popularnością w tym kontekście cieszy się tzw. opona bezpowietrzna z elementami elastycznymi i bez sprężonego gazu.
Długa historia
Pierwsze wersje opon bezpowietrznych pojawiły się prawie na początku ubiegłego wieku. Często przyczyną pojawienia się takich projektów był brak materiałów. Projektanci próbowali zastąpić trudno dostępną i drogą gumę bardziej opłacalnym drewnem lub metalem. Do tej pory problem niedoborów został rozwiązany, a nowe projekty wiążą się jedynie z chęcią poprawy osiągów podwozia.
Wczesne konstrukcje opon bezpowietrznych najczęściej zawierały metalową obręcz i bieżnikowaną obręcz zewnętrzną, połączone zestawem sprężyn o różnych kształtach i konfiguracjach. W różnych okresach stosowano sprężyny cylindryczne lub piórowe. Takie projekty generalnie rozwiązywały zadania, ale okazały się zbyt skomplikowane i niewygodne w użyciu. W rezultacie nie weszły w duże serie i nie otrzymały szerokiego nakładu.
Łączona konstrukcja metalowo-drewniana koła J. Martin, USA lata 30. Zdjęcia Strangernn.livejournal.com
Względny sukces przyniósł oponom bezpowietrznym dopiero wraz z rozwojem programów kosmicznych. Okazało się, że łaziki planetarne, takie jak radziecki Lunokhod czy amerykański LRV, powinny być wyposażone w koła bez komór i powietrza. Tak więc produkt LRV z systemu Apollo otrzymał elastyczną oponę wykonaną z metalowej siatki z nitowanym bieżnikiem. Konstrukcja ta była lekka, tłumiła uderzenia, nie wymagała konserwacji i wyróżniała się wysoką przeżywalnością.
Część konstrukcji opon bezpowietrznych na tym czy innym etapie przyciągnęła uwagę wojska, a nawet dotarła do testów terenowych. W ostatnich latach powróciło zainteresowanie takimi rozwiązaniami i nie mówimy tylko o projektach dla armii. Czołowi producenci opon traktują konstrukcję bezpowietrzną jako realną alternatywę dla tradycyjnych kół.
Jednak do tej pory żaden ze znanych egzemplarzy nie trafił do masowej produkcji i eksploatacji w sferze wojskowej lub cywilnej. Rewolucje w dziedzinie podwozi są hamowane przez czynniki obiektywne.
Nowoczesne projekty
Przyjrzyjmy się niektórym nowoczesnym projektom opon bezpowietrznych, które powstały w ostatnich dziesięcioleciach. Tak więc w przeszłości szeroko znany był projekt Airless: Resilient NPT firmy Resilient Technologies. Jest rozwijany od 2002 roku i przeszedł testy pod koniec dekady. Wykorzystując nowoczesne materiały polimerowe, które nie były dostępne w odległej przeszłości, amerykańscy inżynierowie byli w stanie stworzyć bardzo ciekawą konstrukcję.
Opona Airless:Resilient NPT to jednoczęściowa konstrukcja, która zawiera centralną tarczę montażową, bieżnikowaną obręcz zewnętrzną i specjalny karkas pomiędzy nimi. Ta ostatnia wykonana jest w formie kratownicy o nieregularnych sześciokątach i trapezach. Ciężar samochodu jest rozłożony pomiędzy stosunkowo sztywną felgę i grill. Jednocześnie elastyczność konstrukcji pozwala na amortyzację wstrząsów.
Airless: Odporna opona NPT na HMMWV podczas uderzenia w przeszkodę. Zrzut ekranu z wideo demonstracyjnego
Podczas testów można było wykazać, że opona Airless:Resilient NPT jest porównywalna pod względem amortyzacji z tradycyjną oponą pneumatyczną. Nie boi się przebić i można go używać, jeśli 30% elementów ramy jest uszkodzonych. Uzyskano również niewielki przyrost masy. Jednak produkt był dość trudny w produkcji, wymagał specjalnych materiałów i miał szereg innych wad. W efekcie opony Resilient Technologies nie weszły jeszcze do wojska.
W 2005 roku Michelin wprowadził koncepcję opon Tweel (Tire + Wheel). W tym projekcie środkowa obręcz i zewnętrzna obręcz są połączone „szprychami” w kształcie litery V, które biegną na całej szerokości opony. Deweloper mówił o zmniejszeniu wagi w porównaniu z tradycyjnymi produktami, zwiększeniu zasobów itp.
Po testach i udoskonaleniach opracowano oponę Tweel. Były modyfikacje tego produktu dla sprzętu różnych klas. W 2012 roku rozpoczęto dostawy takich opon do maszyn budowlanych i rolniczych. W przyszłości pojawiły się nowe modele takich produktów o innej konfiguracji elementów elastycznych.
Bridgestone ma również własną wersję opony bezpowietrznej. Proponuje połączenie dysku i obręczy zakrzywionymi „szprychami” ułożonymi poprzecznie. Taka amortyzacja pozwoliła na zwiększenie elastyczności przy zachowaniu pozostałych cech. Jednak gotowe próbki miały ograniczoną nośność, co zmniejszało zakres.
Znane są również inne warianty opon bezpowietrznych różnego rodzaju, które weszły do testów, a nawet produkcji. Poszukiwanie nowych rozwiązań trwa. Projektanci próbują różnych materiałów, konfiguracji elementów elastycznych itp. Jednak sukces był tylko ograniczony.
Plusy i minusy
Opona bezpowietrzna ze zintegrowanymi elementami elastycznymi ma kilka ważnych zalet w porównaniu z tradycyjną oponą pneumatyczną. To one decydują o obserwowanym do tej pory wzroście zainteresowania takimi konstrukcjami.
Głównym plusem jest zwiększona przeżywalność. Opona bezpowietrzna nie posiada komory powietrznej i nie boi się przebić. Nie boi się też skutków ubocznych. W zależności od architektury, funkcjonalność jest zachowana nawet przy poważnym uszkodzeniu konstrukcji nośnej. Nie ma potrzeby pompowania i monitorowania ciśnienia, co upraszcza obsługę. Możliwe jest odrzucenie dużej i stosunkowo ciężkiej tarczy koła. Rezultatem jest lżejszy zespół kół, co zmniejsza masę nieresorowaną.
Istnieje jednak szereg problemów, przez które takie opony nie są szeroko stosowane. Przede wszystkim jest to zwiększone zapotrzebowanie na materiały. Wymaga gumy lub polimeru o wystarczającej elastyczności, wysokiej sztywności i wytrzymałości na różnego rodzaju obciążenia. Istnieją również wysokie wymagania dotyczące pochłaniania energii mechanicznej i jej przemiany w ciepło, a następnie jej rozproszenia.
Wszystko to komplikuje i zwiększa koszty produkcji. Ponadto większość opon ma ograniczenie prędkości – zwykle nie więcej niż 70-80 km/h. Dalsze przyspieszanie zwiększa naprężenia mechaniczne, a także prowadzi do niedopuszczalnego przegrzania.
Późniejszy przykład, Michelin Uptis z inną sprężystą konfiguracją „szprych”. Zdjęcie Michelin / michelinmedia.com
W przeciwieństwie do opon pneumatycznych, opony bezpowietrzne mają stałą sztywność, a żeby ją zmienić, trzeba zmienić koła. Jednocześnie na sztywność i inne właściwości może niekorzystnie wpływać wnikanie brudu do konstrukcji przez otwarte ściany boczne. Projekty pneumatyczne z tych punktów widzenia są znacznie bardziej opłacalne.
W rezultacie opony bezpowietrzne są nadal używane głównie w pojazdach lekkich o ograniczonych prędkościach i obciążeniach. Umieszcza się je na wózkach golfowych, niektórych buggy, kompaktowym sprzęcie budowlanym itp. Uruchomiono również produkcję opon do rowerów, skuterów i innych lekkich produktów. Wciąż kwestionowane jest dostarczanie większych próbek.
Obiecująca ciekawość
Specyficzne połączenie cech technicznych, użytkowych i ekonomicznych, a także szereg istotnych ograniczeń, nie pozwalają jeszcze oponom bezpowietrznym wejść na szeroki rynek i poważnie konkurować z tradycyjnymi konstrukcjami. W efekcie rynek opon się nie zmienia – choć różne firmy regularnie prezentują różne „obiecujące” produkty.
Należy jednak zauważyć, że poszczególne produkty oryginalnego projektu mimo wszystko weszły na rynek, a nawet znalazły swoich klientów. Sukcesy odnotowuje się w kilku dość wąskich niszach, a podbój głównych sektorów rynku okazuje się niemożliwy. Nie ma obiektywnych przesłanek zmiany tej sytuacji.
W ten sposób różne wersje opon bezpowietrznych ze zintegrowanymi elementami elastycznymi generalnie zachowują status ciekawego rozwiązania ważnego problemu technicznego - bez większych perspektyw w kontekście rzeczywistego zastosowania.
Z drugiej strony takie projekty mogą mieć pozytywne rezultaty, które nie są związane z bezpośrednim wykorzystaniem gotowych produktów. Rozwój takich opon jest obecnie prowadzony przez uznanych liderów branży, posiadających dobre zaplecze naukowo-techniczne. Podczas opracowywania opon bezpowietrznych można tworzyć nowe materiały, technologie i projekty. Mogą też znaleźć zastosowanie w rozwoju i ulepszaniu tradycyjnych opon, które mają realne praktyczne i komercyjne perspektywy.
informacja