Σπονδυλωτή δομή αμαξωμάτων
Μια νέα θεώρηση στη φιλοσοφία σχεδίασης των χερσαίων οχημάτων.κείμενο - εικονογράφηση: Γιώργος Mιχαήλ*
ΟI ΠPΩTEΣ μορφές ζωής, όπως τα έντομα ή τα μαλάκια, ήταν βιολογικές «κατασκευές», των
οποίων ο σκελετός περιέβαλε εξωτερικά τα ζωτικά όργανα. Έτσι, εκτός από στήριγμα των
μαλακών και ευαίσθητων λειτουργικών ιστών, ο εξωτερικός σκελετός (όστρακο) αποτελούσε και
ασπίδα προστασίας του ζώου από κάθε περιβαλλοντικό κίνδυνο. Με την πάροδο των αιώνων και
με την εξελικτική διαδικασία της ζωής, δημιουργήθηκαν νέες βιολογικές μορφές, που η
φιλοσοφία της δομής τους θα μπορούσε να πει κανείς ότι ακολούθησε τον αντίθετο ακριβώς
δρόμο. Δημιουργήθηκαν ζώα με φέροντα σκελετό αποτελούμενο από σκληρούς οστέινους
σπονδύλους, οι οποίοι δεν περιέβαλλαν, αλλά, αντίθετα, περιβάλλονταν από τους μαλακούς
βιολογικούς ιστούς.Τα ζώα αυτά ονομάστηκαν σπονδυλωτά και λόγω της πολύ πετυχημένης τους
βιολογικής κατασκευής κυριάρχησαν πάνω στον πλανήτη.
Κάθε είδους κατασκευή, είτε είναι κτίριο είτε κάποιο όχημα, πρέπει να αντέχει τις
διάφορες στατικές ή δυναμικές καταπονήσεις που εξασκούνται σ? αυτό, για να μην
παραμορφώνεται, ούτε και να καταρρέει. Γι? αυτόν το λόγο πρέπει να έχει σχεδιαστεί και
κατασκευαστεί με τέτοιο τρόπο, ώστε οι συνδέσεις των επί μέρους στοιχείων που το
συναποτελούν να διαθέτουν τις απαραίτητες αντοχές. Τα γνωστά μας αμαξώματα (cells ή
κελύφη), που αποτελούν τις φέρουσες δομές κάθε σύγχρονου οχήματος που κινείται πάνω στο
έδαφος, είναι ουσιαστικά άκαμπτες δομές, οι οποίες κατά τη διάρκεια της κίνησής τους στο
έδαφος δεν έχουν σχεδόν καμιά δυνατότητα προσαρμογής στην εδαφική μορφολογία. Aυτό
γίνεται περισσότερο φανερό, όταν το έδαφος που πάνω του κινείται το όχημα συμβαίνει να
είναι ανώμαλο. Η μόνη δυνατότητα προσαρμογής τους προέρχεται από τις ελαστικές
παραμορφώσεις του κελύφους και, φυσικά, από τα περιθώρια που δίνουν οι αναρτήσεις τους.
Ενώ, λοιπόν, όλα τα μέχρι σήμερα κατασκευασμένα οχήματα έχουν δομή κελυφωτή, δηλαδή
απαραμόρφωτη και ουσιαστικά ασύμβατη με το έδαφος, με τη νέα ιδέα που θα παρουσιάσουμε
στη συνέχεια θέλουμε να υποδείξουμε μια εναλλακτική πρόταση για μια νέα γενιά οχημάτων
σπονδυλωτής δομής, που ο φέρων σκελετός τους θα παραμορφώνεται σε συνάρτηση με τις
δυναμικές απαιτήσεις της κίνησης αλλά και της μορφολογίας του εδάφους. Αυτά, λοιπόν, τα
νέας φιλοσοφίας χερσαία οχήματα, που θα μπορούσαν να βρουν πολλές εφαρμογές (από μικρά
οχήματα πόλης μέχρι μεγάλα, παντός εδάφους στρατιωτικά ή οχήματα διάσωσης), έχουν ως
βιολογικό τους αντίστοιχο όλη την γκάμα των σπονδυλωτών, με εσωτερικό σκελετό, ζώων. Από
τα ερπετά έως τα θηλαστικά, που τελικά αποτέλεσαν την κυρίαρχη κατηγορία ζώων. Mε κορυφή
τον άνθρωπο, η σπονδυλωτή δομή ήταν εκείνη που τελικά κυριάρχησε και έδωσε όλη αυτή την
γκάμα των βιολογικών αριστουργημάτων.
Τα νέας μορφής, σπονδυλωτά οχήματα που σχεδιάσαμε θα μπορούσε κανείς να πει ότι εκφράζουν
το ίδιο στατικό και δυναμικό μοντέλο που εκφράζει το βιολογικό τους αντίστοιχο, δηλαδή τα
σπονδυλωτά ζώα. Τα σπονδυλωτά οχήματα ισορροπούν κατά τη διάρκεια της κίνησης,
παρακολουθώντας τη δυναμική της, όπως συμβαίνει στο ποδήλατο και στη μοτοσικλέτα.
Παίρνουν τη στροφή όπως την παίρνει, για παράδειγμα, το άλογο. Και όταν σταματούν, μια
απλούστατη διάταξη τηλεσκοπικών διαγωνίων, που το μήκος τους μεταβάλλεται κατά τη
διάρκεια της κίνησης, φροντίζει ώστε το σύστημα να μην καταρρεύσει, όταν με τη στάση
παύσουν να επενεργούν οι δυνάμεις που διατηρούν σε δυναμική ισορροπία το σπονδυλωτό
όχημα. Αυτό γίνεται με τη βοήθεια κάποιου πολύ απλού υδραυλικού ή μηχανικού φρένου, που
κρατά σταθερές σε μήκος τις τηλεσκοπικές διαγώνιες. Τα βασικά πλεονεκτήματα ενός
τετράτροχου ή πολύτροχου σπονδυλωτού οχήματος, σε σχέση με τα συμβατικά κελυφωτά οχήματα,
είναι κυρίως τα εξής:
1. Υψηλή συμβατότητα με την εδαφική μορφολογία. Κάτι, που στα γνωστά κελυφωτά οχήματα το
προσεγγίζουμε με τις στρεπτικές παραμορφώσεις του κελύφους και, φυσικά, με τη βοήθεια των
αναρτήσεων. Στα τετράτροχα ή πολύτροχα σπονδυλωτά οχήματα, όμως, για να πετύχουμε μια
καλή συμβατότητα με την εδαφική μορφολογία (ανωμαλίες, κλίσεις, λακκούβες κτλ.), έχουμε
εκτός από τις αναρτήσεις και τη σχετική ελευθερία τού ενός ημιοχήματος από το άλλο. Έτσι,
το καθένα από τα μεταξύ τους αρθρωμένα οχήματα παρακολουθεί τις ανωμαλίες του εδάφους,
χωρίς στην κίνησή του αυτή να παρασέρνει και το άλλο. Oπότε, εάν σε ένα συμβατικό
κελυφωτό τετράτροχο όχημα η δεξιά πλευρά των τροχών πέσει, για παράδειγμα, σε μια
λακκούβα, παρασύρεται και η αριστερή πλευρά. Εάν, όμως, ο μπροστινός δεξιός τροχός ενός
αυτοκινήτου πέσει σε μεγάλη λακκούβα, ξεπερνώντας τα όρια της διαδρομής της ανάρτησης, ο
πίσω αριστερός τροχός σηκώνεται στον αέρα, χάνοντας την επαφή του με το δρόμο. Αυτό είναι
ένα φαινόμενο που συμβαίνει πολύ συχνά, όταν τα συμβατικά κελυφωτά οχήματα βρίσκονται
εκτός δρόμου. Τα σπονδυλωτά οχήματα, όμως, σε διαδρομές εκτός δρόμου, λόγω της σχετικής
ανεξαρτησίας των δύο πλευρικών ημιοχημάτων, δεν παρουσιάζουν το προηγούμενο μειονέκτημα,
αλλά κυριολεκτικά αντιγράφουν την εδαφική μορφολογία και οι τροχοί σε καμία σχεδόν
περίπτωση δεν χάνουν την πρόσφυσή τους με το έδαφος, ακόμα και στην περίπτωση που οι
διαδρομές των αναρτήσεων φθάσουν στα όριά τους.
2. Στα συμβατικά κελυφωτά οχήματα, σε μια γρήγορη στροφή, όπου η τιμή της φυγοκέντρου
δύναμης είναι υψηλή, παρουσιάζεται το μειονέκτημα της μεταφοράς του βάρους από τους
τροχούς που βρίσκονται στο μέσα μέρος της στροφής σε εκείνους που βρίσκονται στο έξω
μέρος. Ως συνέπεια, οι τροχοί που βρίσκονται στο μέσα μέρος αποφορτίζονται, ενώ οι τροχοί
που είναι στο έξω μέρος φορτίζονται. Tο αποτέλεσμα είναι ότι το συμβατικό όχημα
ουσιαστικά στρίβει με τη βοήθεια μόνο των τροχών της έξω πλευράς, οι οποίοι επιβαρύνονται
υπερβολικά, και μάλιστα με δυνάμεις που τείνουν να λυγίσουν τους άξονές τους και να
παραμορφώσουν τα πέλματα των ελαστικών τους. Κάτι, που τελικά επιδρά αρνητικά στην
ποιότητα της πρόσφυσης του οχήματος. Τα σπονδυλωτά όμως οχήματα στρίβουν σαν δύο
αρθρωμένες μεταξύ τους μοτοσικλέτες. Δεν υπάρχει καμία μεταφορά βάρους από τη μέσα πλευρά
της στροφής προς την έξω. Οι τροχοί και των δύο πλευρών πιέζουν το έδαφος με τις ίδιες
ακριβώς δυνάμεις, οι οποίες μάλιστα είναι κάθετες στο κέντρο του άξονα των τροχών, και
όχι παράλληλες με αυτόν, και γι? αυτόν το λόγο δεν τείνουν να λυγίσουν τον άξονα και να
συστρέψουν τα πέλματα των ελαστικών. Έτσι, τα δύο επί μέρους δίκυκλα, που είναι
συνδεδεμένα μεταξύ τους με σπονδύλους, γέρνουν κατά τη διάρκεια της στροφής σαν δύο
παράλληλες μοτοσικλέτες, μοιράζοντας ακριβώς την πρόσφυση στους τροχούς και των δύο
πλευρών. Έχουμε λοιπόν ένα νέο, σύνθετο όχημα, με ποιότητα πρόσφυσης πολύ ανώτερη από
εκείνη των συμβατικών τετράτροχων οχημάτων.
3. Λόγω του ότι η σταθερότητα και η αντίσταση στην ανατροπή των σπονδυλωτών, σύνθετων
οχημάτων δεν εξαρτάται από το πλάτος του τετραπλεύρου της επιφάνειας έδρασης, το πλάτος
των σπονδυλωτών οχημάτων δεν προσδιορίζεται από την ανάγκη για ευστάθεια, κάτι που
συμβαίνει στα συμβατικά τετράτροχα οχήματα. Το πλάτος των σπονδυλωτών οχημάτων
προσδιορίζεται με βάση τους περιορισμούς της «κατοικησιμότητας» του εσωτερικού χώρου. Και
αυτό, γιατί η ευστάθεια ενός σπονδυλωτού οχήματος δεν εξαρτάται από τις διαστάσεις του
τετραπλεύρου της βάσης στήριξης. Η δυναμική ισορροπία του νέου σπονδυλωτού οχήματος
εξαρτάται από τις ίδιες δυνάμεις που επιδρούν και στην ισορροπία μιας μοτοσικλέτας, της
οποίας το τετράπλευρο της βάσης στήριξης δεν είναι τίποτα περισσότερο από τη γραμμή που
συνδέει τα ίχνη των δύο τροχών. Δημιουργείται, λοιπόν, μια νέα φιλοσοφία σχεδίασης
χερσαίων οχημάτων, τα οποία διατηρούν το σχήμα τους κατά τη διάρκεια της κίνησης με τη
βοήθεια των δυνάμεων που αναπτύσσονται κατά την περιστροφή των τροχών. Όταν, όμως, το
όχημα σταματήσει, τότε παρεμβαίνουν οι μηχανικοί μύες (τηλεσκοπικές ράβδοι μεταβαλλόμενου
μήκους) ή τα πόδια μας (όπως ακριβώς συμβαίνει στις μοτοσικλέτες) και το όχημα συνεχίζει
να διατηρεί το σχήμα του και να μην πέφτει. Τα νέα αυτά οχήματα θα μπορούσαν να
ονομαστούν χερσαία οχήματα δεύτερης γενιάς ή σπονδυλωτά, σύνθετα οχήματα με δύο άξονες
ελευθερίας, σε αντιδιαστολή με τα συμβατικά κελυφωτά οχήματα (αυτοκίνητα), που έχουν ένα
μόνο άξονα ελευθερίας.
Οι τομείς των εφαρμογών των τετράτροχων ή πολύτροχων σπονδυλωτών οχημάτων είναι
τεράστιοι. Τα νέας μορφής οχήματα μπορεί κάλλιστα να χρησιμοποιηθούν ως μικρά μεταφορικά
μέσα πολλών εφαρμογών στις μεγαλουπόλεις (city cars, μικρά ασθενοφόρα με υψηλή ικανότητα
διείσδυσης στην πυκνή κυκλοφορία λόγω του αισθητά μικρότερου πλάτους), ενώ θα μπορούσαν
να έχουν ευρύτατη εφαρμογή και στις εκτός δρόμου μεταφορές, τόσο για ειρηνικούς όσο και
για στρατιωτικούς σκοπούς._ Γ. M.
* O Γιώργος Mιχαήλ είναι αρχιτέκτονας και βιομηχανικός σχεδιαστής.