Bandage élastique pour roues de véhicules et notamment de véhicules de combat L'invention a pour objet un bandage élastique pour roues de véhicules et notamment de véhicules de combat dont le fonctionnement soit aussi insen sible que possible à l'action des perforations dans le cas de véhicules routiers civils et aux atteintes des balles et des éclats dans le cas particulier des engins militaires de combat.
Dans le cas des véhicules militaires utilisés dans les zones opérationnelles, il est essentiel de leur con server au maximum leur capacité de se mouvoir rapidement même lorsqu'ils sont atteints par des balles, éclats, et autres projectiles.
A cet égard, la vulnérabilité des pneumatiques est un grave inconvénient pour l'utilisation des véhicules dans les aires de combat, bien que ces véhicules aient une mobilité bien plus grande que celle des engins à chenilles et une aptitude très satisfaisante à circuler dans des terrains difficiles en adaptant convenablement leur pression de gon flement.
Dans le cas des véhicules civils, de tourisme et de transport, la question se pose surtout de réduire les risques résultant d'un éclatement à grande vitesse.
Il serait donc très désirable de pouvoir réduire la vulnérabilité des pneumatiques de façon à béné ficier pleinement de leur supériorité à d'autres égards.
On a déjà tenté de réduire les risques de crevai sons résultant des perforations en intercalant entre la surface interne de l'enveloppe et la chambre à air un bandage intermédiaire souple constituant un obstacle à la pénétration des corps perforants ramas sés au sol durant le roulement.
Mais dans son principe, ce bandage intermédiaire n'était pas autre chose qu'un pare-clou opérant par son épaisseur. Il est absolument inefficace à l'égard des balles, éclats et autres projectiles.
On a proposé aussi de placer à l'intérieur de la chambre à air un bandage plein, de section moindre, destiné à empêcher l'affaissement total de l'enve loppe en cas de crevaison. On a proposé également de remplir les enveloppes avec des matières alvéo laires souples. Ces diverses solutions n'ont pas connu de succès. Enfin on a essayé des bandages en matiè res souples alvéolaires. Ces bandages ne répondent pas aux nécessités actuelles car ils sont trop durs et ne permettent pas de rouler sur terrains variés.
Le comportement d'une roue pneumatique clas sique, sous l'action des forces externes provoquées par les réactions du sol au cours du roulement, dépend essentiellement de la pression de gonflement ou plus précisément de l'état de précontrainte en tension imposé à tous les éléments de la structure résistante de l'enveloppe par l'action de la pression de gonflement puisqu'en fait c'est l'enveloppe et non la pression qui entre en contact direct avec le sol.
D'après cette dernière conception la structure résistante de l'enveloppe gonflée au repos, lorsque la roue est déchargée, est le siège d'un champ de tensions internes continu qui admet les mêmes élé ments de symétrie que la roue et dont la résultante générale est par conséquent nulle.
Mais sous l'action d'une force quelconque appli quée à la roue l'enveloppe se déforme dans la zone de contact sous l'effet de la réaction du sol provo quant une altération du champ de tensions dans l'enveloppe qui détruit certaines symétries de ce champ. La résultante générale du champ de tensions dans la structure de l'enveloppe n'est plus nulle ; elle est nécessairement égale à la force appliquée à la roue. L'équilibre de la roue pneumatique classique, d'après ce qui précède, dépend donc du champ de précontraintes internes entretenu dans l'enveloppe mais non de la nature des moyens mis en oeuvre pour le créer.
L'inconvénient majeur de la mise sous tension de la structure résistante de l'enveloppe grâce à l'action d'un fluide élastique comprimé comme cela se pratique pour les pneumatiques courants est bien connu : la moindre perforation annule le champ de précontrainte ce qui entraîne la disparition des propriétés élastiques et antidérapantes du pneuma tique.
Diverses dispositions ont été préconisées pour parer à ce défaut qui toutes reviennent à substituer au fluide sous pression soit un solide incompressi ble élastique (bandages de caoutchouc), soit un solide élastique rendu artificiellement compressible (enveloppes pneumatiques bourrées de mousses élas tomères). Aucune de ces dispositions n'a permis d'obtenir des conditions de roulement et d'endurance comparables à beaucoup près à celles des pneumati ques usuels.
Dans le bandage élastique, objet de l'invention, la pression de gonflement est remplacée, au moins partiellement, par un autre moyen de précontrainte de l'enveloppe pour obtenir des effets comparables à ceux d'un pneumatique classique et même pour conférer à la roue des propriétés nouvelles.
Le bandage élastique destiné à l'équipement des roues de véhicules et notamment de véhicules de combat, qui fait l'objet de la présente invention, est caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe exté rieure résistante, dont l'intérieur est partiellement occupé par une masse d'élastomère homogène, in compressible, en contact continu avec la surface intérieure de l'enveloppe et contrainte, de façon à mettre la structure de cette enveloppe en tension, cette masse de remplissage assurant, par ses réac tions élastiques, une précontrainte de l'enveloppe analogue à celle résultant d'une pression de gonfle ment et par son homogénéité et son incompressibi lité un échauffement et un fluage très réduits.
Suivant les formes d'exécution, cette masse de remplissage peut ou non adhérer à la surface inté rieure de l'enveloppe. La masse de remplissage est de préférence de faible hystérésis, et sa dureté Shore est inférieure à 25, de préférence aux environs de 10. Sa densité peut être comprise entre 0,8 et 1,2. Son volume peut, suivant les applications, occuper de 40 à 80 % du volume de l'enveloppe.
Dans une forme d'exécution particulière du ban dage, le volume résiduel laissé à l'intérieur de l'enveloppe par la masse de remplissage peut être occupée par une chambre à air dont l'action de la pression de gonflement vient se superposer à celle de la précontrainte du remplissage pour mettre la structure de l'enveloppe en tension, ladite masse de remplissage assurant dans ce cas, outre la protection de la chambre à air en faisant obstacle à la péné tration des objets perforants rencontrés sur la route et en réduisant sa surface de cible à l'égard des pro jectiles, la suppression quasi totale des risques dus à un éclatement à grande vitesse, par suite de son action centrifuge.
La présence de cette chambre à air présente en outre l'intérêt de permettre d'ajuster dans une certaine mesure la précontrainte de l'enve loppe en fonction des conditions d'utilisation.
Quelques formes d'exécution du bandage élasti que, selon l'invention, sont représentées, à titre d'exemple, au dessin ci-joint dans lequel la fig. 1 représente la section méridienne d'une première forme d'exécution ; la fig. 2 représente, toujours en section transver sale, une autre forme d'exécution ; la fig. 3 montre la section de la masse de remplis sage au repos et après introduction dans l'enve loppe ; les fig. 4, 5 et 6 montrent d'autres formes d'exé cution.
Dans la fig. 1, 1 désigne une enveloppe de pneu matique classique, 2 la masse de remplissage, 4 la jante démontable constituée par deux coquilles en tôle d'acier accolées et assemblées par boulons, 5 une entretoise en tôle d'acier destinée à maintenir les talons de l'enveloppe contre les rebords de la jante même dans le cas extrême où la tringle viendrait à se rompre. Dans la fig. 2, le bandage comprend en plus, une chambre à air 3.
La fig. 3 définit la section méridienne de la masse d'élastomère au repos avant son introduction dans l'enveloppe le contour 6 est celui du remplissage au repos avant introduction dans l'enveloppe, son con tour extérieur est en principe très légèrement supé rieur au contour intérieur de l'enveloppe à son som met ; sa largeur est, elle aussi, supérieure à celle de la largeur interne de l'enveloppe montée sur la jante.
L'introduction de ce remplissage dans l'enveloppe, puis le montage de celle-ci sur la jante, grâce au resserrement progressif des deux coquilles qui la constituent, provoquent à l'intérieur de sa masse un champ de contraintes contenu par un champ de tensions dont il provoque la naissance dans la struc ture de l'enveloppe, et amènent le contour 6 à pren dre sa forme définitive 7.
La répartition des tensions dans l'enveloppe qui résulte de la présence du remplissage est fonction de la déformation imposée à celle-ci au montage donc de la forme de la section initiale au repos.
On peut donc définir la forme de la section au repos de ce remplissage de telle sorte que la répar tition des tensions dans l'enveloppe soit la même que si celle-ci était gonflée à l'air à une certaine pres sion : on réalise ainsi un bandage élastique présen tant des caractéristiques statiques comparables à celles d'un pneumatique classique.
L'expérience a permis de vérifier la possibilité de réalisation d'un tel programme sur un pneuma tique de Jeep . La courbe de charge en fonction de l'écrasement d'un tel pneumatique réalisé confor mément au programme ci-dessus a été reconnue pratiquement identique à celle du même pneumati que gonflé à l'air à une certaine pression p dans un domaine de charge encadrant largement les charges supportées en service. Pour des charges plus élevées la courbe de charge du pneu se raidit notablement par rapport à celle du pneu gonflé à l'air ce qui présente l'intérêt d'éviter l'apparition de fatigues excessives par déformation en cas de surcharge du pneumatique.
Mais d'autres systèmes de répartition des ten sions dans l'enveloppe que celles résultant de l'action d'une pression uniforme sur la paroi intérieure sont possible avec des remplissages de formes initiales convenables.
Le reliquat du volume disponible à l'intérieur de l'enveloppe peut contenir une chambre à air la pression de celle-ci se communiquera sans altéra tion notable à la paroi intérieure de l'enveloppe et y provoquera un champ de tension identique à celui qui serait obtenu si le pneu démuni de son remplis sage était gonflé à l'air à la même pression. Ce dernier champ se superpose à celui résultant de la précontrainte du remplissage.
Cette propriété qui résulte de l'incompressibilité du matériau constituant le remplissage, a, elle aussi, été confirmée par l'expérience.
Enfin, la roue étant mise en mouvement, la masse de remplissage soumise à l'accélération cen trifuge, engendre un troisième champ de tensions d'origine dynamique dans l'enveloppe qui vient, lui aussi, se superposer aux deux champs statiques précédents.
Ce dernier champ jouit de propriétés très diffé rentes des deux premiers du fait de la répartition particulière des tensions qu'il provoque dans l'en veloppe et parce qu'il croît en intensité proportion nellement au carré de la vitesse du véhicule.
Cette dernière circonstance entraine la consé quence fondamentale suivante : la pression effective de contact des pneumatiques décrits croît avec la vitesse et par conséquent leur écrasement diminue.
La structure résistante des pneumatiques décrits sera donc toujours soumise à la précontrainte d'ori gine dynamique et pourra ou non être soumise aux précontraintes d'origine élastique ou pneumatique.
La mise en oeuvre de tout ou partie des trois moyens préconisés pour placer la carcasse de l'en veloppe en état de précontrainte permet d'apporter une solution aux deux programmes techniques suivants 1) Bandage élastique, pneumatique ou non insensible à la perforation par balles - pour véhi cules de combat.
On adoptera une disposition générale conforme à celle de la fig. 1 ou de la fig. 2, le remplissage étant précontraint de telle sorte que le bandage pré sente au repos une rigidité verticale comparable à celle d'un pneumatique classique, de même dimen sion gonflé à l'air. Un tel bandage à l'intérieur duquel le remplissage occupera environ 75 /o de la capacité disponible, pourra ou non comprendre une chambre à air conférant au bandage une rigidité supplémentaire proportionnelle par exemple, à la surcharge statique occasionnelle supportée par ce bandage.
L'intérêt essentiel de cette solution réside dans le fait que la perforation par balle d'un tel bandage ne provoque généralement que des dégâts insigni fiants, trop peu importants pour entraîner l'immo bilisation du véhicule et même pour en gêner la conduite.
Il a même été vérifié expérimentalement au cours d'essais d'endurance sur route dans des con ditions normales d'utilisation que les dégâts résul tant de la grosse majorité des perforations par balle des pneus décrits ne s'aggravaient pas au cours du roulement.
Dans le cas particulier de l'adjonction à ce ban dage d'une chambre à air d'appoint (fig. 2) seule la perforation de celle-ci pourrait être de nature à per turber la conduite du véhicule. Le risque corres pondant est faible, la chambre étant partiellement protégée par la roue proprement dite et présentant par ailleurs, une surface de cible très réduite par rapport à celle de l'ensemble du bandage.
L'adoption d'une forme de section de boudin aplatie faisant l'objet de la fig. 4, permet de réduire encore ce risque<B>:</B> le diamètre et la largeur de jante 14 sont alors, à égalité de diamètre hors tout, plus important que dans le cas de la fig. 2 qui cor respond à une forme de section de boudin de pneu classique. L'enveloppe 1l et la masse de remplis sage 12 sont proportionnées en conséquence.
Cette forme particulière de la section de boudin de la fig. 4 présente en outre l'avantage de permettre une réduction de poids du remplissage et de fournir, en cas de perforation de la chambre 13, une meil leure tenue de route que celle que pourrait offrir la forme de la fig. 2.
2) Pneu de sécurité pour véhicules civils dont la perforation à vitesse élevée de la chambre à air ne risque pas de perturber dangereusement la con duite du véhicule. Dans ce cas, la rigidité verticale statique du pneumatique provient, pour sa partie principale, de l'action de la pression de gonflement la masse du remplissage occupant de 40 à 60 /o de la capacité de l'enveloppe,
peut être précontrainte au montage et contribue sous l'action de l'accélé ration centrifuge à précontraindre la carcasse d'au tant plus que la vitesse est plus élevée cette précon trainte d'origine dynamique est équivalente à celle d'une pression statique de l'ordre de 1 à 2 kg/cm2 elle est indépendante de l'état de gonflement de la chambre à air.
La pression moyenne de gonflement d'un pneu de tourisme moderne étant de 1,5 kg/cm2, on constate que l'état de précontrainte de l'un des pneus décrits roulant à 100 kmh., par exemple, correspondrait, au repos, à une pression de gonflement de 2,5 à 3,5 kg/cm2.
La perforation de la chambre à air à 100 kmh. n'entraînerait donc pas le roulage à plat qui ne se produirait que pour des vitesses suffisamment réduites pour éviter le risque d'accidents graves ; en conséquence les risques dus à une perforation à grande vitesse, notamment la perte de contrôle de la direction sont pratiquement éliminés.
La disposition d'ensemble correspondant à cette seconde version, correspond soit à la fig. 5 soit à la fig. 6.
Le cas de la fig. 5 correspond à un pneumatique dans lequel on a cherché à assurer le roulage à plat momentané dans les meilleures conditions pos sibles de conservation de la carcasse : dans ce cas, le remplissage est en principe précontraint élasti- quement au montage.
On retrouve dans la fig. 5, les mêmes éléments que dans la fig. 2, sauf que le volume affecté à la chambre à air 23 y est beaucoup plus important. Le remplissage 22 dans cette version possède une base relativement importante qui est fendue suivant le plan équatorial pour permettre l'introduction de la chambre ; les deux lèvres de la fente sont solida risées, après introduction de la chambre, au moyen d'un tissu inextensible 28 rapporté par collage sur la base du remplissage ; ce tissu a pour objet de maintenir la base du remplissage en contact avec l'entretoise 5, malgré l'action de l'accélération centrifuge.
Dans le cas de la fig. 6, la précontrainte se réduit à une contraction radiale : c'est la solution la plus simple, mais son objet se limite strictement à la sécurité à grande vitesse en cas de perforation.
Le remplissage 32 ne présente ici plus de base proprement dite sur la jante, mais deux joues ou flancs dont les extrémités intérieures convenable ment renforcées par des tissus inextensibles 39 rapportés par collage, viennent s'insérer entre les talons et l'entretoise.
La solution constructive de la fig. 6 paraît devoir être plus intéressante que celle de la fig. 5 du point de vue refroidissement.
On constate que dans toutes ces solutions, les épaisseurs de remplissage sous le sommet de l'en veloppe sont telles qu'elles constituent un obstacle très efficace opposé à la pénétration dans la cham bre des objets perforants.