Powietrze na co dzień traktujemy jak powietrze! Czyli jak coś, co nie istnieje.
Gdy chodzimy – nie zauważamy jego obecności. Podczas jazdy motocyklem jest inaczej.

Aerodynamika przez wiele lat traktowana była po macoszemu. W początkach motocyklizmu nie zwracano uwagi na opływ powietrza wokół jednośladu. Niskie prędkości, z którymi poruszano się po drogach, pozwalały pomijać ten czynnik podczas konstruowania pojazdów.


REKLAMA


Krojenie materii

Potrzeba obudowania motocykla pojawiła się najpierw podczas bicia rekordów prędkości, potem w sporcie wyścigowym. W pewnym momencie zdano sobie sprawę, że jednoślad traci wiele energii na pokonanie oporu powietrza. Takie swoiste „krojenie” powietrznej materii przez jadący pojazd wymaga pogodzenia się ze stratą wielu koni mechanicznych na pokonanie oporu, stawianego przez wszechobecną mieszaninę tlenu, azotu i innych gazów. Co sprawia, że tak trudno przedrzeć się przy dużych prędkościach przez powietrze? Przede wszystkim jego gęstość. Powietrza co prawda nie widać, ale to nie znaczy, że go nie ma. Metr sześcienny tego gazu waży 1,2 kg (na poziomie morza, przy temperaturze 20 stopni Celsjusza).

Podczas jazdy trzeba przebijać się przez miliony metrów sześciennych powietrza, dlatego rzecz urasta do rangi problemu. Wytworzone tym faktem siły hamujące motocykl przy prędkości 200 km/h są aż sześciokrotnie większe niż przy prędkości 50 km/h. Opór powietrza ogranicza osiągi pojazdu, podnosi zużycie paliwa i poziom hałasu, utrudnia życie kierowcy, a nawet ma wpływ na stabilność ruchu motocykla. Powietrze to żywioł, z którym motocyklista ma cały czas do czynienia. Z jednej strony może sprawiać przyjemność, gdy podczas wolnej jazdy w otwartym kasku owiewa twarz, z drugiej zaś denerwuje, kiedy spycha jeźdźca z kanapy, szarpie ubraniem i próbuje zerwać z głowy hełm ochronny. Znaczenie prędkości jest tutaj decydujące. Im wyższe osiąga wartości, tym większe problemy wiążą się z przedzieraniem pojazdu przez gazowe otoczenie.

Krasnale, słonie, delfiny.

Kiedy zaczęto rozumieć potęgę aerodynamiki, rozpoczęto przeciwdziałanie oporowi powietrza. Brak było jednak profesjonalnych badań, działano raczej na wyczucie. Owiewki zakładano na przykład zawodnikom, a nie maszynom. Powstawały „czapki krasnala” albo „kacze ogony”, motocykl jednak pozostawał odkryty. Jeden z pierwszych tuneli aerodynamicznych pojawił się w niemieckiej Getyndze na początku lat trzydziestych ubiegłego wieku. Zbierano doświadczenia, podejmowano pierwsze decyzje stylizacyjne związane z aerodynamiką (np. zbiornik paliwa w kształcie kropli). Gdy za cel postawiono sobie pokonanie magicznej granicy 200 km/h, zyskano jeszcze głębszą wiedzę. Zauważono przede wszystkim, że opór powietrza wcale nie rośnie proporcjonalnie do prędkości. Zwiększenie jej o 10 % wymaga wzrostu mocy silnika aż o 33 %. Efekt był taki, że BMW 500 Kompressor, na którym Ernst Henne pobił rekord prędkości w 1937 r. (279,5 km/h), został całkowicie obudowany. Jego kształty porównywano do jajka.

Po wojnie badania aerodynamiczne motocykli nabrały tempa, ale nadal wykorzystywano je  do tworzenia jednośladów wyczynowych. Własny tunel aerodynamiczny wybudowało włoskie Moto Guzzi, które mocno inwestowało w sport, podobnie jak niemieckie NSU, brytyjski Norton czy włoska MV Agusta. Początkowo wzorowano się na zwierzętach, stąd słynny „nos słonia” w Nortonie czy „pysk delfina” w NSU. W latach pięćdziesiątych XX w. wyniki prac aerodynamicznych osiągnęły niebywały poziom. W NSU Rennfox uzyskano współczynnik oporu powietrza Cx na poziomie 0,197, co sprawdzono nowocześniejszymi metodami trzydzieści lat później przy wykorzystaniu egzemplarzy muzealnych. To wynik lepszy, niż we współczesnych bolidach klasy Grand Prix i Superbike (nieco powyżej 0,20). Według teoretycznych obliczeń w NSU Rennfox do osiągnięcia prędkości 200 km/h wystarczy silnik o mocy 24 KM. Dobre wyniki osiągnęło także Moto Guzzi, które wyposażając w obszerną obudowę model V8, potrafiło rozpędzić go do prędkości 280 km/h przy mocy silnika 80 KM. Na początku lat sześćdziesiątych XX wieku pod względem aerodynamiki brylował Bianchi 500 z wynikiem Cx = 0,258.

Nie tylko sport

Pierwszym dobrym wynikiem w motocyklu seryjnym był Cx = 0,341, uzyskany w Ducati 750 SS (1973 r.). Lepszy niż w skonstruowanym 13 lat później Kawasaki GPZ 1000 RX. Korzyści z aerodynamicznych przemyśleń konstruktorów pojawiły się wreszcie na zwykłych drogach. Każdy nabywca jednośladu mógł z nich korzystać. Tyle tylko, że uzyskanie tak dobrego współczynnika łączyło się z koniecznością leżenia na zbiorniku paliwa. A taka pozycja za kierownicą może być utrzymywana tylko przez pewien czas. Przełom nastąpił w 1976 r., gdy BMW pokazało światu R 100 RS, pierwszy seryjny motocykl z pełną obudową. Uzyskany współczynnik Cx nie był może rewelacyjny (0,435), ale uzyskano go przy nieznacznie pochylonym kierowcy. Nawet w pełni wyprostowana górna część ciała prowadzącego pogarszała wynik tylko nieznacznie.

To co uzyskano w BMW ponad 30 lat temu stanowi obecnie normę w przemyśle motocyklowym. Współczynnik Cx z kierowcą w pozycji leżącej wynosi dla Suzuki Hayabusa 0,48, a dla Suzuki GSX-R 750 0,49. W przypadku typowo turystycznego BMW K 1200 LT jest to nawet 0,57. Dla pokonania oporów powietrza przy prędkości 200 km/h współczesny motocykl sportowy potrzebuje ok. 47 KM, a jednoślad o turystycznym charakterze ok. 80 KM. Pod względem oporów powietrza najgorzej wypadają motocykle typu enduro, głównie ze względu na dużą wysokość i wyprostowaną sylwetkę kierowcy. Współczynnik Cx sięga w nich 0,55 – 0,60, a przecież Cx w pierwszym na świecie drewnianym motocyklu Daimlera wynosił 0,667.

Powietrzne zależności

Zagadnienia związane z aerodynamiką motocykla są niezwykle skomplikowane. Opór powietrza zależy od wzrostu kierowcy, jego pozycji za kierownicą, konstrukcji motocykla (kształt obudów, zakres zabudowy kuframi, układ silnika). Czynnikiem decydującym jest jednak powierzchnia czołowa. W motocyklach turystycznych może przekraczać 1 m2, w sportowych maszynach klasy wyższej sięga 0,45 – 0,50 m2. Powierzchnia czołowa nie przekłada się jednak bezpośrednio na współczynnik oporu powietrza. W Suzuki Hayabusa z kierowcą w pozycji leżacej powierzchnia czołowa ma 0,69 m2, podczas gdy Yamaha YZF-R1 legitymuje się wartością 0,67 m2. Współczynnik oporu powietrza w Suzuki jest jednak lepszy i wynosi 0,48, a w R1 aż 0,51. Rozmaite jest również oddziaływanie na prowadzenie motocykla. Ważnym czynnikiem ujemnym związanym z aerodynamiką jest tutaj zjawisko odciążania przedniego koła. Wartość odciążenia może sięgać nawet 25 kg. Jeśli pełne obciążenie przedniego koła wynosi ok. 140 kg, łatwo obliczyć, że docisk zostaje zmniejszony aż o 18 %. Precyzja prowadzenia musi się pogorszyć, kierowca z pewnością to odczuje. W innym motocyklu odciążenie sięga 17 kg, a pełne obciążenie wynosi blisko 200 kg. Docisk zmniejsza się więc o ok. 9 %, pogorszenie własności jezdnych osiąga mniejszy poziom.

Duże różnice notuje się również w zakresie generowania hałasu przez strugi opływającego jednoślad powietrza. W motocyklu turystycznym poziom hałasu przy prędkości 100 km/h sięga 80 dB, a przy prędkości 180 km/h około 97 dB. W motocyklu sportowym wartości te mogą wynosić odpowiednio 102 i 116 dB. Wszystkie te dane dowodzą, że w zakresie aerodynamiki trudno pokusić się o teoretyczne wyliczenia. Skuteczniejsze są praktyczne badania w tunelach aerodynamicznych, które pozwalają dopracować każdy detal konstrukcji i uzyskać najbardziej optymalne parametry. Jedyne, co można przewidzieć nawet bez badań, to przydatność choćby niepełnych owiewek. Założenie osłony z szybą pozwala jeździć szybciej i bardziej komfortowo. W motocyklach klasy średniej zysk na prędkości maksymalnej może sięgnąć 10 km/h, a w klasie wyższej nawet 15 km/h.

Polski ślad

Poziom badań aerodynamicznych w przemyśle motocyklowym jest dzisiaj podobny jak przy tworzeniu samochodów. W precyzyjnych obliczeniach inżynierów wspiera zaawansowana elektronika pomiarowa. Dawniej trzeba było polegać często na przyrządach mechanicznych lub mechaniczno – elektrycznych. W tamtych czasach, a konkretnie w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku, nawet w Polsce dokonywano zaawansowanych badań aerodynamicznych. Przemysł motocyklowy miał się wówczas w naszym kraju całkiem nieźle, a takie konstrukcje jak Gazela dobrze rokowały na przyszłość. To właśnie Gazelę badano w tunelu aerodynamicznym Instytutu Lotnictwa w Warszawie. Tunel miał konstrukcję zamkniętą i przestrzeń pomiarową o średnicy 5 m.

Pomiarów dokonywano przy pomocy sześcioskładowej, odgórnej wagi aerodynamicznej, a siłę nośną, opór i moment odchylający mierzono dynamometrami masowymi. Do mierzenia sił bocznych służyły czujniki tensometryczne, a momenty pochylające notowano wagą magnetoelektryczną. To wszystko uzmysławia, jak wiele wartości trzeba zmierzyć i jak wiele czynników trzeba wziąć pod uwagę. Dodajmy, że cały zestaw badań trzeba powtarzać po zamontowaniu lub zdemontowaniu najmniejszego detalu. Każdy szczegół konstrukcji może mieć bowiem znaczenie. Przy okazji wspomnień o tunelu aerodynamicznym Instytutu Lotnictwa warto przypomnieć, że współczynnik oporu powietrza dla modelu M 17 Gazela wyniósł 0,17 bez kierowcy i 0,51 z kierowcą.

Taniej i wygodniej

Znaczenie aerodynamiki jest tym większe, im szybszy jest motocykl. Dla powolnych jednośladów niższych klas albo dla klasycznych pojazdów typu cruiser lub chopper nie ma ona aż tak wielkiego znaczenia, chociaż szyby ochronne są mile widziane przez wielu użytkowników. Wystarczy przecież przekroczyć granicę 100 km/h, by zacząć mierzyć się z dokuczliwym naporem powietrza. W motocyklach, które „tną” powietrze z prędkościami 200 km/h i więcej, aerodynamika ma ogromne znaczenie. Dopracowanie sylwetki jednośladu najlepiej mogą zatem docenić bywalcy torów wyścigowych (prędkości sięgają 350 km/h) albo użytkownicy niemieckich autostrad (w miejscach bez ograniczeń prędkości). Trzeba jednak pamiętać, że zdobycze aerodynamiki nawet w tańszych i nie najszybszych jednośladach procentują. Przekładają się w codziennej eksploatacji na lepsze osiągi, niższe zużycie paliwa, wyższy komfort jazdy, lepsze własności jezdne. Efektów walki z oporem powietrza nie należy zatem lekceważyć.

KOMENTARZE


REKLAMA