Dariusz DoboszRozwój motocykli, idący w kierunku zwiększania prędkości i obniżenia kosztów użytkowania, stwarza potrzebę przeprowadzania różnych badań, również aerodynamicznych. Mniejszy współczynnik oporu powietrza gwarantuje mniejsze zużycie paliwa i większą prędkość maksymalną przy tej samej mocy silnika. Prawidłowy opływ strug powietrza eliminuje możliwość powstawania niekorzystnych drgań układu jezdnego, poprawia zatem stabilność pojazdu i wpływa na wzrost komfortu jazdy.
Badania aerodynamiczne są szczególnie potrzebne w przypadku bardzo szybkich jednośladów, gdy opory toczenia stanowią znikomy procent oporu stawianego przez powietrze. Wagę tego problemu zaczynają również rozumieć konstruktorzy lekkich i niezbyt szybkich jednośladów, widząc w odpowiednio wyprofilowanych obudowach drogę do „zaoszczędzenia” mocy jednostki napędowej. Jej lwią część pochłania właśnie pokonanie oporów powietrza.
Powstające podczas jazdy siły aerodynamiczne powodują zmianę nacisku kół na podłoże, a tym samym zmianę własności jezdnych. Takie zagrożenie istnieje również ze strony dodatkowych elementów mocowanych w motocyklu, mogą one zakłócić założony przez konstruktorów porządek aerodynamiczny. Należy zatem przestrzegać zasady montowania jedynie sprawdzonych, atestowanych owiewek i kufrów oraz prędkości, do których są przystosowane.
Osobny rozdział stanowią motocykle nieobudowane, na których kierowca sam musi zmagać się z naporem czołowego wiatru. Znaczenie ma tu nie tylko ubiór jadącego, ale również jego pozycja za kierownicą. W pierwszym przypadku fałdy i trzepoczące fragmenty garderoby skutecznie zakłócają prawidłowy opływ, w drugim ogromnej wagi nabiera fakt, czy kierowca jedzie wyprostowany, czy pochylony. Pochylenie się przez prowadzącego wpływa na zmniejszenie oporu o ok. 15%, po „położeniu się” na zbiorniku paliwa zysk wzrasta do 25%.
Nikogo niech nie dziwią różnice w publikowanych danych technicznych, zwłaszcza dotyczących prędkości maksymalnej. W początkach motocyklizmu nie zdawano sobie sprawy z rezerw, tkwiących w uporządkowanym opływie strug powietrza wokół pojazdu, dbałość o aerodynamikę była widoczna jedynie podczas prób bicia rekordów prędkości. Owiewki zakładano jednak kierowcy, a nie maszynie, prowadzący przypominał dobrotliwego krasnala, a nie gotowego na wszystko, wyczynowego zawodnika.
Z czasem zrozumiano, że tak jak w innych dziedzinach techniki wszystko powinno być podparte badaniami i obliczeniami. Jeden z pierwszych tuneli aerodynamicznych powstał na początku lat 30. w niemieckim mieście Getynga. Początki jak zawsze były trudne, ale pierwsze doświadczenia zaowocowały w końcu zbiornikami paliwa w kształcie kropli. Dopiero gdy za cel postawiono sobie pokonanie magicznej granicy 200 km/h, zauważono, że opór powietrza rośnie nieproporcjonalnie do prędkości. Zwiększenie jej o 10% wymaga wzrostu mocy silnika o 33%, a przeciez możliwości poprawy osiągów jednostek napędowych mają swoje granice.
Zaczęto inwestować w aerodynamikę, ale w niezrozumiały sposób na deski projektantów trafiły najpierw boczne i tylne części pojazdów. Powierzchnię czołową potraktowano po macoszemu, motocyklistów raczono olbrzymich rozmiarów bocznymi pokrywami i różnego rodzaju „kaczymi ogonami”. Bardziej profesjonalne podejście pojawiło się po wojnie. Takie firmy, jak NSU, DKW, Norton, MV Agusta i Moto Guzzi przestały liczyć na przypadek, ta ostatnia wybudowała nawet własny tunel aerodynamiczny. Nastały czasy wzorowania się na zwierzętach, co wyrażało się „nosem słonia” w Nortonie z 1954 r. czy „pyskiem delfina” w NSU.
Największą doskonałość osiągnął jednak NSU Rennfox (wyścigowy lis), z obszerną obudową o profilowanych wlotach powietrza. Walory estetyczne tej konstrukcji były wątpliwe, ale jej skuteczność przerosła wszelkie oczekiwania. Współczynnik oporu powietrza tego pojazdu z leżącym kierowcą wynosi zaledwie 0,197, co zostało sprawdzone nowoczesnymi metodami w latach 80., przy wykorzystaniu prawdziwych, muzealnych egzemplarzy NSU.
Jest to wynik znacznie lepszy od współczesnego Kawasaki ZZ-R 1100 (Cx = 0,30) czy Yamahy TZR 250 (Cx = 0,269). Drugi niedościgniony ideał stanowi Bianchi 500 z 1962 r., który z leżącym kierowcą legitymował się współczynnikiem Cx równym 0,258. Podobny wynik osiągają dzisiaj dwukołowe bolidy klasy Superbike i Grand Prix (Cx = 0,24-0,25). Według teoretycznych obliczeń, NSU Rennfox do osiągnięcia prędkości 200 km/h potrzebuje silnika o mocy 18 kW, współczesny motocykl seryjny aż 48 kW.
Kolejny dobry wynik pojawił się w 1973 r., a jego twórcą okazało się Ducati 750 SS, które z leżącym kierowcą ma współczynnik Cx równy 0,341. Pod tym względem jest ono lepsze od skonstruowanego 13 lat później Kawasaki GPZ 1000 RX (Cx = 0,354). Problem jednak w tym, że przecież w większości przypadków trudno zachować na motocyklu pozycję leżącą przez dłuższy czas.
Sprawą prawidłowego opływu powietrza wokół kierowcy jednośladu zajęła się po raz pierwszy poważnie firma BMW. Prace monachijskich stylistów zaowocowały obszerną obudową, wprowadzoną po raz pierwszy do produkcji seryjnej. Model R 100 RS miał Cx = 0,435, oczywiście z siedzącym kierowcą. Lepszy rezultat uzyskał K 100 RS (Cx = 0,40), z leżącym kierowcą Cx = 0,38). Warto zauważyć, jak dobrze spełniała swoją rolę obudowa modeli RS, zmiana pozycji kierującego obniżała współczynnik oporu powietrza w bardzo małym stopniu.
Równie małe różnice wykazuje Suzuki GSX-R 750 w swej pierwszej wersji (Cx = 0,41 i 0,455). Najgorzej pod względem aerodynamiki wypadają motocykle enduro. Wpływa na to przede wszystkim znaczna wysokość pojazdu i wyprostowana sylwetka kierowcy. Współczynnik Cx dla Kawasaki KLR 600 wynosi aż 0,565, wystarczy dodać, że pierwszy w historii, drewniany motocykl Daimlera ma Cx równy 0,667.
Obecnie badania aerodynamiczne jednośladów osiągnęły poziom zbliżony do tego, jaki reprezentuje przemysł samochodowy. Nie dotyczy to oczywiście naszego kraju, gdzie produkcja motocykli została pogrzebana razem z inny mi marzeniami miłośników dwóch kółek. A przecież tego typu badania przeprowadzono w Polsce już na początku lat 70., co może świadczyć, że przemysł motocyklowy rozwijał się prawidłowo, a konstruktorzy szukali szans udoskonalenia swoich prac.
Badania wykonano w Instytucie Lotnictwa w Warszawie, w tunelu aerodynamicznym o obiegu zamkniętym z otwartą przestrzenią pomiarową, o średnicy 5 m. Zakres prędkości strumienia powietrza w przestrzeni pomiarowej wynosił 60 km/h (od 70 do 130 km/h). Pomiarów dokonano przy pomocy sześcioskładowej, odgórnej wagi aerodynamicznej, a siłę nośną, opór i moment odchylający mierzono dynamometrami masowymi. Do mierzenia siły bocznej służyły czujniki tensometryczne, a momenty pochylające notowała waga magnetoelektryczna.
Ten krótki opis może w pewnym stopniu uzmysłowić, jak bardzo skomplikowane są badania oporu powietrza i jak wiele składowych trzeba uwzględnić w obliczeniach. Badaniom poddano oryginalne egzemplarze motocykli M 11 W i M 17 Gazela. Pierwszy służył jednocześnie do badania elementów dodatkowych, takich jak osłony nóg, wiatrochron „plex” oraz obudowa typu policyjnego. Kierowcę imitował specjalnie skonstruowany manekin o wzroście przeciętnego człowieka (172 cm), przystosowany do zmian postawy. Ubrano go w skórzaną kurtkę, spodnie, buty i powszechnie używany wówczas, otwarty kask.
Wobec nieznacznego wpływu podłoża na motocykl zrezygnowano ze skomplikowanych urządzeń imitujących jezdnię. Zastąpiono je zwykłą, stałą płytą, która dała niewiele większy błąd pomiaru niż ruchoma taśma. Płytę wzmocniono dwiema kratownicami w celu zwiększenia sztywności i zapobieżenia uginaniu. Wycięto w niej również otwory, w których poprowadzono druty do podwieszenia motocykli. System taki umożliwił obracanie się pojazdów podczas pomiarów z bocznym wiatrem.
Współczynnik oporu powietrza dla M 11 W i M 17 Gazela, bez dodatkowych osłon i kierowcy, wyniósł 0,17. Pomiary z kierowcą, równiez bez elementów dodatkowych, wykazały, że sylwetka prowadzącego powoduje prawie trzykrotny wzrost wartości Cx. Poważny wzrost oporu zanotowano również po zamontowaniu osłon nóg. W tym przypadku opór wzrasta o 25% w stosunku do układu motocykl-kierowca. Zastosowanie wiatrochronu policyjnego wpływa na zmniejszenie współczynnika Cx o ok. 5,5%, a zamontowanie osłony typu „plex” o ok. 15%. Tak znaczne różnice wskazują, że osłony do motocykli policyjnych były niedopracowane pod względem aerodynamicznym.
Publikacji na temat badań aerodynamicznych motocykli nie ma zbyt dużo, problemy te traktuje się marginesowo. Niezwykle rzadko mamy okazję zapoznania się z pracami nad sylwetkami jednośladów, prowadzonymi przez wielkie koncerny. Cóż, każdy jak może strzeże swych tajemnic, szkoda jednak, że tak ciekawa tematyka znajduje niewiele miejsca w prospektach i katalogach. Szkoda również, że w badaniach Instytutu Lotnictwa nie uwzględniono wpływu na aerodynamikę kasku typu „orzeszek”.