Z archiwum „Świata Motocykli”: Opory powietrza. Numer 1/1995

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”.