[ X ]

Kontynuując korzystanie z naszej strony internetowej (również poprzez zamknięcie tego komunikatu), wyrażasz zgodę na przetwarzanie Twoich danych osobowych na zasadach wskazanych w "Polityce prywatności"

Kontynuuj przeglądanie

REKLAMA
PODZIEL SIĘ

OCEŃ
1.5

Moc powietrza. Aerodynamika motocykla.

powietrza (najczęściej) nie widać i nie czuć. Wystarczy jednak rozpędzić się, by poczuć, jak wielki opór potrafi ono stawić jadącemu motocyklowi.

Odpowiedź na pytanie, po co motocykl sportowy potrzebuje silnika o mocy 200 KM, jest z fizycznego punktu widzenia banalnie prosta: po to, by rozpędzić maszynę i pokonać opór powietrza. To drugie jest co najmniej tak samo ważne, jak to pierwsze, bo największa część oporów związanych z ruchem motocykla to właśnie opory stawiane przez powietrze. Opór toczenia opon, straty wywołane tarciem wewnętrznych elementów silnika, opór pracy łańcucha napędowego i łożysk kół jest w sumie niewielki. Straty te można zmierzyć na hamowni. Po wyciśnięciu z silnika maksymalnej mocy na ostatnim biegu rozłącza się sprzęgło i w ten sposób mierzy opory ruchu. Z reguły mieszczą się one między 7 a 9%. Trzeba do tego dodać opory ruchu stawiane przez przednie koło. Tak czy inaczej wynika z tego, że do przezwyciężenia oporu powietrza potrzeba około 90% mocy silnika!

Im mniejszy opór powietrza, tym łatwiej uzyskać wyższe prędkości. Motocykle mają tę przewagę nad samochodami czy innymi dwuśladami, że są małe. Mówiąc dokładniej, stawiają mały opór aerodynamiczny. Dzisiejszy motocykl z 200-konnym silnikiem bez problemu rozpędzi się do prędkości około 300 km/h. Seryjny samochód osobowy o takiej samej mocy może pojechać już tylko jakieś 230 km/h. Wniosek jest prosty: im większa jest powierzchnia czołowa pojazdu, tym większy stawia ona opór, a więc tym pokaźniejsza część mocy silnika jest potrzebna, by rozpędzić pojazd do danej prędkości.

 

OPORY POWIETRZA W MOTOCYKLU
Czerwone słupki pokazują siły oporu pojawiające się w konkretnym obszarze. Niebieska linia to wypadkowa wszystkich oporów. Wszyscy producenci testują motocykle w tunelu aerodynamicznym, dzięki czemu wiadomo, które elementy maszyny stawiają największy opór przepływającemu powietrzu. Potem do akcji wkraczają specjaliści od aerodynamiki, którzy dwoją się i troją, aby te opory jak najbardziej zredukować.

 

Zobacz też: Motocykl z silnikiem helikoptera

 

Przepływ powietrza

Jest i druga strona medalu: przepływ powietrza. Konstrukcja motocykla, jego owiewki pocięte wlotami powietrza, wystające stelaże i błotniki – to wszystko powoduje zawirowania powietrza. Najlepiej byłoby, gdyby poruszający się pojazd wywoływał jak najmniej zawirowań powietrza, czyli zapewniał przepływ laminarny. Powstające zawirowania, nazywane przepływem turbulentnym, są przyczyną stawiania przez pojazd większego oporu, a przez to potrzebuje on większej mocy do przyspieszania. Opór stawiany przez poruszający się pojazd jest nazywany współczynnikiem oporu aerodynamicznego i oznacza się go jako Cx.

Konstruktorzy motocykli wyścigowych już w połowie ubiegłego wieku dostrzegli zalety dopracowanej aerodynamiki. Zaczęli od tego, że osłaniali przednie koło i zmuszali zawodnika do przyjmowania niemal leżącej pozycji za kierownicą. W ten sposób uzyskano zmniejszenie powierzchni czołowej, ale też laminarny przepływ powietrza wokół sporej części motocykla. Rekordy bite przez maszyny z tamtych lat nawet dzisiaj robią wrażenie. Na przykład Moto Guzzi V8 o mocy zaledwie 78 KM już w latach 50. potrafiło osiągnąć na prostej toru w Spa prędkość 286 km/h.

Wróćmy jednak do współczesnych motocykli. Powierzchnia czołowa Yamahy YZF-R1 wynosi niemal dokładnie 0,5 m2. Mimo zastosowania owiewek, wartość Cx tej maszyny to 0,6. W najlepszych motocyklach konstruktorzy uzyskują wartość na poziomie 0,3. Dla porównania: ten sam współczynnik dla Porsche 911 Carrera F wynosi 0,29, przy powierzchni czołowej wynoszącej 2,07 m2.

Jeśli uświadomisz sobie, że moc potrzebna do pokonania oporu powietrza zależy od prędkości podniesionej do trzeciej potęgi, wtedy łatwo wyobrazisz sobie, jak duże znaczenie dla szybkiej jazdy motocyklem ma aerodynamika. Żeby podwoić prędkość jazdy, potrzebujemy ośmiokrotnie większej mocy, czyli żeby zwiększyć ją o 1%, potrzebujemy o 3% koni mechanicznych więcej. To oznacza, że motocykl o mocy 200 KM, jadący z prędkością 300 km/h, do zwiększenia prędkości o 3 km/h teoretycznie potrzebuje mocy 6 KM! Zabawa zaczyna być kosztowna! Wynika z tego, że dopracowanie współczynnika Cx i oporu czołowego ma sens.

O 11 km/h szybciej

Rysunek na powyżej pokazuje, w której części motocykla pojawiają się największe opory powietrza. Nie ma zaskoczenia w tym, że największy opór powstaje z przodu motocykla i na wysokości głowy motocyklisty. Jeśli chcesz, by maszyna jechała szybciej, możesz zmienić lub zdemontować lusterka i przyjąć bardziej aerodynamiczną pozycję za owiewką. Ludzie z BMW, którzy z S 1000 RR-a zrobili wyścigowego superbike’a, zrezygnowali z lusterek i kierunkowskazów, zaprojektowali wyższą szybę zintegrowaną z owiewką i poprowadzili owiewki w dół, prawie do wysokości tylnego koła. W ten sposób o około 10% poprawili iloczyn Cx i A (A = powierzchnia czołowa). Dzięki temu maszyna wyścigowa w porównaniu z seryjną rozwijała o 11 km/h większą prędkość maksymalną.

 

SIŁA NOŚNA
Podczas jazdy może pojawić się siła nośna. Jej efektem może być np. zmniejszenie docisku tylnego koła, co spowolni maszynę, bo część mocy pójdzie‚,,w powietrze”. Ponadto maszyna traci na stabilności. Żeby temu przeciwdziałać dokładnie sprawdza się, gdzie powstaje siła nośna, jak duża jest jej wartość i tak konstruuje motocykl, by maksymalnie zmniejszyć jej działanie.

 

Ale prędkość maksymalna to za mało, aby wygrywać wyścigi. Nie mniej ważne są zakręty, bo przecież właśnie na nich często rozstrzyga się sprawa zwycięstwa/porażki. Konstruktorzy maszyn sportowych zrozumieli to w latach 60. i zaczęli wtedy budować motocykle z mniejszymi owiewkami i krótkimi kierownicami. Z powodu dynamicznych zmian obciążeń kół i powstającej siły nośnej, przy dużych prędkościach przednie koło może być za słabo dociążone. Dlatego podczas szybkiej jazdy nie można wykorzystać całej mocy silnika, pojawiają się nerwowość w prowadzeniu oraz zbyt słabe opóźnienia podczas hamowania. To kosztuje utratę cennych ułamków sekund. Dzięki próbom w tunelu aerodynamicznym Włosi jako pierwsi zaprojektowali winglety (skrzydełka) na bokach owiewki w Panigale V4 R, które zwiększają siłę docisku. To skutkuje szybszym nagrzewaniem się przedniej opony.

Odpowiedzią na pytanie, jak duży jest udział siły nośnej unoszącej przednie koło, interesuje się m.in. BMW. Wypadkowa działania siły pokazanej na wykresie powyżej pokazuje, że siła unosząca tylne koło jest niewielka. Ponadto z przodu mamy do czynienia z niewielką siłą dociskającą. Na szczęście wymyślono aerodynamiczne wspomagacze, które są w stanie o ponad 30 kg zwiększyć docisk.

Ciekawostką jest to, że dzięki spojlerom i aerodynamicznej konstrukcji na bolid F1 jadący z prędkością 160 km/h działa siła docisku równa mniej więcej masie auta, czyli 750 kg! Czyli teoretycznie mógłby jechać on po torze do góry kołami, ale tylko teoretycznie, bo przecież silniki i skrzynie biegów nie są przystosowane do pracy w takich warunkach. 

Żeby było jeszcze trudniej, strumień powietrza nie może opływać maszyny idealnie, perfekcyjnie. Gdyby tak było, przy dużych prędkościach trudno byłoby wejść motocyklem w zakręt, a na szybkich naprzemiennych winklach stawałby się on mało poręczny. Zawodników wspomagają w takiej sytuacji otwory nawiercone w owiewkach, które wytwarzają odpowiednie zawirowania.

Skomplikowany problem

Jak widać, problem aerodynamiki jest bardzo skomplikowany. A przecież w tych rozważaniach nie uwzględniliśmy kwestii ochrony przed pędem powietrza, szumów, przepływu powietrza przez chłodnicę czy wpływu temperatury na aerodynamikę.

 

 

 

 

REKLAMA

REKLAMA

 

SYMULACJA KOMPUTEROWA
Zanim motocykl trafi do tunelu aerodynamicznego, za pomocą programów komputerowych symuluje się przepływ powietrza wokół niego. Na grafice widać, jak zachowują się strugi powietrza przepływające przez chłodnice dużego GS-a.

 

Zobacz też: Jazda motocyklem w deszczu, na co uważać, czego nie robić

 

POMIARY W TUNELU
Zanim motocykl trafi do tunelu aerodynamicznego, za pomocą programów komputerowych symuluje się przepływ powietrza wokół niego. Na grafice widać, jak zachowują się strugi powietrza przepływające przez chłodnice dużego GS-a.

 

zobacz galerię

Zobacz również:
Jeśli lubisz grzebać przy motocyklu, wiesz, że są narzędzia niezastąpione. Są też takie, z którymi byłoby po prostu łatwiej. Prezentujemy kilkanaście narzędzi i urządzeń, które warto mieć w garażu.
ZOBACZ WIĘCEJ

Komentarze

 
DODAJ KOMENTARZ
REKLAMA
ZOBACZ RÓWNIEŻ Zamknij