BMW: Πατέντες για περισσότερο Downforce χωρίς φτερά

Εξισορροπώντας τον αέρα
BMW M1000RR Competition 2023
Μπάμπη Μέντη
Από τον

Μπάμπη Μέντη

1/2/2024

Η αεροδυναμική των φαίρινγκ έχει γίνει στις μέρες ένα από τα βασικότερα στοιχεία μιας αγωνιστικής μοτοσυκλέτας των MotoGP και σιγά-σιγά η τεχνογνωσία των κατασκευαστών περνά και στις superbike παραγωγής, η οποίες αποτελούν τη βάση των μοτοσυκλετών που συμμετέχουν στο WSBK. Προφανώς είναι δύσκολο να βάλεις το ίδιο ακριβώς φαίρινγκ μιας πρωτότυπης μοτοσυκλέτας των MotoGP σε μια superbike παραγωγής, καθώς στις μοτοσυκλέτες παραγωγής υπάρχουν περιορισμοί που αφορούν την πρακτικότητα και την νομοθεσία για την ασφαλή κυκλοφορία στους δημόσιους δρόμους. Επίσης στις μοτοσυκλέτες των MotoGP μπορεί να αλλάξεις τα αεροδυναμικά χαρακτηριστικά του φαίρινγκ ανάλογα την πίστα και τις συνθήκες, κάτι που δεν είναι πρακτικά εφικτό σε μια μοτοσυκλέτα παραγωγής.

BMW M1000RR Competition Serres

Έτσι τα φτερά των καινούριων superbike είναι σαφώς λιγότερα και μικρότερα σε μέγεθος από των MotoGP και φυσικά επηρεάζουν σε μικρότερο βαθμό τη συμπεριφορά της μοτοσυκλέτας, ώστε να μην έχουν αρνητικές επιπτώσεις όταν αλλάζουν οι συνθήκες.

Η BMW το 2023 πρόσθεσε στη γκάμα της μια καινούρια έκδοση της M1000RR που ονομάζει Competition και ο μοναδικός λόγος ύπαρξής ήταν να πάρει την σχετική έγκριση της FIM για χρήση ενός νέου φαίρινγκ με πολύ μεγαλύτερα φτερά από της “απλής” M1000RR στο παγκόσμιο πρωτάθλημα SBK.

Το συγκεκριμένο φαίρινγκ του Competition Pack που μπορεί να μπει σε οποιαδήποτε S1000RR/M1000RR Gen2, προσφέρει επιπλέον downforce αλλά ταυτόχρονα και μικρότερη αεροδυναμική αντίσταση, αυξάνοντας την τελική ταχύτητα της μοτοσυκλέτας!

Οπότε το κλισέ πως τα φτερά αυξάνουν την αεροδυναμική αντίσταση είναι μεν λογικό, αλλά δεν αποτελεί τον κανόνα σε όλες τις περιπτώσεις.

Τώρα η BMW κατέθεσε άλλη μια πατέντα που αφορά την αεροδυναμική των φαίρινγκ και επικεντρώνεται κυρίως στη συμπεριφορά του αέρα όταν η μοτοσυκλέτα είναι πλαγιασμένη μέσα στη στροφή.

Όπως είναι λογικό, τα φτερά προσφέρουν αναλογική κάθετη πίεση δεξιά-αριστερά όταν η μοτοσυκλέτα είναι όρθια, αποτρέποντας τις σούζες και σταθεροποιώντας τη μοτοσυκλέτα στις υψηλές ταχύτητες.

BMW M1000RR Competittion Serres Circuit 2023

Όταν όμως πλαγιάζει και το φαίρινγκ πλησιάζει κοντά στην άσφαλτο και ταυτόχρονα το σώμα του αναβάτη βγαίνει από τη σέλα, αλλάζοντας το σχήμα της μοτοσυκλέτα από την εσωτερική πλευρά, η ροή του αέρα δεν είναι πλέον συμμετρική στις δύο πλευρές του φαίρινγκ.

Αυτή η διαφοροποίηση της ροής του αέρα δεξιά-αριστερά δημιουργεί παρενέργειες στη λειτουργία των φτερών, με αποτέλεσμα η μοτοσυκλέτα να μεταβάλει τη συμπεριφορά της.

Επίσης η BMW παρατήρησε πως στις στροφές, στην εσωτερική πλευρά της μοτοσυκλέτας αυξάνεται κάθετη δύναμη, ενώ στην εξωτερική πλευρά της μοτοσυκλέτας μειώνεται.

Για να εξισορροπήσει όσο είναι δυνατόν τις πιέσεις που δημιουργεί η ροή του αέρα και στις δύο πλευρές του φαίρινγκ, οι αεροδυναμιστές της BMW σχεδίασαν ένα σύστημα αεραγωγών που “ρουφάει” αέρα από την μία πλευρά και τον στέλνει στην άλλη!

BMW M1000RR new AERO patent

Οι αεραγωγοί έχουν σχήμα “X” και διασταυρώνονται μεταξύ τους για να μην δημιουργείται εύκολα υποπίεση μέσα τους όταν η μοτοσυκλέτα αλλάζει απότομα κλίση από την μια πλευρά στην άλλη (π.χ. μέσα σε ένα S).

Είναι τοποθετημένοι στο κάτω τμήμα του φαίρινγκ και η εισαγωγή του αέρα γίνεται από το κέντρο του φαίρινγκ όπου έχει πάντα την μικρότερη απόσταση από την άσφαλτο και εκτονώνεται κάτω από τα μαρσπιέ του αναβάτη, όπου συνήθως είναι ένα σημείο όπου δημιουργούνται οι περισσότεροι στροβιλισμοί υποπίεσης.

Έτσι όχι μόνο εξισορροπούν την πίεση στις δύο πλευρές του φαίρινγκ, αλλά “γεμίζουν” με αέρα ένα σημείο που έχει ανεπιθύμητους στροβιλισμούς.

3

 

Οι παλιοί βρετανικοί κινητήρες ήταν σχεδιασμένοι να στάζουν λάδια! Πως έλυσαν το πρόβλημα οι Ιάπωνες

Ο σχεδιασμός που έκανε τη διαφορά
Μπάμπη Μέντη
Από τον

Μπάμπη Μέντη

19/7/2022

Όταν τα Ιαπωνικά εργοστάσια μπήκαν στο χώρο της βιομηχανίας μοτοσυκλετών και έκαναν μαζικά εξαγωγές στις χώρες της δύσης, οι πρώτες μοτοσυκλέτες που κατασκεύαζαν έμοιαζαν υπερβολικά ίδιες με τις δικύλινδρες εν σειρά μοτοσυκλέτες των βρετανών, δηλαδή τις Triumph, τις Norton και τις BSA. Η επιλογή των βρετανικών εν σειρά κινητήρων ως “πρότυπο” για τις δικές τους μοτοσυκλέτες δεν έγινε τυχαία από τους Ιάπωνες.

Ο δικύλινδρος εν σειρά είναι πολύ πιο απλός σχεδιαστικά από οποιασδήποτε άλλης αρχιτεκτονικής δικύλινδρο κινητήρα (π.χ. τους περίπλοκους ιταλικούς και γερμανικούς V2 και Boxer οι οποίοι απαιτούν διπλάσια εξαρτήματα) και αυτό παίζει τεράστιο ρόλο στο κατασκευαστικό κόστος και στην ταχύτητα των γραμμών παραγωγής. Οι Ιάπωνες ήθελαν να επιτύχουν όσο το δυνατόν χαμηλότερη τιμή (ανταγωνιστική) και να επεκταθούν όσο πιο γρήγορα γίνεται σε όλες τις αγορές του κόσμου.

Ο δικύλινδρος εν σειρά των βρετανών είχε όλα τα χαρακτηριστικά για να πετύχουν  το στόχο τους και ακριβώς για τους ίδιους λόγους είναι ο πιο δημοφιλής κινητήρας αυτή την εποχή στους μικρομεσαίους κυβισμούς και έχει κυριαρχήσει έναντι των V2 στα μοντέλα όπου η τιμή παίζει καθοριστικό ρόλο.

Αυτή η υπερβολική ομοιότητα στην εμφάνιση και στις προδιαγραφές των ιαπωνικών δικύλινδρων εν σειρά με τις βρετανικές μοτοσυκλέτες, έκανε πολλούς να λένε υποτιμητικά ότι οι Ιάπωνες απλώς φτιάχνουν “αντίγραφα” χρησιμοποιώντας τις κονσέρβες που άφησε ο στρατός της δύσης μετά τον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο.

Η αλήθεια όμως είναι κάπως διαφορετική, διότι οι Ιάπωνες γνώριζαν τις βασικές αδυναμίες των βρετανικών δικύλινδρων εν σειρά πριν ξεκινήσουν την κατασκευή μοτοσυκλετών για εξαγωγή σε όλο τον κόσμο.

Τα βρετανικά εργοστάσια μοτοσυκλετών χρησιμοποιούσαν στροφάλους με χρονισμό 360⁰, όπου τα δύο έμβολα παλινδρομούσαν μαζί δίπλα-δίπλα σαν μονοκύλινδρος. Η επιλογή αυτή έγινε λόγω της δυνατότητας που σου δίνει να χρησιμοποιείς ένα κοινό καρμπυρατέρ και για τους δύο κυλίνδρους, αλλά και τη δυνατότητα να χρησιμοποιείς το ίδιο σύστημα ανάφλεξης με εκείνο των μονοκύλινδρων. Σήμερα με τους ηλεκτρονικούς ψεκασμούς και τις ECU ακούγεται αστείο, όμως τότε ήταν πάρα πολύ σημαντικό διότι η τεχνολογία ήταν ακριβή και τα εργατικά χέρια φτηνά.

Από καθαρά κατασκευαστική άποψη, οι βρετανικοί δικύλινδροι εν σειρά ήταν οι πιο απλοί και οι πιο φτηνοί στην κατασκευή από κάθε άλλο δικύλινδρο εν σειρά έχουμε δει έως σήμερα στην παραγωγή.

Μάλιστα για να απλοποιήσουν ακόμα περισσότερο τη διαδικασία παραγωγής, τα κάρτερ στις βρετανικές δικύλινδρες εν σειρά ήταν κάθετα χωρισμένα, κάνοντας πολύ εύκολη και γρήγορη τη συναρμολόγησή τους.

Όλα αυτά τα πλεονεκτήματα για τα βρετανικά εργοστάσια είχαν όμως και κάποια σοβαρά μειονεκτήματα για τους ιδιοκτήτες των βρετανικών μοτοσυκλετών.

Το πρώτο μειονέκτημα ήταν φυσικά οι κραδασμοί πρώτης τάξης λόγω της ταυτόχρονης κίνησης πάνω-κάτω των δύο εμβόλων μαζί. Πέρα από ενοχλητικοί στην οδήγηση, οι κραδασμοί πρώτης τάξης είναι “επώδυνοι” για τον ίδιο τον κινητήρα και βάζουν σε κίνδυνο την υγεία του στις υψηλές στροφές.

 

Το δεύτερο πρόβλημα ήταν οι τεράστιοι λεκέδες από λάδια που άφηναν σε όποιο σημείο τις παρκάριζες.

 

Το πρόβλημα αυτό δεν είχε καμία σχέση με την ποιότητα κατασκευής ή την ποιότητα υλικών των βρετανικών μοτοσυκλετών εκείνης της εποχής. Ίσα-ίσα που ήταν πολύ ανώτερη από των ιαπωνικών μοτοσυκλετών.

 

Το πρόβλημα ήταν ξεκάθαρα σχεδιαστικό, γι΄αυτό και παραμένει άλυτο μέχρι σήμερα και ακόμα και η πιο τέλεια ανακατασκευασμένη βρετανική μοτοσυκλέτα του ’60 και του ’70 θα αρχίσει να σουρώνει λάδια μετά από μερικά χιλιόμετρα χρήσης, όποιο σύγχρονο διαστημικό υλικό στεγανοποίησης κι αν χρησιμοποιήσεις.

 

Υπάρχουν δύο αιτίες που δημιουργούν το πρόβλημα. Την πρώτη μάλλον την έχετε ήδη βρει, αφού είναι αρκετά εύκολο να καταλάβεις πως τα κάθετα χωρισμένα τμήματα των κάρτερ μεταβάλουν διαρκώς τη δύναμη που τα κρατά ενωμένα λόγω της διαστολής και συστολής των μετάλλων όταν ο κινητήρας είναι ζεστός ή κρύος.

 

Τα πράγματα γίνονται ακόμα χειρότερα, λόγω της εσωτερικής πίεσης αέρα που δημιουργεί ο χρονισμός του στροφάλου των 360⁰, αφού τα δύο έμβολα συμπιέζουν τον αέρα μέσα στα κάρτερ όταν κατεβαίνουν ταυτόχρονα προς τα κάτω, πιέζοντας τα λάδια να βγουν έξω από τα κάρτερ.

 

Αυτή η εσωτερική πίεση αέρα μέσα στα κάρτερ που δημιουργούν τα έμβολα είναι που κάνουν τις παλιές βρετανικές δικύλινδρες εν σειρά να σουρώνουν ακόμα περισσότερο λάδια όταν ο κινητήρας αρχίζει να κρυώνει, τα μέταλλα συστέλλονται και τα λάδια βρίσκουν πιο εύκολο δρόμο διαφυγής.

Βέβαια και όταν ο κινητήρας είναι ζεστός και τα μέταλλα διαστέλλονται η κατάσταση δεν βελτιώνεται πολύ, αφού η λειτουργία του κινητήρα σε υψηλότερες στροφές αυξάνει ακόμα περισσότερο την εσωτερική πίεση.

 

Οι Ιάπωνες έλυσαν αυτά τα προβλήματα των βρετανικών δικύλινδρων εν σειρά χρησιμοποιώντας στους δικούς τους κινητήρες στρόφαλο 180⁰, όπου όταν το ένα έμβολο ανεβαίνει, το άλλο κατεβαίνει, εξισορροπώντας την πίεση του αέρα μέσα στα κάρτερ και εξουδετερώνοντας με επιτυχία τους κραδασμούς πρώτης τάξης.

 

Ταυτόχρονα, οι Ιάπωνες χώρισαν οριζόντια τα κάρτερ, οπότε το κάτω τμήμα τους αποτελεί λεκάνη και δεν υπάρχουν ενώσεις μεταλλικών επιφανειών που να επιτρέπουν διαρροές λαδιού.  

Έτσι παρά το γεγονός πως η ποιότητα μετάλλων στις ιαπωνικές μοτοσυκλέτες της εποχής δεν ήταν καλύτερη των βρετανικών, εν τούτοις λόγω της διαφορετικής επιλογής χρονισμού του στροφάλου, οι Ιάπωνες κατάφεραν να λύσουν όλα τα προβλήματα που είχαν οι βρετανικές μοτοσυκλέτες επί δεκαετίες!