Aerodynamica (2)
In de eerste aflevering van dit tweeluik ging het over de aerodynamica van sport- en racemotoren; nu kijken we naar toermotoren. Hiervoor gelden weliswaar dezelfde natuurwetten, maar ze worden voor andere doeleinden gebruikt. Op een toermotor telt immers vooral de beschutting tegen weer en wind.
Niet veel motorfabrikanten maken zoveel werk van de aerodynamica van hun toermotoren als BMW. De Duitse fabrikant heeft meerdere windtunnels waarin de nieuwste ontwikkelingen kunnen worden getest, waardoor er in plaats van een hoop inschattingswerk veel kan worden gemeten en verbeterd. Een tijdje terug konden we een uitgebreide reportage maken in dit techniekcentrum, waarbij we een dieper inzicht kregen in het werk van de aerodynamici daar. Tegelijk zijn er tegenwoordig zeer goede simulatieprogramma’s voor supercomputers, waardoor de noodzaak van duur windtunnelwerk steeds verder wordt beperkt. En deze programma’s zijn er niet alleen voor de BMW-ingenieurs, maar ook voor andere merken. Het beeldmateriaal in dit artikel is echter bijna uitsluitend afkomstig van BMW, omdat we daarvan het gemakkelijkst het benodigde materiaal konden krijgen.
Bij toermotoren komt het niet zozeer aan op het zoveel mogelijk verlagen van de rijweerstand en het daarmee maximaliseren van de prestaties. Het gaat hier veel meer om comfort: windbescherming, geluidsreductie en beschutting tegen regen. Om nog even het eerste deel van dit aerodynamicaverhaal in herinnering te brengen: in principe wordt er onderscheid gemaakt tussen een laminaire, rustige luchtstroming en een turbulente stroming, dus met luchtwervelingen. Het is gemakkelijk te begrijpen dat een laminaire luchtstroom langs je helm veel minder lawaai maakt dan eentje met veel turbulenties. Dat laatste was en is nog altijd een groot probleem bij ruiten op een motor. Ze moeten de winddruk wegnemen van de helm en schouders, zonder die winst aan comfort weer teniet te doen door irritant en luidruchtig schudden van je helm. Daar kun je alleen met heel uitgebreid ontwikkelingswerk iets aan doen.
Achter de kuip en ruit ontstaat bij toenemende snelheid onderdruk, waardoor de eigenlijk van je weggeleide rijwind zeer snel achter de ruit wordt getrokken en daar heftig gaat wervelen. Het eerste doel is dus om de onderdruk te regelen, dat wil zeggen: hem zo te vormen dat hij niet teveel stoort. De baanbrekende uitvinding die uit de windtunnel voortkwam: de geventileerde ruit. Van de aanstormende rijwind wordt een deel door een opening in de neus achter de ruit geleid. Deze vermindert de onderdruk achter de ruit aanzienlijk, de lucht loopt veel meer laminair om de rijder heen en ook over de helm.
Nog een ontwikkeling uit de windtunnel: de verstelbare ruit. Daarmee kan de luchtstroom voor elke rijder persoonlijk worden aangepast. Dat scheelt enorm, vooral als een ruit voor zowel iemand van 1,60 meter als voor een reus van dik twee meter moet functioneren. Bovendien wil je soms juist wel zoveel mogelijk rijwind, bijvoorbeeld op een zomerse kronkelweg, of wanneer je na een stortbui droog wilt waaien. En soms wil je juist zoveel mogelijk beschut zitten tegen kou en/of regen.
Interessant is hoe nauwkeurig vandaag de dag computersimulaties dit alles berekenen en weergeven. BMW heeft daarbij natuurlijk het enorme voordeel dat ze van hun eigen auto-afdeling kunnen profiteren. Daar is de omzet vele malen groter en kan een groot concern natuurlijk enorme hoeveelheden geld investeren. Daar is de concurrentie ook hevig en de aerodynamica van auto’s is enorm belangrijk voor het brandstofverbruik van de totale vloot, wat aan wetten is gebonden. De kleurrijke afbeeldingen laten goed zien hoe gedetailleerd de huidige simulaties al zijn. Daarmee wordt ongeveer de helft aan peperdure windtunneltijd bespaard.
Bij de windtunneltesten van regenbeschutting worden bepaalde trucs toegepast. Aan het ‘regenwater’ dat in de luchtstroom wordt gespoten, wordt bijvoorbeeld een contrastmiddel toegevoegd dat in UV-licht fel oplicht. Zo kan men nauwkeurig de weg van de waterdruppels zichtbaar maken. Inmiddels kunnen de nieuwste computerprogramma’s dat echter ook al simuleren. Daarbij gaat zeer veel werk zitten in de randen van de kuip. Die trekken het water vaak op ogenschijnlijk magische wijze aan en maken er grote druppels van, druppels die vervolgens door de wervelingen en zwaartekracht bij voorkeur in de nek van de rijder terecht komen. Hier geldt het systeem van trial & error, oftewel veel uitproberen.
Voor toermachines met royale kuipen cruciaal: rijcomfort door een gerichte afvoer van de motorwarmte. Niemand zit te wachten op gegrilde scheenbenen (of nog gevoeligere delen) in hartje zomer, iets wat met name bij langzaam rijden door de bebouwde kom een probleem kan worden. De hitte moet dus goed van de rijder weg worden geleid, ook wanneer je in de file zit en de ventilatoren staan te blazen. Dit is in het algemeen tegenwoordig nog moeilijker dan vroeger, want de huidige dikke blokken leveren veel meer vermogen en daarmee automatisch ook veel meer kilowatts aan ‘afvalwarmte’ wanneer dat vermogen wordt aangesproken. Daarom is er bij moderne toerfietsen ook onder de kuip veel ontwikkelingswerk aan luchtstroming gedaan. Verborgen luchtkanalen voeren de luchtstroom vanaf de radiateur en het blok naar achteren, voorbij je onderbenen. Ook mag de warme lucht nauwelijks langs het zadel naar boven stromen. Vooral bij V-motoren is dat een probleem, doordat de achterste cilinder(s) pal onder je tussen je benen zitten. Daardoor hebben op sommige sportmotoren (Ducati’s en KTM’s met name) al heel wat familiejuwelen het bij boemelwerk erg warm gekregen.
En het gaat niet alleen om comfort, want een goede luchtstroming door de kuip zorgt ook voor een effectievere werking van de radiateur, die dan weer minder groot hoeft te zijn voor betrouwbare koeling.
Nog even terug naar de kwestie geluid. Hier gaat het naast rijcomfort ook om het produceren van zo weinig mogelijk windgeruis voor de omgeving. In de akoestiek-windtunnel blijkt het windgeruis van een toermotor indrukwekkend. Al bij een snelheid van een bescheiden 80 km/uur maakt zo’n gekuipte motor een behoorlijke herrie, en dan hoeft de motor nog niet eens te lopen! Bij het dubbele daarvan – 160 km/uur – loeit er vervolgens een woeste orkaan. Aangezien bij de wettelijke geluidsmeting alle geluiden meetellen, is dat een niet te verwaarlozen factor. Ook op dit front geldt BMW als leider in de branche.
Je ziet: de aerodynamica van de motor is een kwestie met vele lagen. Des te ironischer is het eigenlijk dat veel motorrijders daar helemaal niet om malen. Die rijden met naked bikes en zitten vol in de wind. Daarmee rij je meestal dan ook niet zo langdurig hard, maar het voelt wel goed aan. En dat is natuurlijk ook prima!
