טכנוקרט: על אווירודינמיקה ומקדם גרר

אווירודינמיקה. נושא בעל משמעות גדולה עבורי. לפני עשרים וחמש שנה, הטור הטכני הראשון שלי במגזין מוטו ז"ל עסק באווירודינמיקה, אז אולי ראוי לסגור מעגל קטן?

כדי להתאפס על הקונטקסט שבו נכתב אותו טור ראשון, די אם נציין שהאופנועים החמים של אותם ימים היו דינוזאורים כמו ה FZR1000 או GSX-R1100/750, וקטגוריית ה-600 נולדה בסך הכל שנתיים קודם כן. הרבה מים וג'יפה זרמו בעמדות רחצת האופנועים מאז, וכמעט בכול תחום טכנולוגי שאפשר לדמיין הקדמה (שכבר אז נראתה לנו מאוד קדימה…) טרפה שוב ושוב את הקלפים. 600-ים של היום מפתחים הספקים של 1,000 דאז בזמן ש-1,000 של היום שוקלים כמו 600-ים של אז. שלא לדבר על כל האלקטרוניקה שהפכה את השליטה והרכיבה על כלים שנושקים ל-200 כ"ס לקלה יותר מאשר ריסון של 130 כ"ס 'חייתיים' של אז.

והנה, אם יש תחום אחד שבו לעניות דעתו של הטכנוקרט ממש לא הלכנו קדימה, ואם ארצה להיות מעצבן אז אפילו הלכנו אחורה, הרי שזוהי האווירודינמיקה של אופנועים. בואו נתחיל למשל מתת הנושא החשוב והיותר פופולרי של התנגדות האוויר, או במילים אחרות – הכוח העיקרי המעכב אופנוע בעת שהוא נוסע במהירות גבוהה בקו ישר. הפיירינג של ייצור אנכרוניסטי כמו R1100 היה הרי מין דבר שמנמן, נפוח וגמלוני, בזמן שהפיירינג של הדור האחרון של אופנועי הסופרספורט חד כמו סכין ונראה כאילו יחתוך את האוויר בוויש אחד תוך קציצת פרודות האוויר המעצבנות לפיסות קטנות. רק מה, את האוויר, מין ייצור פז"מניק שכזה, לא ממש מעניין אם הפיירינג החדשני פוסל על ידי איזה מעצב שהושפע באופן בלתי הפיך מצעצועי וסרטי טרנספורמר.

אם נפרק את נושא התנגדות האוויר לגורמים נמצא שדווקא הסיבה הראשונית – התנגדות האוויר הנוצרת כתוצאה משטח הפנים הכולל – הוא לא משהו שאפשר בכלל לשפר כל כך בקלות. שטח הפנים של אופנוע נובע בעיקרו מייעודו – סופרספורט, תיור, דו"ש, והתנוחה שבה הרוכב מקובע מכתיבה במידה רבה את השטח אשר 'מתנגש' באוויר. כיוון שאנחנו לא נעשים קטנים או נמוכים יותר, בתחום הזה לא צפוי שיפור, ואם מאוד מסקרן אתכם הרי שהמספרים ידועים למדי: לאופנועי סופרספורט אנחנו מדברים על אזור ה-0.6 מ"ר בזמן שאופנוע ספורט-תיור עם תנוחה די זקופה יכול להתקרב גם למטר רבוע שלם. כל עוד לא נאמץ שינויים קיצוניים בתנוחת הישיבה, המספרים הללו, שהם הבסיס לחישוב התנגדות האוויר, לא הולכים להשתנות. אבל מה לגבי הצורה שאנחנו נותנים לשטח הפנים הזה? כבר בראשית ימי התעופה היה מי שעשה מדידות וניסויים וראה מהר מאוד שאם על פלטה בשטח X נשים מעטה מעוגל מלפנים ומחודד מאחור, צורת הטיפה הקלאסית, הרי שהתנגדות האוויר של גוף כזה תהיה רק אחוזים בודדים מזו של הלוח המקורי.

ברוכים הבאים אם כן לקונספט של מקדם הגרר של גוף. בתחום האופנועים אף אחד לא מדבר עליו יותר מדי (תכף תבינו למה), אבל בתעשיית המכוניות זה נתון שמצוין לפעמים אפילו בנתוני המכונית. ככל שהמספר הזה יהיה נמוך יותר, פירוש הדבר שהגרר של הגוף לאחר שהוא נורמל לשטח שלו יהיה נמוך יותר. למי שלא אוהב הגדרות מדעיות, הרי שמקדם גרר, המכונה Cd (ר"ת Coeficient Of Drag), יודע להגיד עד כמה הגוף עליו אנחנו מדברים טוב מבחינה אווירודינמית.

כדי להתחיל להבין למה הטכנוקרט מאוכזב מהמצב העגום של אווירודינמיקה של אופנועים, בואו ניגש למספרים. מכוניות רבות כיום יכולות להתפאר במקדמי גרר של 0.3 וגם פחות. ואיפה אנחנו? לא בטוח שאתם רוצים לדעת… האופנוע בייצור סדרתי שנחשב לאווירודינמי ביותר שבנמצא הינו ההיאבוסה של סוזוקי, ובמקרה הטוב הוא יכול להתגאות במקדם גרר של 0.5, שזה מקדם גרר של משאית קלה או איזה טנדר דאבל קבינה. מכאן ואילך המצב עבור המתגלגלים על שניים רק מתדרדר. אפילו כלים אחרים שמהירות גבוהה היא די בקטע שלהם, כמו ה-ZX14 ולפניו ה-ZX12, מתדרדרים לאזור ה-0.6, מקדם גרר שאופייני גם לאופנועי סופרספורט.

מדוע זה קורה לנו ואיך זה שכל הצורות הסופר חדות (לכאורה) לא מצליחות להוריד את הגרר של אופנועים? נתחיל מהצד הקדמי, זה שפוגש את האוויר הנייח ומתנגש בו. יש לא מעט חילוקי דעות על ההסבר, אבל בדבר אחד אין ספק – דווקא חרטומים מעוגלים מאוד יוצרים גרר יותר נמוך מחרטומים חדים, ואם תנצלו את ההזדמנות שיש עכשיו לראות את אופנועי ה-MotoGP צבועים לגמרי בשחור בלי קשקושי צבעים שמקשים על הבנת הצורה, תוכלו לראות ששם, חזיתות פיירינגים הרבה יותר גמלוניות מכול מה שאפשר לראות באופנועי סופרספורט מייצור סדרתי.

אז חזית הפיירינג של כלי GP כמו הדזמוסדיצ'י או ה-M1 אמנם מתקרבות יותר לצורה מיטבית, אך הבעיה האמיתית של האופנוע נמצאת במתרחש כאשר הפיירינג נגמר! תחשבו על פלטה שטוחה שמנסה לפלח את דרכה באמצע האוויר, אשר גם אם נשים בחלק הקדמי שלה מין חרטום סופר מעוגל, הרי שמאחורי הפלטה ייווצר תמיד מין 'ריק' שכזה, או יותר נכון לומר אזור של לחץ נמוך אשר באופן מאוד פשוט מעכב את התנועה. אם במכונית קווי האוויר הזורמים סביבה נתמכים על ידי גוף הרכב, הרי שבאופנוע עם פיירינג ממוצע, מהרגע שהפיירינג מסתיים בערך בחצי האופנוע, אין שום תמיכה שכזו וקווי האוויר יוצרים מערבולות שמוצצות אנרגיה. אם תרצו, הסבר בהפוך על למה צורה קלאסית של טיפה היא זו שמייצרת את כמות הגרר הנמוכה ביותר. הקווים המתחברים בעדינות באזור שמאחורי נקודת שטח הפנים המקסימלי מאפשרים לקווי הזרימה לשוב ולהתחבר ללא הפרעה, ובדיעבד ליצור פחות התנגדות אוויר.

עד כמה דווקא הזווית של המשטחים בצד האחורי של הגוף משפיעה על הגרר אפשר ללמוד מהטריק הקטן שרוכבי גרנד-פרי רבים לומדים מניסויים שנעשים בתוך מנהרות רוח. שימו לב בשידורים השנה למה שהרוכבים עושים עם הישבן כאשר הם נכנסים לישורת הראשית של המסלול. מה שתראו לרוב הוא שהם מרימים אותו כלפי מעלה כדי למתן את הזווית של השיפוע אחורה של אזור הגב. אם הישבן יישאר במצבו המקורי, הרי שהשיפוע הגדול יותר באזור הגב של הרוכב יגרום להתנתקות של קווי הזרימה מעליו וייצור מערבולות מיותרות שמאטות את האופנוע.

אבל למרות חשיבותו הרבה, לא רק בנושא מהירות סופית כי אם גם בגלל ההשפעה של תצרוכת דלק ויכולת תאוצה במהירויות גבוהות, התנגדות האוויר של האופנוע הוא רק היבט אחד של אווירודינמיקה דו-גלגלית. המשך יבוא.

לחלק השני של הכתבה – לחצו כאן.