EST. 2002

A kanyarodás fizikája


Hamarosan visszavonhatatlanul beköszönt a tavasz. Minden motoros er?s késztetést érez arra, hogy el?rántsa a sufniból az átmenetileg konzervált gépeket. Az elvonási tünetekkel terhelt els? néhány hét átvészelése els?sorban önmérsékletet igényel, de hasznos lehet a biztonságos motorozásra vonatkozó ismeretek felidézése is. A cikk
(mint több más, hasonló jelleg? írás és multimédiás anyag) ebben próbál segíteni és közös elmélkedésre késztetni.

A „talpon maradás” kulcskérdése a jó tapadás. Egyértelm?vé vált, hogy napjaink els? számú problémája nem a motorer? növelése, hanem a versenygépben tomboló „er?m?” teljesítményének átvitele az aszfaltra. A MotoGp – és társai – mellett m?köd? szakm?helyek óriási energiát fektetnek ennek a problémakörnek a kezelésére, ami leglátványosabban a gumigyártók között dúló háborúban nyilvánul meg, de egyre gyakrabban hallunk a biztonságos motorozást szolgáló kipörgésgátlóról, motorvezérl? egységr?l, dinamikus súrlódás felépülését támogató Big Bang vagy Twin Pulse gyújtásvezérlésekr?l.

Nem haszontalan felidézni néhány iskolapadban szerzett ide vonatkozó ismeretünket. Meggy?z?désem, hogy a jelenségek ismerete mindig megkönnyíti az adott problémakör kezelését.
Ha megvizsgáljuk a súrlódás, a kanyarban elérhet? sebesség és a d?lésszög kapcsolatát, láthatóvá válik ezek súrlódási együtthatótól való függése.

Ha állandó sebességgel haladunk kanyarban, a gumiköpenyre átvitt centrifugális er?t a súrlódási er? ellensúlyozza. Annak feltétele, hogy ne csússzon meg a gumi, a centrifugális er? értéke nem haladhatja meg a nyugvó súrlódás értékét.

Csúszás határon:

Fs= Fc
mgS = mv2 max/R
v2max = RgS


A maximális d?lésszög értéke:

tgα = Fc/G = m v2max /R mg
tgα = v2max /Rg = RgS/Rg
tgα = S

ahol

Fs surlódási er? (N)
Fc centrifugális er? (N)
G súlyer? (N)
g gravitációs állandó (~9,81 m/s2)
R kanyarodási sugár (m)
v kanyarodási sebesség (m/s)
α d?lés szög
S súrlódási együttható

Tehát mind a kanyarban elérhet? maximális sebesség, mind a maximális d?lésszög alapvet?en a súrlódási együtthatótól függ, azzal egyenesen arányos. A fejleszt?k számára kulcsprobléma a gumiköpeny és az aszfalt közötti súrlódási együttható megnövelése.

Az aszfalt típusa, mellette a surlódási együttható és a maximális d?léssz?g (fok)

Versenypálya 1,60 – 58°
Érdes aszfaltburkolat, 1,20 – 50°
Normál aszfaltburkolat, 0,90 – 42°
Sima aszfaltburkolat, 0,70 – 35°
Macskak? burkolat, 0,50 – 27°
Nedves por, 0,30 – 17°

Ennek értékét a kapcsolódó anyagok tulajdonsága határozza meg. Kedvez?, ha az aszfalt felülete érdes, valamint olyan tulajdonságokkal rendelkez? gumikeveréket kell kifejleszteni, mely biztosítja a gyorsításhoz, fékezéshez, kanyarodáshoz szükséges nagy tapadást. A problémát nehezíti, hogy a körülmények – gumi h?mérséklete, aszfalt érdessége, nedvessége – folyamatosan változnak, és ezeket az extra körülményeket minél szélesebb tartományban kell biztosítani. Néha ellentétesen ható feltételeknek kell megfelelni. Ilyen például a hosszú élettartam igénye, illetve az aszfalt egyenetlenségeibe jól „kapaszkodó” lágy szerkezet? – ezért gyorsan „elfogyó”- anyag biztosítása.

Természetesen nem készíthet? minden körülmények között ideálisan viselked? keverék, de jól kezelhet? ez a probléma úgy, hogy a gyártók a változó feltételekhez más-más gumitípus kínálnak. A különböz? keverékekkel követhetjük az aszfalt h?mérséklet néhány fokos változását, készülnek mindössze néhány kört elvisel? nagyon puha kvalifikációs gumik. Egészen más a vizes és százaz aszfaltra szánt anyag összetétele, s?t mintázata is. Az aquaplaning jelenség (kerék felúszása a vízpárnára) elkerülése érdekében a vizes köpenyek mély vízkidobó hornyokkal készülnek, míg száraz felületen a teljesen sima slick gumik adják a legjobb tapadást.

A motoros feladata a létez? gumikínálatból az ideális keverék kiválasztása. Nem olcsó mulatság a mindig jó állapotú, a körülményeknek leginkább megfelel? gumi el?teremtése, de el?bb utóbb mindenki rájön, hogy ezen nem szabad spórolni. Tudni kell, hogy a gumiköpeny tulajdonságai nagyban változnak a h?mérséklettel. Az optimális értékeket üzemi h?mérsékleten érik el. H?vös szezon eleji körülmények között elengedhetetlen a gumi melegít? használata. Fontos az el?írt töml?nyomás betartása. Hosszabb szünet, vagy ismeretlen pálya esetén kiemelt figyelmet érdemel a súrlódás színpadának passzív résztvev?je, az aszfaltcsík. A nyomvonalán kívül fel kell térképezni felszíni jellemz?it, az egyenetlenségeket és a különböz? tapadású részeit.

A jó gumiválasztás után üljünk motorra, de térjük vissza egy pillanatra a fizikához. Eddig a centrifugális és súrlódó er? vetélkedésér?l beszéltünk, de szinte mindig van még egy szerepl? a küzd?téren. Ez a mozgás irányú gyorsító er? gázadáskor, illetve lassító er? fékezéskor. Érdekes következtetésekhez jutunk ezek együttes vizsgálatakor.

Kamm mérnök tanulmányozta els?ként behatóan a kerékre ható er?ket. A tapadásból adódó er?t haladási irányú és oldal irányú összetev?kre bontotta. Az oldalirányúak kanyarodás közben, a haladási iránnyal azonos komponensek gyorsításnál és fékezésnél játszanak fontos szerepet. Ezek összege nem léphet túl egy bizonyos értéket a gumi megcsúszása nélkül. Minél nagyobb a gumi centrifugális er?b?l adódó oldalirányú igénybevétele, annál kevesebb tartalék marad a motor gyorsítására, illetve fékezésére.
A Kamm diagrammból jól követhet? az oldalirányú és mozgás irányú er?k aránya. Ez az összefüggés nem lineáris. Például, ha közepes tempónál az oldalirányú er? kb. a tapadás felét éri el – ez nagyjából 30°-os d?lésszögnek felel meg – a kerületi er?k 85 százalékát használhatnánk fékezésre vagy éppen gyorsításra. Az extrém, 60° közeli d?lésszögeknél az oldaler?-tartalék 99 százalékát használjuk fel. Gyorsításhoz még a tapadás nagyjából 10 százaléka áll rendelkezésünkre.


A tanulság tehát, hogy a tapadást mindig meg kell osztani az oldalirányú és mozgásirányú er?k között. A meglep? azonban az, hogy szinte maximális kanyarsebesség esetén is marad 10 százaléknyi tartalékunk gyorsításra, fékezésre.

A gyakorlatban ennek a tartaléknak illetve a kanyarodás közbeni gázkezelésnek óriási jelent?sége van. Versenypályán ugyanis mindenki csúszáshatáron motorozik, de egyre többen csúsztatják kontroll alatt tartva a motor hátsó kerekét. Ett?l a pillanattól a megcsúszásig ható tapadási súrlódást a kisebb mérték? mozgási (kinematikus) súrlódás váltja fel, a hátsó kerék nem csak gördül, hanem csúszik is az aszfalton a küls? ív irányába. A megcsúszás pillanatától nagyon hatásos eszközzé válik a szakzsargonban stabilizációsnak nevezett gázadás. Egyrészt azért, mert a csúszó kerékre ható ered? er? irányát kedvez?en változtatja meg. A gázadás nélkül kanyarvételnél keletkez?, a kanyar sugarával azonos irányú centrifugális er? a motort kereszt irányba sodorja. Gázadás hatására az ered? er? elhajlik a mozgás irányába, csökken a fajlagos oldalirányú sodródás. Másrészt azért, mert egy finoman adagolható eszközt kapunk a csúszás kontrollálására. Meglep?, de látjuk, hogy a megfelel?en adagolt gáz növeli a motor stabilitását. Ezt a technikát – természetesen kisebb kockázattal — el?szeretettel alkalmazzák a supermotoban. Nem szabad azonban ezzel az eszközzel visszaélni. A gyorsítás nem eredményezheti az els? kerék tapadásának elvesztését.

Érdemes pár szót ejteni a kiülésr?l is. A motor valóságos d?lésszöge nem azonos, az elméletileg számított értékkel (tga = Fc/G) mely a tömegközéppont és forgáspont által meghatározott egyenesre vonatkozik.
Ennek az az oka, hogy kanyarodás során a billenés forgáspontja a motor döntése miatt kivándorol a gumiköpeny közepér?l a szélére. Egy 180 mm széles gumiköpeny esetén ez 90, 190-es guminál 95 mm- es forgáspont eltolódást jelent, ami a szükséges motor döntést 6-8 fokkal megnöveli. Ez az érték annál nagyobb minél alacsonyabban van a versenyz? és a motor közös súlypontja és minél nagyobb a forgáspont elmozdulása. Egy újabb paradoxon! Nem az alacsony, hanem a magas ülésmagasságú motort kell kevésbé dönteni! Sokan állítják, hogy nagyobbat lehet a széles gumival dönteni. Látjuk, hogy nem lehet, hanem kell! Ezzel egészen addig nincs probléma, amíg van hova dönteni. A majrécsík jól jelzi ennek határait. A gumi peremen való túldöntésnél azonban lecsökken a felfekv? gumifelület, és ezzel a tapadás is.
Itt kap kitüntetett szerepet a kiülés, mert ezzel a motor tengelye visszabillenthet? a pilóta és a motor közös tömegpontjának ívbels? felé való elmozdításával. A fentiekb?l egyértelm?en következik, hogy hiba a kiülés látvány miatti öncélú forszírozása a majrécsík elt?nése el?tti sebességtartományban.

A cikket rendelkezésünkre bocsátotta Németh László és Németh Balázs. Köszönjük!

ugrás fel