Aerodynamica bij BMW
De cw-waarde is bij motorfietsen niet altijd een heet hangijzer. Toch is de aerodynamica extreem belangrijk. Wind- en weerprotectie, akoestiek, rijstabiliteit – overal speelt de luchtstroom een rol. We brengen een bezoek aan de BMW-windtunnel om ons licht eens op te steken.
Er zijn motorfietsen, waarbij je er vanuit kunt gaan dat ze nog nooit een windtunnel hebben gezien. Naked bikes bijvoorbeeld. Ook menig allrounder of sommige toerfietsen kennen zo’n installatie alleen maar van horen zeggen. Dat verklaart meteen ook het lawaai en gebulder achter de ruit van zo’n machine. En dat vaak ongeacht de stand van de ruit en lichaamspostuur. Turbulentie is, hoe je het gehelmde hoofd ook achter de ruit probeert te verstoppen, een duidelijke indicatie dat er misschien een designer aan het werk is geweest, maar geen aerodynamica-deskundige. Het voornaamste doel van zo’n specialist is immers er voor te zorgen dat de rijder dusdanig in het geheel van de motorfiets wordt geïntegreerd dat het nergens trekt, rukt of fluit. Niet alleen vanwege het rijcomfort, maar ook om de luchtweerstand zo laag mogelijk te houden. En dat komt uiteindelijk de topsnelheid weer ten goede. Bij sportmotoren is dat uiteraard wel een belangrijk gegeven. Dat dit een bijzonder complexe aangelegenheid is, spreekt voor zich.
Het is zelfs dusdanig complex dat ze bij BMW al sinds 1994 – het geboortejaar van de R1100RT – een eigen afdeling voor functionele ontwikkeling en functionele integratie hebben. Hier werken designers en stroomlijndeskundigen nauw met elkaar samen. Niet alleen voor het welbevinden van de rijder, maar ook van de motor, want zaken als koeling van het motorblok en een nauwkeurige afvoer van hete lucht zijn belangrijke zaken. Net als het mogelijke contact van de rijder met die hete lucht. Voordat zijn scheenbeen wegsmelt, moet de designer met een nieuwe oplossing op de proppen komen, ook al oogde de eerste constructie nog zo strak en clean. Een breed spectrum dus, dat vroeger alleen door zeer intensieve testritten kon worden afgedekt. Dat was destijds eerder gebaseerd op het principe ‘Learning by doing’, dan op nauwkeurige aerodynamische ontwikkeling en fundamenteel onderzoek. Zo nauwkeurig als dat tegenwoordig gaat, is bij BMW ook pas sinds 2010 mogelijk. Sindsdien beschikt het gigantische ‘Forschungs- und Innovationszentrum’ (FIZ) in het noorden van München over een energie- en milieutechnisch onderzoekscentrum, waarin zich niet alleen de gebruikelijke windtunnels bevinden, maar ook een speciale klimaatwindtunnel, waarin nagenoeg alle klimaatzones van de wereld en alle weersomstandigheden na te bootsen zijn.
“Vroeger moesten we bepakt en bezakt door een warm land rijden als we wilden weten hoe de temperatuurhuishouding bij een temperatuur van 35 graden functioneerde en of een rijder bij die hitte door de motorwarmte werd gegrild”, legt Helmut Diehl, hoofd functionele ontwikkeling carrosserie bij BMW Motorrad, uit. “Dat is met de huidige projectplanningen tijdtechnisch al lang niet meer mogelijk. Bovendien heb je in zulke landen ook geen weergarantie en moet je rekening houden met factoren als temperatuurschommelingen, wind en andere weersinvloeden, die allen van invloed zijn op de meetresultaten. In onze speciale windtunnel kunnen we alles precies zo instellen zoals we het zelf willen.”
Omstandigheden zoals in een ‘warm land’; dat betekent in de praktijk dat de motorfietsen in de kille novembermaand hier in de windtunnel in München bij een temperatuur van 35 graden een gat in de kunstmatig opgewekte tegenwind proberen te beuken. “Als iets onder deze omstandigheden werkt, dan levert het ook ‘in het veld’ geen problemen op”, legt ingenieur Armin Hirn uit. Dat wil zeggen dat de temperatuurhuishouding van het motorblok onder alle omstandigheden in het groene bereik blijft, en dat de dummy in de gebruikelijke beschermende motorkleding nergens door de hete lucht op de grill wordt gelegd. “Als onze sensoren een temperatuur van 50 graden aan het oppervlak van de kleding registreren, is er nog niets aan de hand. Bij 60 graden is dat anders, dan moeten we ingrijpen”, aldus Hirn. Ingrijpen betekent in eerste instantie overleg tussen de designers en de techneuten om tot een oplossing te komen. Zo gaat dat bij hitteontwikkeling rond machine en rijder en bij weersprotectie is dat niet anders. Als ze bij het bij BMW zo willen, dan regent het dunne touwtjes in de windtunnel. Figuurlijk dan, want de sproeiers voor regenwater zijn niet boven maar voor de motor gepositioneerd. Dat maakt niets uit, want ook in de dagelijkse praktijk komt het regenwater immers van voren. En van onderen uiteraard, en dat is ook de reden waarom de lopende band onder de motor tot een snelheid van 250 km/uur niet alleen de lucht onder de stroomlijn in beweging zet, maar ook het opspattende water van een natte weg simuleert. Over opspattend water gesproken: het is trouwens geen simpel leidingwater dat in deze windtunnel onder het motto ‘beter te veel dan te weinig’ voor stortvloedachtige regenbuien zorgt, maar kalkarm water uit de schachten van het metrostelsel in München. “Dat stroomt heel anders dan kalkrijk leidingwater”, aldus Hirn. “En om te kunnen zien hoe het stroomt, voegen we er het contrastmiddel Zinopal aan toe.” Het resultaat zie je op de openingsfoto van dit artikel. “Zo kunnen we iedere druppel tellen”, legt Toine Ruhe uit, een Nederlander die aan het hoofd staat van de carrosserieafdeling van BMW. Numeriek kan dat pas sinds een half jaar, voorheen moest er op de subjectieve indruk worden vertrouwd. Na een gesimuleerde regenrit kunnen de medewerkers van deze windtunnel dus heel nauwkeurig zien hoe veel water er op welke plek terecht is gekomen. En om er achter te komen hoeveel winddruk er op een specifieke plek staat, hoeven ze in München in theorie de windtunnel zelfs niet eens meer te gebruiken. Dat wordt, simpel gezegd, berekend met een paar computers aan de hand van datamateriaal van de designafdeling. Iets nauwkeuriger gesteld: er staan gelijktijdig meer dan 10.000 goed gekoelde processoren ter beschikking om ongeveer 100 simulaties per motorvariant uit te voeren. De berekeningsduur per simulatie bedraagt 25 uur, ondanks de enorme rekencapaciteit. Maar het is de moeite meer dan waard, ook al lopen de kosten voor het simulatieprogramma voor BMW als geheel in de zevencijferige bedragen. “Het heeft de tijd, die we in de windtunnel doorbrengen ongeveer gehalveerd”, verduidelijkt Helmut Diehl. “Maar zonder onze autotak was dit natuurlijk nooit te realiseren geweest.” Pascal Ewerth, een van de programmaspecialisten, is duidelijk over die verhoudingen: “Bij een auto zitten op iedere hoek 20 mensen, bij een motorfiets verloopt dat afstemmingsproces beduidend eenvoudiger.” In het ideale geval van de R1200RT bevestigde de windtunnel uiteindelijk wat tijdens de simulatie al duidelijk was geworden. Namelijk, dat het plaatje klopt.
“Desondanks zijn er veel voertuigen, waarbij we de drie tools, dus simulatie, windtunnel en praktijktest, allemaal gebruiken”, relativeert Helmut Diehl. Zeker als het om de akoestiek gaat, want het geluidsniveau in een van een microfoon voorziene helm laat zich met geen simulatie ter wereld nabootsen. “Iedere motor produceert een ander soort geruis”, licht Gerhard Hofer in de akoestiek-windtunnel toe. Deze lucht- en ruimtevaartingenieur houdt zich al jaren bezig met aerodynamica en windgeruis en is in die zin wel aan het nodige lawaai gewend. De grote K1600GT met de ruit in de hoogste stand en een geluidsniveau van 83 dB(A) is een oase van rust voor Hofer. 83 dB(A) – zelfs twee minder dan vooraf beoogd. Helmut Diehl en zijn mannen hebben dus goed werk geleverd!
