Podpatrywanie przyrody w motoryzacji. Współczynnik CX i… ryby!

Wprawdzie stosowane obecnie komputerowe projektowanie, znacznie przyspieszyło proces designu nowych produktów, niemniej nadal nie udaje się osiągnąć ideału. Ten ideał stworzyła bowiem tylko przyroda, w czasie milinów lat ewolucji....

Czy zastanawiali się Państwo dlaczego kilka lat temu nastąpiła gwałtowna rewolucja w zarysie brył Mercedesa? Zapewne wyda się to dziwne, ale... inżynierowie Mercedesa oprócz nowoczesnych technologii obliczeniowych sięgnęli do najdoskonalszych aerodynamicznych przykładów z dziedziny przyrody, czyli... do świata ryb. Zespół pracujący kilkanaście lat temu nad tym projektem ( który nazwano roboczo BIONIC jako połączenie  niemieckich słów Biologie i Technik), rozpoczął poszukiwania stworzenia morskiego o sylwetce odpowiedniej do wykorzystania jako wzór samochodu. Wprawdzie najbardziej opływową formę mają rekiny i delfiny, ale niestety ich sylwetka nie może być wzorcem modelu rodzinnego. Także ryby typu pstrąg, karp, łosoś, czy dorsz nie nadają się na wzorzec samochodu ze względu na złe proporcje długość/szerokość/wysokość i wynikający z tego brak możliwości usadzenia podróżnych. Jednakże okazało się, że znaleziono stworzenie o kształcie mogącym służyć jako baza do dalszych badań. Znaleziona ryba to Ostracion cubicus o charakterystycznym pudełkowatym kształcie (w j. polskim Kostera Gruzełkowata, ale już niemiecka nazwa to Kofferfisch, czyli „ryba pudełko”, a angielska Yelow Boxfish, czyli „żółta ryba pudełko”).

Zauważono też, że mimo swej dużej „powierzchni czołowej” i mało opływowej sylwetki, ryba może bardzo szybko zmieniać kierunek ruchu, a dodatkowo jest odporna na silne prądy wody. Po analizie jej budowy okazało się, że ewolucja przystosowała ją do życia w określonych warunkach poprzez budowę skóry z wielu płytek kostnych, które połączone ze sobą tworzą sztywną powłokę chroniącą przed otarciami, a wzdłuż krawędzi na górnej i dolnej części tułowia, ryba ta ma małe przeprofilowania. Dzięki tym profilom tworzą się mini-wiry, zapewniające stabilizację ruchu podczas silnego prądu wody, a dodatkowo ryba nie musi energicznie ruszać płetwami, co pozwala jej oszczędzać siły. Przystąpiono zatem do badań doskonałości aerodynamicznej i okazało się, że -mimo dużej powierzchni czołowej- ryba ma współczynnik oporu Cx=0,06. Jest więc bliska ideału, za jaki przyjmuje się kroplę wody. Chcąc wykorzystać tę wiedzę, stworzono „mapę sylwetki ryby Kofferfisch” i na tej podstawie  przystąpiono do budowy podobnej sylwetki samochodu. W tym celu wykonano z gliny model o wielkości 1:4, w stosunku do normalnego pojazdu. W modelu zrobiono charakterystyczne pofalowania z boku i na dachu, a tylną partię zakończono w formie rybiego ogona. 

Prototyp ten poddano próbom w tunelu aerodynamicznym w wodzie i... model przeszedł najśmielsze oczekiwania. Współczynnik Cx= 0.095, jaką uzyskano, jest wartością lepszą od oferowanych obecnie sylwetek samochodów kompaktowych aż o 65%. Ten zaskakujący wynik dał podwaliny do dalszych prac i zbudowano dwudrzwiowy kompaktowy model hatchback z czterema wygodnymi fotelami, dużą szybą przednią, o sylwetce będącej kompromisem między „rybim designem” i normalnym użytkowym autem. Tak powstał model BIONIC o długości 424 cm, szerokości 182 cm i wysokości 159 cm. Charakterystycznymi formami w tym prototypie są - poza bocznymi przeprofilowaniami upodobniającymi model do płynącej ryby – całkowite wyeliminowanie rozproszenia strugi przez tylne koło (profil blach ukierunkowuje strugę powietrza poza tę część) oraz eliminacja wystających klamek drzwi i lusterek (w tym wypadku użyto kamer).

Pamiętając, że odpowiednia sylwetka ryby pozwala jej szybko poruszać się bez angażowania dużej siły, w pojeździe zastosowano silnik o mocy zaledwie 140 KM. Jednakże dzięki niemu pojazd mógł poruszać się z prędkością 190 km/h i przyśpieszać do 100 km/h w czasie 8,2 sek. Niebagatelne znaczenie ma także spalanie. Średnie zużycie paliwa wynosiło w prototypie 4,3 l/100 km, co było wartością o 20 % mniejszą niż wersje seryjne. Ponadto model BIONIC poddano badaniom wg amerykańskich testów FTP75 sprawdzających pokonaną drogę na jednym galonie paliwa. Wynik 70 mil/galon jest o 30% lepszy niż współczesne mu pojazdy seryjne. Czy pojazd ten nie przypomina Wam Mercedesa Klasy B? A czy w Mercedesie klasy E nie można dostrzec elementów nadwozia zaadoptowanych z prototypu BIONIC? Tak więc nie ulega wątpliwości, że faktycznie przyroda jest najdoskonalszym projektantem, człowiek tylko stara się naśladować jej projekty, a jeżeli mu się to uda... projekt wyprzedza osiągnięcia konkurencji. 

Bogusław Korzeniowski