TEHNIKA Monocoque

PIŠE: TOMISLAV BEŠENIĆ >>>tehnika Monocoque Beskralježnjaci Od kada postoje motocikli, postoji i težnja da ih se učini što vriježeno je mišljenje da je lakšima. Jedan od načina da se to postigne jest da se iz motocikl bez okvira samo hrpa dijelova koje nema što jednadžbe izbaci okvir, a da njegovu funkciju nosive grede povezati u jednu cjelinu. Međutim, preuzmu drugi vitalni dijelovi motocikla kao što su agregat, kao što u prirodi postoje kralježnja ci i beskralježnjaci, tako se i u svi aerodinamične oplate, konstrukcija stražnjeg kraja… jetu motocikala - doduše, iznimno Spojeni u jednu cjelinu, oni čine monocoque, pojam kojeg rijetko - uz modele koji imaju okvir je Ducati nedavno uveo u MotoGP, a možda ga u skoroj pojavljuju i iznimke koje ga nemaju. Trik je u tome da neki od ostabudućnosti primijeni i na nekom cestovnom motociklu lih sastavnih dijelova motocikla uz svoje osnovne funkcije preuzmu i funkciju nošenja tereta te se povežu u jednu čvrstu cjelinu. Okvir kao osnovni nosivi element tada više nije potreban.

Rentgenski prikaz Ducatijevog MotoGP motocikla otkriva da nema klasičnog kostura koji bi povezao prednji sa stražnjim krajem motocikla. Ulogu okvira u potpunosti preuzimaju zračna kutija, pogonski agregat i samonosiva konstrukcija stražnjeg kraja

Možda sve to zvuči komplicirano, ali donekle sličan princip Vespa promovira već 60 godina svojim oblinama od prešanog lima koje ne služe samo privlačenju pogleda i zaštiti od vjetra, već čine i nosivu konstrukciju cijelog skutera. Osim toga, uopće nije rijetkost da i motocikli s klasičnim okvirom koriste agregat kao važan nosivi dio kojim cijelu konstrukciju čine čvršćom, jednako kao što nije čudo neviđeno da se stražnja vilica umjesto na stražnji dio okvira veže izravno na kućište agregata. Sljedeći logičan korak je sasvim eliminirati okvir kao što je to učinio Ducati na svojim natjecateljskim motociklima GP9 i GP10. Kod tih MotoGP bolida prednji i stražnji ovjes u jednu cjelinu povezuju samo tri elementa: zračna kutija, agregat, i konstrukcija stražnjeg kraja. Čeličnoj ili aluminijskoj kralježnici tu nema ni traga, iako treba napomenuti da konstrukcija od ugljičnih vlakana koja povezuje glavčinu upravljača s glavama V4 agregata ipak pomalo vizualno podsjeća na masivni okvir. Pa ipak, s obzirom da taj dio motocikla služi kao „air-box“ odnosno zračna kutija, možemo zažmiriti na jedno oko i zaključiti kako se tu ipak ne radi o prednjem dijelu okvira, barem ne u klasičnom poimanju te riječi.

Sve u svemu, najveći dio opterećenja koja je ranije podnosio okvir sada su pala na leđa moćnog V4 agregata. Već je prvi Ducatijev MotoGP model iz 2003. godine koristio agregat kao hvatište stražnje vilice, dok su kod pobjedničkog GP7 prednji i stražnji dio okvira bili fizički odvojeni i povezani samo putem agregata. Takva je evolucija na kraju dovela do toga da je na prošlogodišnjem modelu GP9 pogonski agregat gotovo u potpunosti preuzeo funkciju okvira i tako pridonio dodatnom smanjenju težine i kompaktnosti cijele konstrukcije. Pritom su Fillipo Preziosi, tehnički guru Ducatijevog MotoGP programa i Alan Jenkins, apsolutni autoritet kada su u pitanju monocoque konstrukcije od ugljičnih vlakana, u svrhu povećanja čvrstoće konstrukcije maksimalno učinkovito iskoristili konfiguraciju V4 agregata. Naime, agregat je s glavčinom upravljača povezan u trokut i to tako da se već spomenuta zračna kutija koja glumi prednji dio okvira sa svoje donje strane veže na prednji, a sa gornje strane na stražnji red cilindara. Isto tako, glava gornjeg reda cilindara sa svoje stražnje strane pruža hvatište samonosivoj konstrukciji stražnjeg kraja, koja se opet sa svoje donje strane veže na kućište mjenjača, a tu je odmah i hvatište stražnje vilice. Kod prošlogodišnjeg modela je konstrukcija stražnjeg kraja s agregatom bila vezana u ukupno četiri točke, što se pokazalo nedovoljnim, tako da je na modelu GP10 taj dio motocikla učvršćen u 6 točaka kako bi se izbjeglo uvijanje repa kod snažnih ubrzanja i dobila dodatna čvrstoća cijelog motocikla.

Pritom je ta konstrukcija stražnjeg kraja izvedena kao samonosiva školjka od ugljičnih vlakana, bez bilo kakvih podookvira, što je uobičajeno rješenje u svijetu utrka, ali ga se sjećamo i sa rijetko viđenog cestovnog modela Mondial Piega. U Ducatijevom slučaju, takav samostojeći stražnji kraj odiše multifukcionalnošću, budući uz to što obavlja aerodinamične funkcije isto tako nosi i sjedalo, ispušni sustav,

Kada se skinu aerodinamični oklopi jasno se viudi zračna kutija od ugljičnih vlakana koja povezuje glavčinu upravljača s glavama prednjeg i stražnjeg reda cilindara

Skica monocoque konstrukcije koju je Ducati odlučio patentirati i koja bi jednog dana mogla osvanuti i u nekom prestižnom serijskom modelu. Jasno se vidi da je agregat jedina spona između prednjeg i stražnjeg dijela motocikla

Kod Ducatija GP10 na konstrukciju stražnjeg kraja u potpunosti izrađenu od ugljičnih vlakana veže se i revolucionarna stražnja vilica izrađena od istog materijala. U odnosu na aluminijsku stražnju vilicu odlikuje je manja težina i veća čvrstoća

Natjecateljski motocikl kojeg je sredinom osamdesetih godina razvio Vilko Sever imao je mnonocoque konstrukciju od stakloplastike Honda je 1979. godine pokušala pokoriti dvotaktnu Grand Prix konkurenciju ekstravagantnim modelom NR 500. Osim četverotaktnog agregata s ovalnim klipovima, NR 500 je imao i varijantu monocoque okvira izrađenog od aluminija

oslonce za noge i nožne komande, te čak i stražnju vilicu.

U Ducatiju taj svoj koncept motocikla bez okvira nazivaju monocoque konstrukcijom, no on to zapravo i nije u punom smislu. Naime, monocoque je francuska riječ koja doslovno znači „jedna školjka“, ali i kojoj je teško pronaći adekvatni prijevod, barem kada su motocikli u pitanju. U svijetu automobila postoji bliski zamjenski pojam „samonosiva karoserija“, što podrazumijeva da vozilo nema klasičnu šasiju, već nosivu funkciju obavlja sama karoserija automobila.

Kod motocikala je nezgrapno govoriti o samonosivoj karoseriji jednostavno zato jer je kod njih nezgrapno govoriti o karoseriji uopće, međutim taj nam neprikladan pojam ipak daje naslutiti kako bi trebao izgledati pravi monocoque na dva kotača. Dakle, u školskom primjeru monocoque konstrukcije vanjske oplate motocikla bi trebale ujedno glumiti okvir, kao što je već davno bilo viđeno na nekim starijim natjecateljskim motociklima manje zapremine, uključujući tu i Sever 80, ali dijelom i na prvoj varijanti za ono vrijeme previše revolucionarnog i zato neuspješnog Hondinog trkača NR 500 s aluminijskom varijantom monocoquea.

U novije vrijeme primjer pravog monocoquea možemo pronaći na konceptu Ev-O RR, koji predstavlja viziju trkaćeg motocikla pokretanog elektromotorom. Kod njega su vanjske oplate iz ugljičnih vlakana izvedene iza dva simetrična dijela koji spojeni u sredini u potpunosti preuzimaju ulogu okvira. S obzirom na to da kod Ducatija GP9 i GP10 prednje aerodinamične oplate nemaju nosivu funkciju, možemo slobodno zaključiti da se tu zapravo radi o nekakvoj polumonocoque konstrukciji. Slikovito rečeno, u slučaju tog beskralježnjaka cjelinu na okupu ne drži snažna vanjska ljuštura, odnosno oklop, već to čine njegovi unutarnji organi.

Povratak u budućnost

Bez obzira na to što se očito ne radi o pravom monocoqueu, Ducati GP9 i GP10 predstavljaju malu revoluciju u filozofiji gradnje motocikala, to više što su svi nosivi dijelovi, osim pogonskog agregata, izrađeni od ugljičnih vlakana. Na prvi pogled to i nije neko iznenađenje, budući se taj materijal u MotoGP-u već duže vrijeme koristi za izradu kotača, aerodinamičnih oplata, blatobrana i kočionih diskova, kao i kompletnog stražnjeg kraja, no svejedno se takva potpuna predanost tom čudesnom materijalu čini kao iznimno hrabar potez.

Naime, iako kombinacija male težine, zavidne čvrstoće i slabo izraženog termičkog širenja čini ugljična vlakna poželjnim gradivnim elementom, ovdje treba uzeti u obzir i to da konstrukcije od tog materijala mogu

biti relativno krhke kod udarnih opterećenja, ali i izuzetno otporne na uvijanje i savijanje. Ta otpornost na uvijanje i savijanje bi po logici stvari trebala biti samo još jedna od brojnih prednosti, no u ovom slučaju to znači da elementi od ugljičnih vlakana ne mogu ponuditi fleksibilnost kakvu nudi konstrukcija od legura čelika ili aluminija. Drugim riječima, ugljična vlakna imaju određenih problema s upijanjem vibracija i drugih stresnih opterećenja do kojih dolazi za vrijeme vožnje motocikla.

Mogli bismo reći da je konstrukcija od ugljičnih vlakna jednostavno prečvrsta, čega su u Cagivi postali svjesni još početkom devedesetih godina, kada su svoj Grand Prix motocikl opremili okvirom izrađenim od tog materijala. Iako je to tada bilo revolucionarno rješenje, motocikl je postao toliko krut da je ubrzo postalo jasno kako se takav nefleksibilan okvir od ugljičnih vlakana nikako ne može uskladiti s tadašnjim ovjesom. Nakon samo nekoliko odvoženih utrka Cagivin je eksperiment otišao u ropotarnicu povijesti, no dvadesetak je godina kasnije tehnologija proizvodnje i ispreplitanja ugljičnih vlakana, te njihovog kombiniranja s drugim materijalima ostvarila dovoljni napredak da se u Ducatiju upuste u jednu takvu avanturu.

Zapravo, sada, kada je bitno lakše varirati ukupnu čvrstoću, ugljična vlakna pružaju velike mogućnosti igranja s varijacijom na temu i relativno jednostavnog prilagođavanja konstrukcije - ne samo pojedinom motociklu nego i pojedinoj stazi. Kako komponente izrađene od ugljičnih vlakana nastaju tako da se jedan na drugog stavlja više pojedinačnih plašteva od ugljičnih vlakana, moguće se igrati povećanjem ili smanjenjem broja tih plašteva, postavljati ih u različitim smjerovima ili pak mijenjati vrste ugljičnih vlakana i tako na relativno jednostavan način mijenjati čvrstoću cijele konstrukcije, a samim time i karakteristike motocikla.

Jasno, da bi sve to bilo moguće prvo treba ovladati tehnologijom izrade, a u Ducatiju su u tome očito uspjeli. Da nisu, ne bi se kod projektiranja ovogodišnjeg modela prihvatili i tako zahtjevnog posla kao što je to izrada stražnje vilice od ugljičnih vlakana. Doduše, početkom sezone to baš i nije bilo najbolje optimizirano, pa su tako tvornički vozači Ducatija na pojedinim stazama davali prednost staroj aluminijskoj stražnjoj vilici. U međuvremenu je većina problema izgleda riješena i dosadašnja je praksa pokazala kako vilica od ugljičnih vlakana djeluje bitno čvršće i pruža više stabilnosti u brzim zavojima kao i prilikom spuštanja u nagib, ali isto tako da - za razliku od aluminijske vilice - ne funkcionira podjednako dobro u svim tipovima zavoja.

Određeni problemi tu još, dakle, postoje, tako da baš i nije izvjesno da ćemo stražnju vilicu od ugljičnih vlakana tako brzo vidjeti i na Ducatijevim cestovnim motociklima, no zato nije sasvim isključeno da neke od sljedećih generacija sportskih motocikala tog proizvođača osvanu bez klasičnog okvira. Možda se kod takvih serijskih modela neće baš koristiti komponente od ugljičnih vlakana, no pogonski agregat bi doista mogao postati osnova cjelokupnog kostura, to više što je ovdje opisano rješenje polu-monocoque konstrukcije Ducati odlučio i patentirati.

Imajući u vidu taj patent, kao i nedavnu najavu o tome kako će intenzivirati transfer MotoGP tehnologije na civilne sportske motocikle, možda i nije previše naivno nadati se kako će Ducati u skoroj budućnosti predstaviti i kakvog serijskog beskralježnjaka. A ako bi ta tehnička poslastica bila dovoljna hrabra da se odrekne korištenja rešetkastog okvira, zašto ne pretpostaviti da bi se odrekla i V2 agregata? V4 konfiguracija ipak predstavlja bolju osnovu za takvu polu-monocoque konstrukciju. n

Ev-O RR predstavlja koncept natjecateljskog elektrocikla kod kojeg vanjske oplate od ugljičnih vlakana čine dvodjelni monocoque podijeljen uzdužno po sredini motocikla