Kropelka – opis projektu

Kropelka jest pojazdem skonstruowanym od podstaw przez studentów zrzeszonych w Studenckim Kole Aerodynamiki Pojazdów SKAP. Zastąpiła ona pojazd Pac-Car, który był pierwszym pojazdem, z jakim SKAP startował w zawodach Shell Eco-Marathon. Projekt budowy i udoskonalania Kropelki trwał nieustannie przez 5 lat. Co roku pojazd brał udział w międzynarodowych zawodach. Na jednym litrze benzyny może ona przejechać 659 kilometrów.

Pierwsza wersja Kropelki została skonstruowana w 2006 roku. Konstrukcja była w pewnym sensie pionierska, ponieważ Politechnika Warszawska nie była wcześniej zaangażowana w budowę pojazdu o minimalnym zużyciu paliwa od podstaw. Z tego powodu nie była również pozbawiona wad.

Bazując na doświadczeniach wyciągniętych przy budowie i eksploatacji pierwszej wersji pojazdu zaprojektowana została jego ewolucja. Projekt nowej Kropelki był bardzo szczegółowo przemyślany i poprzedzony badaniami oraz budową modeli. Nowa konstrukcja wizualnie niewiele odróżnia się od poprzedniej - kształt zewnętrznym z dokładnością do kilku szczegółów, jest identyczny. Wiele szczegółów technologicznych uległo jednak całkowitej zmianie.

 

Poszycie drugiej wersji Kropelki zostało wykonane prawie całkowicie z kompozytów zbrojonych tkaniną węglową. Materiał ten jest znacznie wytrzymalszy niż używany wcześniej kompozyt szklano-epoksydowy. Dzięki zastosowaniu tego nowoczesnego materiału udało się zmniejszyć ciężar skorupy pojazdu. Zmieniła się również struktura nośna. Wcześniej pojazd składał się z samonośnej ramy oraz przymocowanej do niej owiewki. Nowa wersja Kropelki nie posiada osobnej ramy. Wręgi usztywniające oraz podłużnice, do których zamocowany jest fotel kierowcy są integralną częścią pojazdu. Rozwiązanie takie nosi nazwę monocoque i umożliwia obniżenie masy konstrukcji. Elementy kompozytowe w Kropelce ważą mniej niż 10 kilogramów.

Przy konstruowaniu Kropelki - pojazdu o minimalnym zużyciu paliwa - skupiono się na dwóch aspektach, które bezpośrednio (i w największym stopniu) wpływają na spalanie.

 

Pierwszym z nich jest minimalizacja oporów ruchu. Z tego powodu kształt kropelki został szczegółowo zoptymalizowany pod względem zmniejszenia sił aerodynamicznych hamujących pojazd. Użyto do tego bardzo zaawansowanych narzędzi inżynierskich i dokonano wielu symulacji komputerowych. Uzyskany wynik jest bardzo dobry. Opór aerodynamiczny Kropelki jest około dziesięciokrotnie mniejszy w porównaniu do typowego, niewielkiego samochodu osobowego.

Ważnym elementem, który był także brany pod uwagę przy projektowaniu pojazdu była minimalizacja oporów tocznych, czyli siły hamującej wynikającej z kontaktu kół z powierzchnią ziemi. Aby zredukować ten czynnik w nowej Kropelce zastosowano specjalistyczne, twarde opony bezdętkowe o obniżonych oporach. Zastosowane zostały również hybrydowe łożyska ceramiczne. Podczas jazdy z nominalną prędkością Kropelka generuje około 0,4kG sumarycznej siły oporu tocznego. Gdyby zastosować np. typowe opony rowerowe, to uzyskany wynik byłby o ponad połowę większy.

 

Drugim czynnikiem bezpośrednio decydującym o niskim zużyciu paliwa jest sprawność silnika oraz układu przeniesienia napędu. Aktualnie w Kropelce zainstalowany jest silnik benzynowy o pojemności 25 cm3. Studenci ze SKAP-u obliczyli, że silnik o takiej mocy i gabarytach będzie idealnym kompromisem pomiędzy mocą wymaganą do jazdy a zużyciem paliwa.

Dodatkowo silnik został gruntownie zmodyfikowany. Specjalnie do tej jednostki napędowej zaprojektowano kolektor dolotowy poprawiający wymianę ładunku w cylindrze. Umożliwił on ponadto zastosowanie wtryskiwacza paliwa, aby móc dokładnie dawkować ilość podawanej benzyny w zależności od potrzeb. Drugą ważną modyfikacją było zastosowanie komputera pokładowego, który odczytuje dane z 8 różnych czujników monitorujących pracę silnika i obliczającego na tej podstawie moment zapłonu paliwa oraz czas i ilość podania paliwa. Modyfikacji uległ również wydech pojazdu oraz system rozrusznika elektrycznego. Pojazd jest wyposażony w ciśnieniową instalację paliwową oraz system precyzyjnego pomiaru zużytego paliwa. Parametry tego komputera pokładowego zostały ustawione przez studentów przy wykorzystaniu hamowni silnikowej.

 

Każdego roku koło naukowe zdobywa nowych członków którzy dołączają do projektu pojazdu prototypowego Kropelka. Przekazywana wiedza umożliwia ciągłe rozwijanie pojazdu oraz osiąganie coraz lepszych wyników na zawodach. Dodatkowo każdy członek koła uczy się dobrej organizacji, planowania oraz pracy w grupie.