| |
|
Özel Dosya
F1 Lastikleri – Bölüm II
 |
17.06.2008
F1 Lastikleri – Bölüm II
|
2.2- Islak Zemin Lastikleri:
Lastiklerin efektif olarak çalışabilmesi ana olarak iki noktaya bağlıdır:
1- Kabuk pist yüzeyine olabildiğince sıkı bir biçimde basmalıdır.
2- Lastiklerin optimum çalışma sıcaklıkları olan 110-130 C arasında, lastik kabuğu olabildiğince yüksek bir sürtünme katsayısı yaratmalıdır.
Su hidrolik bir akışkandır ve aynı zamanda yağlayıcı ve bir soğutucudur. Tutunma üretmeye çalışan bir yarış lastiğini birçok yönden negatif biçimde etkilemektedir. Bu nedenle yarış lastiği mühendisleri yağmur altında suyun lastik üzerindeki negatif etkilerini gidererek lastiğin efektif olarak çalışmasına yardımcı olan tasarımlar geliştirmek zorundadırlar.
Kaygan bir lastik ıslak bir pist zemini üzerinde ilerlerken lastiğin dış kabuğu pist yüzeyi üzerine temas etmeden önce lastiğin pist üzerindeki suyu dışarı atması gereklidir. Suyu temas yüzeyinden uzaklaştırmak için gerekli olan dinamik kuvvet su tabakası üzerinde bir basınç oluşturur; eğer bu yük temas yüzeyinde birim alan başına düşen yük miktarından fazla ise lastik kabuğunu pist yüzeyinden kaldırır. Su sıkıştırılamaz olduğundan dolayı bir şekilde temas yüzeyinden dışarı çıkmak zorundadır (Şekil 1). Temas yüzeyinin ön kısmında; lastik kabuğu, kabuğun zemin üzerine temas etmeden önce yüzeyden dışarı atılması gereken su tabakası ile karşılaşır. Eğer bu tahliyenin 2 milisaniye de tamamlanacağını ve aracın 100 km/saat hızla gittiği düşünülürse temas yüzeyinin ancak arka %40’lık bir bölümü gerçekten pist zemini ile temas ediyor olacaktır. Aracın hızının 170 km/saat olduğu düşünülürse su lastiğin temas yüzeyinin arka kısmından önce temas yüzeyinden dışarıya atılamayacaktır yani lastik aslında hiçbir şekilde asfaltla temas halinde değildir, başka bir deyişle lastik su üzerinde kaymaktadır. Suyun derinliği daha da arttıkça daha düşük hızlarda su üstünde kayma oluşmaktadır.
Şekil 1 – Islak Zemindeki Kaygan Lastik
Eğer lastiğin çevresi etrafına boyuna ve enine olukların olduğu bir sitem düşünürseniz su lastik kabuğu ve zeminden oluğa ve sistem dışına çıkmak için daha kısa bir yola sahip olacaktır (Şekil 2). Eğer lastiklerin içerisindeki oluk sayısı yeterli ve oluklar yeterince büyük iseler, suyun temas yüzeyinden boşalmasından önce bu oluklar birer rezervuar gibi görev görebilirler. Eğer lastik üzerindeki oluklar yeterince geniş değiller ise su temas yüzeyinden çıkmak için oluklar boyunca akmak veya yan çıkışlardan tahliye olmak zorundadır (Şekil 3). Ancak bu oluklarının çok büyük yapılması pist ile temas eden yararlı lastik kabuğu yüzey alanını azaltacaktır ki bu da temas eden az miktardaki yüzey başına düşen yük miktarını arttıracaktır.
Şekil 2 – Islak Zemin Lastiğinde Su Oluklar Tarafından Absorbe Edilmiş Durumda
Şekil 3 – Islak Zemin Lastiğinde Su Temas Bölgesinden Oluklar Vasıtasıyla Uzaklaştırılmakta
Oluğun ölçüsü, yönü ve pozisyonu çok büyük önem arz etmektedir ve kritiktir. Temas yüzeyi alanına giren suyun ne kadarının temas yüzeyinin arkasına doğru lastiğin boylamasına ve ne kadarının enlemesine olan oluklardan tahliye olması gerektiği araştırmacıların öncelikli konularından birisidir. Bu konu ile ilgili test düzenekleri geleneksel olarak suyun hareketi pist yüzeyini temsil eden bir cam (lastik bu camın üzerinde durmaktadır) ve alt kısmında bulunan bir gözlem odasından oluşmaktadır. Otomatik ve yüksek hızlı fotoğraf makineleri lastik olukları arasından akan suyun detaylı fotoğraflarının çekilmesinde ve akış koşullarının analizlerinin yapılmasında yardımcı olmaktadır. Suyun akışı bilgisayar yardımı ile modellenebilir ancak bu çok karmaşık bir dinamik sistemdir. Elde edilen çözüm sadece bir su hızı ve derinliği için optimum olacaktır. Suyun viskozitesi ve ataletinden dolayı temas yüzeyindeki suyun hareketi yüzeyde bulunan su filminin üzerinde bir basınç yaratır. Bu basınç aynı kaygan lastikte olduğu gibi lastik kabuğunun asfalt yüzey ile temas etmesini engeller. Ancak şu anda bu durumda su üstünde kaymanın meydana geleceği hız artmıştır, çünkü su lastiğin yüzeyinden daha kısa zamanda dışarıya transfer edilmektedir. Lastik olukları; kamber açısından dolayı temas yüzeyinin de asimetrik olmasına bağlı olarak asimetrik olarak yapılabilirler. Tüm bu nedenler dolayısıyla yarış lastiklerinin oluklarını dizaynı lastik firmaları açısından önem arz etmektedir . Firmalar tarafından yarış endüstrisi için geliştirilen bu ıslak zemin lastiği teknolojisi daha sonra yol araçları üzerinde de uygulanmaktadır.
Suyun temas yüzeyinden uzaklaştırılmasının ardından lastik kabuğu asfalt yüzey ile temas eder haldedir, ancak yinede çok ince bir tabaka halinde (bir yağlayıcı gibi) su zeminde bulunmaktadır. Mümkün olan maksimum yol tutuşu elde edebilmek için, bu tabaka da ortadan kaldırılmalıdır. Bu da lastik üzerinde bulunan keskin noktalarla pisti süpüren bir mekanizmanın oluşturulması ile mümkündür (Şekil 4).
Şekil 4 – Islak Zemin Lastik Kabuğunun Kenarları ve Bu Kenarların Suyu Temas Yüzeyinden Süpürmesi
Lastiğin dönme (kayma) hareketi esnasında lastik kabuk bölgesi doğal olarak deforme olur ve lastiğin giriş bölgesindeki basınç yükselir. Eğer lastik üzerinde bu tipte keskin köşeler bulunursa, aynı bir cam sileceğinin camı süpürmesi gibi bu keskin köşeler de zemini temizleyecektir. Böylece lastik bölgesinin temas yüzeyine girişi tarafından temizlenen zeminde lastiğin tutunma üretmesini sağlayacak olan kuruluk yaratılmış olur. Ayrıca bu sisteme ek ve yardımcı olarak lastik dış kabuğunun üzerinde (şekilde de görüldüğü gibi )ufak lastik yivleri açılabilir.
Islak zemin lastiği üretimi genel olarak kuru zemin lastiklerine göre daha yumuşak hamurlardan yapılır ve şişirme basıncı genellikle kuru zemin lastiklerinden düşüktür. Lastiğin ıslak zeminde kuru zemine göre daha az tutunma ürettiği göz önüne alındığında yanal katılığının (rijitliğinin) çok fazla olmasına gerek yoktur. Ayrıca yumuşak hamur ve düşük basınç, verilen herhangi bir yük için temas yüzeyinin boyutlarını büyütür ve bu da suyun temas yüzeyinden dışarı atılması için daha fazla zaman kazanılması ile birlikte daha fazla lastik kauçuğunun zeminle temasta olmasını sağlar.
Islak zemin lastiklerinde kullanılan kauçuk bileşimi suyun soğutma etkisi de göz önüne alındığında düşük sıcaklıklarda efektif olarak çalışabilmelidir. Su filmi nedeni ile moleküler bağ kaynaklı tutunma (kimyasal tutunma olarak da bilinir) şansı çok azdır. Bu nedenle kauçuk, asfalt üzerindeki granül yüzey üzerinde mekanik tutunmayı (kilitlenerek) sağlayabilecek ölçüde yumuşak hamurdan imal edilmiş olmalıdır. İşte bu gibi yumuşak hamurdan yapılmış lastikler, hamurun hysteresis özelliğine bağlı olarak yük altında deforme olarak ısı üretirler. Eğer lastik dış kabuğundaki bloklar çok küçükse veya tutunma çok üst düzeye erişmiş ise (örnek:pistin kurumaya başladığı anlar) bloklar deforme olmaya başlarlar ve keskin köşeler hızlıca aşınmaya başlarlar ve lastik bileşimi hızla ısınır. Bu nedenle zeminin ıslaktan kuruya dönmeye başladığı anlarda yarış pilotları düzlüklerde araçlarını zaman zaman ıslaklıkların olduğu yerlerden sürerek lastiklerini soğuturlar.
Islak zemin lastiğinin tasarımı aslında tamamen bir uyum çalışmasıdır. Islak bir yarış pisti nemlilikten çeşitli milimetrelerdeki durgun suya, veya kurumaya başladığı halde çeşitli su akıntılarının akmaya devam ettiği değişik durumlara kadar birçok unsuru içerebilir. Kabuk dizaynını ve kabuk içeriğini tüm koşullar ve tüm hızlar için optimize etmek mümkün değildir. Eğer oluklar su tahliyesi için yeterince fazla sayıda ve yeterince büyüklerse bu seferde lastik dış kabuğundaki bloklar küçülecektir ancak bu da lastiğin nemli koşullarda stabil olarak hareket etmesini önleyecektir. Eğer kauçuk bileşimi tamamen ıslak bir yüzey için yeterince yumuşaksa, hafif nemli bir durumla karşılaştığında aşırı ısınma ve bozulmayla karşılaşacaktır. Lastik üreticileri en ağır koşullar ile hafif ıslak (nemli) koşullarla baş edebilecek olan birçok ıslak zemin lastiği geliştirmişlerdir.
Yol yüzeyinin yağmur lastiklerinin performansı üzerinde büyük etkisi vardır. Gözenekli bir zemin özellikle de temas yüzeyindeki basınç yükseldiğinde suyu tahliye edebilir. Bu tip gözenekli yüzeyler yarış pistleri için özellikle geliştirilmektedir .Buradaki ana hedef gözenekli yüzeyi kullanarak sprey oluşumunu ve gürültüyü azaltmaktır. Yarış pistinde yapılan bu geliştirme sadece sprey etkisini azaltıp, görüşü artırarak güvenliği artırmakla kalmamaktadır, aynı zamanda su üstünde kaymaya olan eğilimi de düşürmektedir. Herhangi bir yarış pistinde yarış çizgisi kuru zemin lastiklerinin kimyasal tutunmasını artıran kauçuk tabakasından oluşan bir tabakayla kaplıdır (devamlı aynı çizginin kullanılması nedeni ile oluşur). Ancak yağmurda kauçuk-kauçuk tabaka üzerinde yeterli sürtünme katsayısını oluşturmak zordur ve bu nedenle kimyasal tutunma normale göre azdır ve pistin temiz olan diğer kısımları daha fazla tutunma sağlayabilirler.
Islak zeminde yol tutuş dengesi elde etmek zordur. Arka lastikler kısmen ön lastiklerin yolunda ilerlerler, ve birçok ıslak pist durumunda kısmen kuru bir pistle karşılaşmış olurlar, çünkü su geçici olarak ön lastikler tarafından ortadan kaldırılmış olur. Araç viraj alırken, aracın kayma açısına bağlı olarak pist uzaklaşır. Sonuç olarak, elde edilen relatif yol tutuş, ön ve arka tekerleklerde çok farklı seviyelerde olabilir. Aracın dengesindeki değişimler ve sürekli değişen pist koşulları sürücünün adaptasyon ve yeteneklerini ölçer, aynı zamanda aracın kontrol yetenekleri için de ideal bir test mekanizmasıdır.
Üzerinde 3 mm su bulunan bir pist üzerinde 300 km/saat hızla hareket eden bir araç saniyede yaklaşık olarak 100 litre suyu pist yüzeyinden kaldırır. Bu suyun büyük bir kısmı lastiklerin yan kısmından diğer kısmı ise lastikleri arka tarafından tahliye edilir. Tahliye edilen bu su türbülanslı aerodinamik etkiyle birlikte arkadan gelen araçlar için görüş açısından çok büyük tehlike yaratmaktadır. Ayrıca suyun çok çabuk bir şekilde temas yüzeyinden tahliye edilmesi lastiklerin yuvarlanma direncini de artırmaktadır (bazı durumlarda 10’a varan bir katsayıyla).
Lastiklerin Dizaynı ve Geliştirilmesi:
FEA (Finite element analysis) adı verilen “Sonlu Eleman Analizi”, literatürdeki en karmaşık analiz tekniklerinden biridir ve yöntem lastik dizaynında kullanılan ana elemanlardan birisidir. Lastiğin mühendislik özellikleri yapısında bulundurduğu kompozitlerle birlikte her yönde değişmektedir. Kauçuğun düşük modülünden dolayı oluşan büyük deformasyonlar, lastik bütünündeki kalınlıkların değişik olması ve bu kalınlıklardaki özelliklerinde farklı olması vb. gibi non-izotropik özelliklerden dolayı FEA lastik dizaynında kullanılan en önemli tekniklerden birisi haline gelmiştir.
Bilgisayarla yapılan bir analizde lastik mühendisi sadece lastiğin maruz kaldığı gerilme ve zorlanmaları görmekle kalmaz, aynı zamanda yük altında lastiğin hangi şekli alacağının da analizini yapabilir. Bu yöntemle lastik üzerinde yapılabilecek olan ufak şekil ve malzeme değişikliklerinin hangi sonuçları vereceğini araştırabilir. Ayrıca lastiklerdeki titreşimleri modelleyip analiz yapabilmek ve bu titreşimleri kontrol altında tutabilmek için dinamik analiz programları kullanılmaktadır.
Yeni yapılan tasarımların hepsi test düzeneklerinde test edilmektedir. Bu düzeneklerin en kompleks olanı lastik dinamometresidir. Sistem basit olarak dönen yolu simüle eden bir düzenek ve çeşitli yükler ile kamberlerin simüle edildiği bir tasarımdan oluşmaktadır. Kayma oranları ve kayma açıları değiştirilerek lastik üzerindeki yükler ölçülmektedir. Viraj dönüş ve tutunma karakteristik eğrileri bu testler sonucunda çizilmektedir. Ayrıca hızın lastik dönüş çapı üzerindeki etkisi de diğer inceleme alanlarından birisidir ki bu parametreler araç sürüş yüksekliğinde efektif olarak rol oynadığı için aerodinamikçiler tarafından sıkça kullanılırlar.
Yüksek yarış hızlarında ve yüklerinde kullanılabilecek olan lastik dinamometreleri çok yaygın değillerdir. Bir yarış lastiğinin dizayn limitlerine yakın bölgelerde sürekli olarak kullanılması lastiğin üzerindeki sıcaklığı artıracaktır. Test için olabilecek en sert hamuru da kullanılmış olsa aşınmaların yaşanması kaçınılmaz olmaya başlayacaktır. Bir lastiğin tüm sınırlarını zorlayarak testler yapılmak istenirse davranışları açısından sabit değerler elde etmek (özellikle de sıcaklık açısından) oldukça zordur. Bu testlerin diğer bir alternatifi de pist üzerinde yapılan testlerdir. Ancak bir çok şase mühendisi araç dinamiği modellemesinde test düzenekleri üzerinde elde edilmiş bilgileri kullanma ihtiyacı duyarlar.
Düzenek testlerinin en önemli amaçlarından birisi de dayanıklılıktır. Pist testlerinde herhangi bir lastiğin patlaması kabul edilemez bir olgudur. Bu nedenle saatlerce çok yüksek yüklerde ve yüksek hızlarda süren testler gerçekleştirilir.
Hazırlayanlar: Orkun ÖZENER - Elgün Emre YAMANER
Kaynak: Formula 1 Technology (Peter Wright) |
 |
 |
|
| Diğer Özel Dosya |
|
|
|
|
|
|
|
 |
