Obręcze kół stają się coraz grubsze, co wydaje się sprzeczne z intuicją, jeśli chodzi o przyspieszenie, więc co się dzieje?
Logika sugeruje, że jeśli chcesz, aby coś szybko przecięło powietrze, robisz je cienkie i ostre – jak Concorde. Miał kształt strzałki, podczas gdy inne samoloty pasażerskie były bulwiaste, dzięki czemu mógł przelecieć przez Atlantyk w niecałe trzy godziny. W dużej mierze to samo myślenie pojawiło się we wczesnych generacjach aerodynamicznych kół o głębokim przekroju: cienkie, głębokie w kształcie litery V zwężające się ku ostrej krawędzi, co sprawiało wrażenie przecinania powietrza z maksymalną wydajnością. Miało to intuicyjny sens, ale czasy się zmieniły.
Nowoczesna konstrukcja tarczy jest teraz, cóż, mniej tnąca i bardziej tępa. Krawędzie zostały zmiękczone, a obręcze poszerzone do tego stopnia, że teraz mówi się nam, że grube, zaokrąglone profile obręczy są najlepszym kształtem chroniącym przed wiatrem, zapewniającym wszechstronne osiągi. Więc co się stało?
Wije wiatry
Pierwotnym zwolennikiem szerszego kształtu obręczy był Hed Wheels, a jego założyciel, nieżyjący już Steve Hed, był motorem myślenia w latach 80. XX wieku. Kiedy w połowie 2000 roku Hed wypuścił swój gruby, szerokoprofilowy zestaw kół Ardennes ze stopu aluminium, zalecając łączenie go z oponami 25 mm zamiast wszechobecnych 23 mm, wielu wyrażało niedowierzanie, że może to być szybsze ustawienie. W tym czasie szczegóły techniczne były pobieżne. Wydawało się, że Hed szukał lepszej stabilności opon, aby uzyskać większą kontrolę na zakrętach, a także zmniejszyć ryzyko przebicia się na nierównym terenie, jednak wstępne badania w latach 80. wykazały również, że szersze felgi mogą być aerodynamicznie szybsze. Następnie, gdy patent Hed wyszedł w 2009 roku, drzwi zostały otwarte dla fali innowacji.
Michael Hall, dyrektor ds. zaawansowanego rozwoju u producenta kół Zipp, mówi: „Przez lata branża ścigała ogólną wydajność oporu [najszybsze wyniki w testach w tunelu aerodynamicznym], nie zwracając uwagi na to, jak dobrze te komponenty działały na pod- optymalne, rzeczywiste dni. W prawdziwym świecie jeźdźcy muszą radzić sobie ze wszystkim, co rzuca im otoczenie. W przypadku naszych kół Firecrest, wprowadzonych na rynek w 2010 roku, zmieniliśmy nasze skupienie, a powstałe produkty starały się być bardziej stabilne i przewidywalne w każdym kierunku wiatru niż w przypadku naszych poprzednich generacji.”
Kevin Quan, dyrektor ds. inżynierii w Knight Composites, omawia bardziej szczegółowo: „Projektujemy od krawędzi spływu, czyli tylnej części koła.” Może to brzmieć sprzecznie z intuicją, biorąc pod uwagę, że jest to opona i prowadzenie krawędź felgi, która pierwsza uderza w wiatr, ale Quan mówi: „Nasze badania pokazują, że kiedy wiatr uderza w oponę pod kątem odchylenia [każdy kąt inny niż na wprost], odczepi się ona [straci płynny przepływ nad obręczą], więc aerodynamiczny kształt z przodu obręczy nie robi wiele – prawie zawsze jest zablokowana.” Innymi słowy, nie ma sensu traktować priorytetowo aerodynamicznego kształtu z przodu.
Korzyści lotnicze
Aby zrozumieć, w jaki sposób szersza obręcz może poprawić aerodynamikę zamiast zwiększać opór, musimy wziąć pod uwagę fakt, że powietrze, w którym jedziemy, nie zachowuje się w sposób spójny. Nawet w spokojny dzień w powietrzu panuje wirujący, złożony bałagan. Nauka o aerodynamice zdała sobie sprawę, że optymalna dynamika płynów – sposób, w jaki powietrze wchodzi w interakcje z kształtami i teksturami powierzchni, z którymi ma kontakt – sprowadza się do zmniejszenia tarcia.
Jeśli chodzi o przepływ powietrza, istnieją trzy szerokie kategorie. Pierwsza kategoria to „laminarny” przepływ powietrza. Jest to najbardziej pożądany stan przy niskich stratach tarcia i dotyczy powietrza poruszającego się po liniach gładkich, prostych lub zakrzywionych. Kiedy napotyka poruszający się obiekt, laminarny przepływ powietrza oddziela się, ślizga się wokół obiektu, a następnie wznawia swój przepływ po drugiej stronie przy minimalnym zamieszaniu.
Drugi stan jest „turbulentny”. Jak sama nazwa wskazuje, odnosi się do zamulonego powietrza, które dalekie jest od płynnego przepływu, chociaż może zawierać w sobie elementy zarówno powietrza „laminarnego”, jak i „utkniętego”. Przyczyn turbulencji może być wiele: być może jest wietrzny dzień, albo podążasz za innym jeźdźcem, albo przejeżdżają samochody i ciężarówki. Te nieoptymalne warunki są czasami nazywane „brudnym” powietrzem i jest to najczęstszy stan, w jakim jeździmy.
Trzeci warunek to „zablokowanie”. To wtedy powietrze już nie płynie, ale wiruje w różnych kierunkach jednocześnie. Ten stan powoduje największe tarcie i jako taki ma największy wpływ na spowolnienie rowerzysty.
Wszystko to oznacza, że chociaż wspaniale jest mieć kombinację kół i opon, która działa dobrze w przepływie laminarnym, gdy jedziesz czołowo w tunelu aerodynamicznym, to co jest bardziej korzystne w rzeczywistych sytuacjach to koła i opony, które dobrze sprawdzają się w turbulentnym powietrzu. Najbardziej udane nowoczesne projekty w rzeczywistości mają na celu zabranie powietrza, które jest turbulentne i zmniejszenie jego oporu – w celu oczyszczenia zanieczyszczonego powietrza. Jest to jeden z powodów, dla których cienkie, ostre felgi zastępowane są szerszymi, zaokrąglonymi felgami – nowe projekty po prostu szybciej przecinają brudne powietrze, z którym rowerzyści spotykają się na większości rzeczywistych przejażdżek. Ale jest jeszcze jeden ważny powód, dla którego felgi się rozszerzają, a mianowicie opór toczenia.
Sport kontaktowy
Przejście na szersze felgi jest częściowo wynikiem jednoczesnego przejścia na szersze opony. Tam, gdzie kiedyś normą były opony 23 mm, coraz więcej rowerzystów i producentów wybiera zamiast tego opony 25 mm, a czasami nawet szersze.
‘Badania Continental pokazują, że opona 25c ma o 10-15% mniejszy opór toczenia niż opona 23c – mówi Quan. „Continental pokazał, że jeśli masz większą oponę, powierzchnia styku zamiast się wydłużać, staje się krótsza, ale szersza, więc rzeczywista powierzchnia na drodze pozostaje taka sama przy tych samych ciśnieniach.”
Potwierdzają to ustalenia producenta opon Schwalbe. Menedżer produktu Marcus Hachmeyer mówi: „Jeśli porównasz opony o różnych szerokościach, ale identycznych specyfikacjach – ta sama mieszanka, profil i ciśnienie w oponie – pod względem oporów toczenia szerszy jest szybszy. Jeśli wyobrazisz sobie rower i kierowcę zaparkowanego na tafli szkła i patrzysz od spodu na miejsce, w którym opona styka się ze szkłem, zobaczysz dwa wyraźnie różne kształty. Na wąskiej oponie kształt byłby długi i cienki, owalny. Na szerszej oponie ta powierzchnia styku byłaby krótsza i grubsza, bardziej przypominałaby okrąg, a w ten sposób mniej nici tworzących ściankę boczną i pomagających w tworzeniu oporów toczenia jest używanych w danym momencie, a tarcie jest mniejsze”.
Wszystko bardzo dobrze, ale dlaczego po prostu nie zamontować szerszych opon na wąskich felgach? Gdy obręcz jest wąska, oglądana z profilu opona tworzy kształt „żarówki” – ściśnięta w miejscu zaczepienia o obręcz i bulwiasta z dala od obręczy. Dzięki szerszej obręczy wewnętrznej opona tworzy bardziej odwrócony kształt „U”, co pomaga stworzyć bardziej okrągłą powierzchnię styku z drogą, a tym samym zmniejszyć opór toczenia.
Wewnętrzna szerokość obręczy kół jezdnych - odległość między dwoma haczykowatymi obrzeżami, w których osadzona jest stopka opony - wynosiła do niedawna około 14 mm. Na pierwszym planie szerszych felg ta przestrzeń wzrosła do 16 mm, a teraz producenci znów je poszerzają. Najnowsza seria Aeolus TLR D3 firmy Bontrager, która została wprowadzona na rynek na początku tego roku, zwiększyła tę szerokość w porównaniu z poprzednim modelem D3 o 17.5 mm do masywnego 19,5 mm, znaczny wzrost w ujęciu procentowym. Słowo ostrzeżenia pochodzi jednak od Michela Lethenet z producenta kół Mavic. „Oba elementy [opona i felga] idealnie muszą być zaprojektowane tak, aby idealnie pasowały do ulepszenia systemu. Jeśli nie, to przy rosnącej bezwładności, obrotowym ciężarze i aerodynamicznym hamowaniu nie ma sensu używać szerszej opony. Do tego dochodzi aspekt bezpieczeństwa, który należy wziąć pod uwagę, jeśli weźmiemy pod uwagę odwrotny scenariusz – wąską oponę założoną na zbyt szeroką felgę. Może to wiązać się z wysokim ryzykiem nieprawidłowego osadzenia opony i jej potencjalnego zerwania”.
Bezpieczeństwo z czymś tak ważnym jak opony jest najważniejsze, a Quan dodaje: „Obecnie 17-18 mm [szerokość łoża obręczy] wydaje się w porządku, ale każdy szerszy, powiedzmy do 20 mm, i zaczynamy niezbadane terytorium. W tej chwili nie widzieliśmy żadnych negatywnych skutków, ale tak naprawdę nie było to jeszcze widoczne w głównym nurcie.”
Mesjasz uchwytu
Aby udowodnić, że koła są prawdopodobnie najbardziej złożonym problemem, z którym muszą się zmierzyć inżynierowie, w opisie projektu jest jeszcze jedna ważna kwestia: obsługa.
„To niezwykle ważny czynnik”, mówi Simon Smart, dyrektor techniczny Smart Aero Technology i projektant systemu kół aerodynamicznych Enve Composites (Enve SES). „Jeśli cofniemy się o siedem lat, sportowcy przybyliby do tunelu aerodynamicznego i określilibyśmy dla nich najszybszy zestaw kołowy. Okazało się jednak, że w prawdziwym świecie często koła były wolniejsze. Nie było tak dlatego, że tunel aerodynamiczny był zły, po prostu dlatego, że zawodnicy nie mogli utrzymać linii prostej podczas wyścigu, ponieważ koła nie były stabilne.”
Częścią szybkiej jazdy jest zdolność do utrzymania kontroli, więc jeśli koło nie jest stabilne przy bocznym wietrze lub turbulentnym powietrzu, wynikiem tego jest utrata pewności co do szybkiej jazdy i nieuchronnie ucierpi osiągi. „Dla mnie stabilność jazdy była wielką rzeczą, której brakowało w osiągach kół i wiedziałem, że gdybyśmy mogli opracować bardziej stabilne przednie koło, to nawet jeśli okazałoby się nieco wolniejsze w tunelu aerodynamicznym, wiedziałem, że będzie szybsze w prawdziwym świecie”, mówi Smart.„Dlatego rozpocząłem program rozwoju z Enve, z obsługą jako priorytetem numer jeden.”
Wszystko to wskazuje na fakt, że koło i opona muszą współpracować jako kompletny pakiet, aby uzyskać optymalne rozwiązanie, nie tylko w zakresie aerodynamiki, ale także stabilności przy prędkości, przewidywalnego prowadzenia i niższych oporów toczenia. W związku z tym, czy w przyszłości producenci kół będą ściślej współpracować z producentami opon?
W przypadku Bontragera są już jednym i tym samym. Ray Hanstein, menedżer ds. produktów w firmie Bontrager, mówi: „Nasi inżynierowie ds. kół i opon są uważani za tych samych. Koła i opony są tak splecione, że nie można rozwinąć jednego do jego potencjału bez dokładnego zrozumienia drugiego. Ci faceci pracują w tym samym pokoju, jeżdżą razem, jedzą razem lunch”. Podobna historia jest w Mavic i Zipp, które produkują własne opony i koła, dzięki czemu mogą tworzyć precyzyjnie dobrane produkty. Najważniejsze pytanie, na które należy odpowiedzieć, brzmi: czy osiągnęliśmy szczyt? Smart mówi: „Projektowanie felg to nie lada wyzwanie, ale ekscytujące. W ciągu ostatnich pięciu lat projekty ram uległy znacznej zmianie, a takie rzeczy jak dopuszczenie szerszych opon dały nam swobodę odkrywania jeszcze szerszych felg. Jak w przypadku większości rzeczy, istnieje punkt malejących zwrotów, ale nie sądzę, że osiągnęliśmy jeszcze szczyt.”
Ostatecznie szersze opony i odpowiednio szerokie profile kół to kierunek, w którym zmierza branża, a także właściwy wybór dla rowerzystów, jeśli chcesz uzyskać maksymalne korzyści w warunkach, z którymi wszyscy mamy do czynienia na co dzień, z przewidywalnym prowadzeniem do rozruchu. Nauka to potwierdza, więc może nadszedł czas, aby odrzucić wąski pogląd i przejść na szerszą stronę.
