A keréktárcsák egyre kövérebbek, ami ellentétesnek tűnik a gyorsabbá tételükkel, szóval mi történik?
A Logic azt sugallja, hogy ha valamit gyorsan át akarsz szelni a levegőben, akkor azt vékonyra és élesre tedd – mint a Concorde. Dart alakú volt, míg más utasszállító repülőgépek gömbölyűek voltak, így kevesebb mint három óra alatt képes átkelni az Atlanti-óceánon. Ugyanezt a gondolkodásmódot alkalmazták a mélyszelvényű aero kerekek korai generációi is: a vékony, mély V-szelvények éles peremig keskenyedtek, ami azt a benyomást keltette, hogy maximális hatékonysággal szeli át a levegőt. Intuitív értelme volt, de az idők változtak.
A kerékkialakítás élvonala most kevésbé vágó és tompább. Az éleket puhították, a felnik pedig olyan mértékben kiszélesedtek, amennyire ma már azt mondják, hogy a kövér, lekerekített felniprofilok a legjobb szélcsendes formák a sokoldalú teljesítményhez. Szóval mi történt?
Hed winds
A szélesebb felniforma eredeti híve Hed Wheels volt, alapítója, a néhai Steve Hed pedig az 1980-as években a gondolkodás nagy részét irányította. Amikor a 2000-es évek közepén a Hed piacra dobta pufók, széles profilú alumíniumötvözet Ardennes kerékkészletét, és azt javasolta, hogy a mindenütt jelen lévő 23 mm-es gumiabroncs helyett 25 mm-es abroncsokkal párosítsák, sokan hitetlenségüket fejezték ki azzal kapcsolatban, hogy ez egy gyorsabb beállítás. Akkoriban a technikai részletek vázlatosak voltak. Úgy tűnt, Hed jobb gumistabilitásra törekszik a jobb kanyarkontroll érdekében, valamint csökkenti a becsípődés esélyét egyenetlen terepen, de a 80-as években végzett kezdeti kutatások azt is kimutatták, hogy a szélesebb felnik gyorsabbak lehetnek aerodinamikailag. Aztán, amikor 2009-ben a Hed szabadalom hatálya alá került, megnyílt az ajtó az innováció hulláma előtt.
Michael Hall, a Zipp kerékgyártó fejlett fejlesztési igazgatója azt mondja: „Az iparág éveken át az általános légellenállási hatékonyságra törekedett [a szélcsatorna-tesztelés leggyorsabb eredménye], kevéssé tekintettel arra, hogy ezek az alkatrészek milyen jól teljesítenek optimális, valós napok. A való világban a versenyzőknek meg kell küzdeniük mindazzal, amit a környezetük rájuk vet. A 2010-ben piacra dobott Firecrest kerekeink esetében áthelyeztük a hangsúlyt, és az eredményül kapott termékek arra törekedtek, hogy minden szélirányban stabilabbak és kiszámíthatóbbak legyenek, mint az előző generációk esetében.’
Kevin Quan, a Knight Composites mérnöki igazgatója részletesebben kifejti: „A mi tervezésünk a hátsó élből, vagyis a kerék hátsó feléből indul ki.” Ez talán ellentmondásosnak hangzik, tekintve, hogy a gumiabroncsról és a vezető pozícióról van szó. a felni széle, amely először éri a szelet, de Quan azt mondja: „Kutatásunk azt mutatja, hogy amikor a szél lengési szögben éri el az abroncsot [bármilyen szögben, kivéve az egyenest], az leválik [elveszíti a keréktárcsa egyenletes áramlását], így a felni elején lévő aerodinamikai forma nem tesz sokat – szinte mindig leállt.” Más szóval, nincs értelme az első aerodinamikai formát előnyben részesíteni.
Aero előnyei
Ahhoz, hogy megértsük, hogyan javíthatja a szélesebb felni az aerodinamikát, nem pedig a légellenállást, figyelembe kell vennünk azt a tényt, hogy a levegő, amelyben haladunk, nem viselkedik egyenletesen. Még egy nyugodt napon is kavargó, összetett káosz a levegő. Az aerodinamikai tudomány arra jött rá, hogy az optimális folyadékdinamika – ahogy a levegő kölcsönhatásba lép azokkal a formákkal és felületi textúrákkal, amelyekkel érintkezik – a súrlódás csökkentésében merül ki.
A légáramlást illetően három nagy kategória van. Az első kategória a „lamináris” légáramlás. Ez a legkívánatosabb állapot alacsony súrlódási veszteségek esetén, és a levegő sima, egyenes vagy ívelt vonalakra utal. Amikor mozgó tárggyal találkozik, a lamináris légáramlás elválik, körbecsúszik az objektum körül, majd minimális felhajtással folytatja áramlását a másik oldalon.
A második állapot „turbulens”. Ahogy a neve is sugallja, olyan zavaros levegőre utal, amely távolról sem egyenletesen áramlik, bár lehetnek benne „lamináris” és „leállt” levegő elemei is. A turbulenciának sok oka lehet: lehet, hogy szeles nap van, vagy szorosan követsz egy másik versenyzőt, esetleg autók és teherautók haladnak el mellette. Ezeket a szuboptimális körülményeket néha „piszkos” levegőnek is nevezik, és ez a leggyakoribb állapot, amelyben közlekedünk.
A harmadik feltétel „elakadt”. Ilyenkor a levegő már nem áramlik, hanem egyszerre különböző irányokba örvénylik. Ez az állapot okozza a legnagyobb súrlódást, és mint ilyen, van a legnagyobb hatással a motoros lassítására.
Ez azt jelenti, hogy bár nagyszerű egy olyan kerék és gumi kombinációja, amely jól működik lamináris áramlásban, amikor szembeszáll a szélcsatornában, ami a valós helyzetekben nagyobb előnyt jelent olyan kerekek és gumiabroncsok, amelyek jól működnek turbulens levegőben. A legsikeresebb modern kialakítások célja a turbulens levegő felszívása és a légellenállás csökkentése – a szennyezett levegő megtisztítása. Ez az egyik oka annak, hogy a vékony, éles keréktárcsákat szélesebb, kerekebb felnik váltják fel – az új dizájnok egyszerűen gyorsabban vágják át azt a zűrzavaros levegőt, amellyel a legtöbb valós utazás során találkoznak a motorosok. De van egy másik fő oka annak, hogy a felnik egyre szélesebbek, ez a gördülési ellenállás.
Kapcsolatfelvétel a sporttal
A szélesebb felnikre való áttérés részben a szélesebb gumiabroncsok felé történő egyidejű elmozdulás eredménye. Ahol korábban a 23 mm-es gumiabroncsok voltak jellemzőek, több versenyző és gyártó választja helyette a 25 mm-es, sőt esetenként még szélesebbet is.
A Continental kutatása azt mutatja, hogy egy 25c-es gumiabroncs gördülési ellenállása 10-15%-kal kisebb, mint a 23c-es gumiké” – mondja Quan. „A Continental kimutatta, hogy ha nagyobb abroncsunk van, az érintkezési felület ahelyett, hogy hosszabb lenne, rövidebb, de szélesebb lesz, így a tényleges útfelület azonos nyomás mellett ugyanaz marad.”
Ezt a Schwalbe gumiabroncs-gyártó megállapításai támasztják alá. Marcus Hachmeyer termékmenedzser azt mondja: „Ha összehasonlítja a különböző szélességű, de azonos specifikációjú – azonos összetételű, profilú és légnyomású – gumiabroncsokat a gördülési ellenállás szempontjából, a szélesebb gyorsabb. Ha elképzeled, hogy a kerékpárod és a motorosod egy üveglapon parkolnak, és alulról nézel fel, ahol a gumiabroncs találkozik az üveggel, akkor két teljesen eltérő formát látsz. Egy keskeny abroncson a forma hosszú és vékony, ovális. Egy szélesebb gumiabroncson ez az érintkezési felület rövidebb és kövérebb, inkább kör alakú, és így minden pillanatban kevesebb az oldalfalat alkotó és a gördülési ellenállás kialakítását segítő menet, és kisebb a súrlódás.
Ez mind nagyon jó, de miért nem illeszthet szélesebb gumikat a keskeny felnikre? Ha a felni keskeny, a gumiabroncs profilból nézve „villanykörte” formát ölt – a felnibe való bekapaszkodás helyén becsípve, a felnitől távolabb pedig gömbölyű. A szélesebb belső felninek köszönhetően a gumiabroncs inkább fordított „U” alakot formáz, ami segíti az úttal való kerekebb érintkezési felület kialakítását, és ennek következtében kisebb gördülési ellenállást.
A közúti keréktárcsák belső szélessége – az abroncsperemet rögzítő két horgos perem közötti távolság – egészen a közelmúltig körülbelül 14 mm volt. Az első szélesebb felniknél ez a hely több mint 16 mm-re nőtt, és most a gyártók ismét szélesebbre teszik őket. A Bontrager legújabb Aeolus TLR D3 termékcsaládja, amelyet az év elején mutattak be, 17-re bővítette ezt a szélességet a korábbi D3-hoz képest.5 mm-ről masszív 19,5 mm-re, ami jelentős növekedés százalékos arányban. Egy figyelmeztető szó azonban Michel Lethenettől, a Mavic kerékgyártótól érkezik. „Mindkét elemet [abroncsot és felnit] ideális esetben úgy kell megtervezni, hogy tökéletesen illeszkedjenek a rendszer fejlesztéséhez. Ha nem, akkor a növekvő tehetetlenség, a forgó tömeg és a légellenállás miatt nincs értelme szélesebb abroncsot használni. Ezen túlmenően a biztonsági szempontot is figyelembe kell venni, ha az ellenkező forgatókönyvet gondolja – egy keskeny gumiabroncsot túl széles felnire. Ez nagy a kockázata annak, hogy a gumiabroncs nem illeszkedik megfelelően, és lefújhat.’
A biztonság az olyan létfontosságú dolgokkal, mint a gumiabroncsok, a legfontosabb, és Quan hozzáteszi: „Jelenleg a 17-18 mm-es [belső felni-ágyszélesség] jónak tűnik, de minden szélesebb, mondjuk 20 mm-ig, és már kezdjük is. feltérképezetlen terület. Jelenleg nem tapaszt altunk semmilyen káros hatást, de ez még nem igazán volt látható a mainstreamben.’
Kezelje Messiását
Csak annak bizonyítására, hogy a kerekek talán a legösszetettebb problémát jelentik a mérnökök számára, van még egy fontos szempont a tervezési összefoglalóban: a kezelhetőség.
„Ez rendkívül fontos tényező” – mondja Simon Smart, a Smart Aero Technology műszaki igazgatója és az Enve Composites aerokerékrendszerének (Enve SES) tervezője. „Ha visszamegyünk hét évre, a sportolók a szélcsatornához érkeznének, és mi meghatároznánk számukra a leggyorsabb kereket. De azt tapaszt altuk, hogy a való világban gyakran lassabbak a kerekek. Ez nem azért volt, mert a szélcsatorna rossz volt, hanem egyszerűen azért, mert a versenyzők nem tudták tartani az egyenes vonalat verseny közben, mert a kerekek nem voltak stabilak.’
A gyors haladáshoz hozzátartozik, hogy meg tudja őrizni az irányítást, így ha egy kerék nem stabil oldalszélben vagy turbulens levegőben, az önbizalom elvesztését eredményezi, hogy gyorsan haladjon, és a teljesítmény elkerülhetetlenül csökken. Számomra a menetstabilitás volt a legnagyobb hiányzó a kerék teljesítményéből, és tudtam, hogy ha stabilabb első kereket tudunk kifejleszteni, akkor még ha a szélcsatornában kissé lassabbnak is bizonyult, akkor is tudtam, hogy a való világban gyorsabb lesz. – mondja Smart.„Ezért kezdtem bele a fejlesztési programba az Enve-vel, ahol a kezelés volt az első számú prioritás.”
Mindez arra utal, hogy a keréknek és a gumiabroncsnak egy komplett csomagként kell működnie az optimális megoldás érdekében, nemcsak az aerodinamikában, hanem a sebességbeli stabilitásban, a kiszámítható kezelhetőségben és az alacsonyabb gördülési ellenállásban is. Ennek fényében látni fogjuk-e, hogy a kerékgyártók a jövőben szorosabban együttműködnek a gumiabroncs-gyártókkal?
A Bontrager esetében már egy és ugyanaz. Ray Hanstein, a Bontrager keréktermék-menedzsere azt mondja: „A kerék- és abroncsmérnökeinket azonosnak tekintik. A kerekek és a gumiabroncsok annyira összefonódnak, hogy nem lehet az egyiket a benne rejlő lehetőségekre fejleszteni anélkül, hogy bensőségesen megértené a másikat. Ezek a srácok ugyanabban a szobában dolgoznak, együtt lovagolnak, együtt ebédelnek.” Hasonló a történet a Mavicnál és a Zippnél, amelyek saját maguk készítik a gumikat és a kerekeket, így pontosan párosított termékeket tudnak létrehozni. A megválaszolandó nagy kérdés az, hogy elértük a csúcsot? Smart azt mondja: „A felnik tervezése nagy kihívás, de izgalmas. Az elmúlt öt évben a vázkialakítás egy kicsit megváltozott, és például a szélesebb gumiabroncsok lehetővé tétele tette lehetővé számunkra a még szélesebb felnik felfedezését. Mint a legtöbb dolognak, itt is csökken a hozam, de szerintem még nem értük el a csúcsot.’
Végső soron a szélesebb gumiabroncsok és az ennek megfelelően széles kerékprofilok jelentik az irányt az iparban, és a megfelelő választás a versenyzők számára, ha maximális nyereséget szeretnének elérni olyan körülmények között, amelyekkel mindannyian nap mint nap tapasztalunk, kiszámítható kezelhetőség mellett. A tudomány ezt támasztja alá, így lehet, hogy ideje elvetni a szűk nézetet, és szélesre nyúlni.
