Pyörien vanteet ovat lihavampia, mikä vaikuttaa ristiriid alta niiden nopeuttamiselle, joten mitä tapahtuu?
Logic ehdottaa, että jos haluat jotain leikkaavan ilmassa nopeasti, teet siitä ohutta ja terävää – kuten Concordea. Se oli tikan muotoinen, kun taas muut matkustajakoneet olivat sipuleita, ja sen seurauksena se pystyi ylittämään Atlantin alle kolmessa tunnissa. Paljon samaa ajattelua käytettiin varhaisten syväprofiilisten aero-pyörien sukupolvien kohdalla: ohuet, syvät V-osat kapenivat terävään reunaan, mikä antoi vaikutelman, että se leikkaa ilmaa mahdollisimman tehokkaasti. Se oli intuitiivista järkeä, mutta ajat ovat muuttuneet.
Pyörien suunnittelun kärjessä on nyt vähemmän leikkaamista ja tylsempää. Reunoja on pehmennetty ja vanteita levennetty siinä määrin, että meille nyt kerrotaan, että paksut, pyöristetyt vanneprofiilit ovat paras tuulta hylkivä muoto kaikenlaiseen suorituskykyyn. Mitä on tapahtunut?
Hed tuulet
Leveämmän vanteen muodon alkuperäinen kannattaja oli Hed Wheels, jonka perustaja, edesmennyt Steve Hed, ohjasi paljon ajattelua 1980-luvulla. Kun Hed lanseerasi pullean, laajaprofiilisen alumiiniseoksesta valmistetun Ardennes-pyöräsarjansa 2000-luvun puolivälissä ja suositteli sen yhdistämistä 25 mm:n renkaisiin yleisten 23 mm:n renkaiden sijaan, monet ilmaisivat epäuskonsa, että tämä voisi olla nopeampi asennus. Tuolloin tekniset yksityiskohdat olivat luonnollisia. Näytti siltä, että Hed etsi parempaa renkaiden vakautta saadakseen paremman hallinnan kaarreajossa ja vähentäen puristumismahdollisuutta epätasaisessa maastossa, mutta alustavat tutkimukset 80-luvulla olivat myös osoittaneet, että leveämmät vanteet voisivat olla nopeampia aerodynaamisesti. Sitten, kun Hedin patentti oli voimassa vuonna 2009, ovi avattiin innovaatioa altolle.
Michael Hall, pyörävalmistaja Zippin edistyneen kehityksen johtaja, sanoo: "Vuosien ajan teollisuus tavoitteli kokonaisvastustehokkuutta [tuulitunnelien testauksen nopeimmat tulokset] ottamatta huomioon sitä, kuinka hyvin nämä komponentit suoriutuivat optimaaliset, todelliset päivät. Todellisessa maailmassa ratsastajien on kohdattava kaikki, mitä heidän ympäristönsä heittää heille. Vuonna 2010 lanseerattujen Firecrest-pyöridemme os alta siirsimme painopisteemme, ja tuloksena saadut tuotteet pyrkivät olemaan vakaampia ja ennustettavampia kaikissa tuulensuunnissa kuin aiempien sukupolvemme.’
Kevin Quan, Knight Compositesin suunnittelujohtaja, menee yksityiskohtiin: "Suunnittelumme lähtee takareunasta, eli pyörän takaosasta." Se saattaa kuulostaa ristiriitaiselta, koska kyseessä on rengas ja johtoasema. vanteen reuna, joka osuu ensin tuuleen, mutta Quan sanoo: "Tutkimuksemme osoittavat, että kun tuuli osuu renkaaseen vinossa [mikä tahansa kulmassa paitsi suoraan], se irtoaa [menettää tasaisen virtauksensa vanteen yli], joten vanteen etuosan aerodynaaminen muoto ei tee paljoa – se on melkein aina jumissa.” Toisin sanoen ei ole mitään järkeä priorisoida etuosan aerodynaamista muotoa.
Aeron edut
Ymmärtääksemme, kuinka leveämpi vanne voi parantaa aerodynamiikkaa sen sijaan, että se lisää vastusta, meidän on otettava huomioon se tosiasia, että ilma, jossa ajamme, ei toimi johdonmukaisesti. Jopa tyyninä päivänä ilma on pyörteilevä, monimutkainen sotku. Aerodynaaminen tiede on ymmärtänyt, että optimaalinen nestedynamiikka – tapa, jolla ilma on vuorovaikutuksessa muotojen ja pintakuvioiden kanssa, joiden kanssa se joutuu kosketuksiin – tiivistyy kitkan vähentämiseen.
Ilmavirran os alta on kolme laajaa luokkaa. Ensimmäinen luokka on "laminaarinen" ilmavirta. Tämä on halutuin tila pienille kitkahäviöille ja se viittaa ilman liikkumiseen tasaisin, suorin tai kaarevin linjoin. Kun se kohtaa liikkuvan kohteen, laminaarinen ilmavirta erottuu, liukuu objektin ympäri ja jatkaa sitten virtaamistaan toiselle puolelle mahdollisimman pienellä hälinällä.
Toinen tila on 'turbulentti'. Kuten nimestä voi päätellä, se viittaa sekaisin ilmaan, joka ei ole kaukana tasaisesta virtauksesta, vaikka siinä voi olla sekä "laminaarista" että "pysähtynyt" ilmaa. Turbulenssin syitä voi olla monia: ehkä on tuulinen päivä, tai seuraat toista ratsastajaa tarkasti tai autot ja kuorma-autot kulkevat ohi. Näitä epäoptimaalisia olosuhteita kutsutaan joskus "likaiseksi" ilmaksi, ja se on yleisin tila, jossa ajamme.
Kolmas ehto on "pysähdyksissä". Tällöin ilma ei enää virtaa, vaan pyörteilee eri suuntiin kerralla. Tämä tila aiheuttaa suurimman määrän kitkaa ja siten sillä on suurin vaikutus ajajan hidastamiseen.
Tämä kaikki tarkoittaa sitä, että vaikka on hienoa saada vanteen ja renkaan yhdistelmä, joka toimii hyvin laminaarisessa virtauksessa, kun pääset suoraan tuulitunnelissa, mikä on enemmän hyötyä todellisissa skenaarioissa ovat vanteet ja renkaat, jotka toimivat hyvin pyörteisessä ilmassa. Menestyneimmät modernit mallit pyrkivät itse asiassa ottamaan turbulenttia ilmaa ja vähentämään sen vastusta – puhdistamaan likaisen ilman. Tämä on yksi syy siihen, miksi ohuet ja terävät vanteet korvataan leveämmillä, pyöreämmillä vanteilla – uudet mallit ovat yksinkertaisesti nopeampia leikkaamaan läpi sotkuisen ilman, jota ajajat kohtaavat useimmissa todellisissa ajoissa. Mutta on toinen tärkeä syy vanteiden levenemiseen, joka on vierintävastus.
Ota yhteyttä urheiluun
Siirtymä leveämpiin vanteisiin on osittain seurausta samanaikaisesta siirtymisestä kohti leveämpiä renkaita. Siellä missä ennen 23 mm:n renkaat olivat normaaleja, useammat kuljettajat ja valmistajat valitsevat sen sijaan 25 mm:n ja joskus jopa leveämmän.
’Continentalin tutkimus osoittaa, että 25c renkaalla on 10–15 % pienempi vierintävastus kuin 23c:n renkaalla, Quan sanoo. 'Continental osoitti, että jos sinulla on suurempi rengas, kosketuskohta sen sijaan, että se kasvaisi pidemmäksi, lyhenee, mutta leveämpi, joten todellinen pinta-ala tiellä pysyy samana samoilla paineilla.'
Tätä tukevat rengasvalmistajan Schwalben havainnot. Tuotepäällikkö Marcus Hachmeyer sanoo: Jos vertaa renkaita, joilla on eri leveydet, mutta identtiset tekniset tiedot – sama seos, profiili ja täyttöpaine – vierintävastuksen suhteen leveämpi on nopeampi. Jos kuvittelet, että pyöräsi ja ajajasi ovat pysäköitynä lasilevylle ja katsot alha alta ylös kohtaan, jossa rengas kohtaa lasin, näet kaksi selvästi erilaista muotoa. Kapealla renkaalla muoto olisi pitkä ja ohut, soikea. Leveämmässä renkaassa se kosketuskohta olisi lyhyempi ja paksumpi, enemmän ympyrä, ja siten vähemmän kierteitä, jotka muodostavat sivuseinän ja auttavat luomaan vierintävastuksen, käytetään kulloinkin, ja kitka on pienempi.
Se on kaikki erittäin hyvä, mutta miksi ei yksinkertaisesti sovita leveämmät renkaat kapeisiin vanteisiin? Kun vanne on kapea, rengas muodostaa profiilissa katsottuna "hehkulampun" muodon – puristuksiin kohdasta, jossa se tarttuu vanteeseen, ja sipulimainen pois vanteesta. Leveämmällä sisävanteella rengas muodostaa enemmän käänteisen "U"-muodon, mikä auttaa luomaan pyöreämmän kosketuskohdan tien kanssa ja siten vähentämään vierintävastusta.
Maantievanteiden sisäleveys – etäisyys kahden koukussa olevan laipan välillä, jotka kiinnittävät renkaan jalkaan – on viime aikoihin asti ollut noin 14 mm. Ensimmäisellä leveämpien vanteiden sarjalla tämä tila kasvoi enemmän kuin 16 mm:iin, ja nyt valmistajat laajentavat niitä jälleen. Bontragerin uusin Aeolus TLR D3 -sarja, joka lanseerattiin aiemmin tänä vuonna, laajensi leveyttä edellisestä D3:sta 17:ään.5 mm massiiviseen 19,5 mm:iin, mikä merkitsee huomattavaa kasvua prosentteina. Varoituksen sana tulee kuitenkin vanteiden valmistaja Mavicin Michel Lethenetiltä. "Molemmat elementit [rengas ja vanne] on ihanteellisesti suunniteltava sopimaan täydellisesti yhteen järjestelmän parantamiseksi. Jos ei, ei ole mitään järkeä käyttää leveämpää rengasta kasvavan inertian, pyörivän painon ja ilmavastuksen vuoksi. Lisäksi turvallisuusnäkökohta on pohdittava, jos ajattelet päinvastaista tilannetta – kapeaa rengasta käytetään liian leveällä vanteella. Tällä voi olla suuri riski, että rengas ei asetu kunnolla paikalleen ja saattaa puh altaa pois.’
Turvallisuus niinkin tärkeällä asialla kuin renkaat on ensiarvoisen tärkeää, ja Quan lisää: "Tällä hetkellä 17-18 mm [sisävanteen leveys] näyttää hyvältä, mutta mikä tahansa leveämpi, vaikkapa 20 mm, niin pääsemme kartoittamaton alue. Tällä hetkellä emme ole havainneet haittavaikutuksia, mutta niitä ei ole vielä varsinaisesti nähty v altavirrassa.’
Handlen Messias
Jotta todistaa, että pyörät ovat ehkä kaikkein monimutkaisimmat insinöörien ratkaistavissa olevat ongelmat, suunnittelussa on toinen tärkeä näkökohta: käsittely.
’Se on erittäin tärkeä tekijä, sanoo Simon Smart, Smart Aero Technologyn tekninen johtaja ja Enve Compositesin aeropyöräjärjestelmän (Enve SES) suunnittelija. Jos palaamme seitsemän vuotta taaksepäin, urheilijat tulisivat tuulitunneliin ja tunnistaisimme heille nopeimman pyöräsarjan. Mutta huomasimme, että todellisessa maailmassa pyörät olivat usein hitaampia. Tämä ei johtunut siitä, että tuulitunneli oli väärä, se johtui yksinkertaisesti siitä, että ratsastajat eivät pystyneet pitämään suoraa linjaa kilpaillessaan, koska pyörien vakaus puuttui.’
Osa nopeaa ajamista on hallinnan säilyttäminen, joten jos pyörän vakaus puuttuu sivutuulessa tai myrskyisessä ilmassa, seurauksena on itseluottamuksen menetys nopeaan ajamiseen ja suorituskyky kärsii väistämättä. "Minulle ajovakaus oli iso asia, joka pyörän suorituskyvystä puuttui, ja tiesin, että jos pystyisimme kehittämään vakaamman etupyörän, vaikka se osoittautuisikin hieman hitaammaksi tuulitunnelissa, tiesin, että se olisi nopeampi todellisessa maailmassa. ', sanoo Smart."Siksi aloitin kehitysohjelman Enven kanssa, ja käsittely oli ykkösprioriteetti."
Kaikki tämä viittaa siihen, että pyörän ja renkaan on toimittava yhdessä täydellisenä kokonaisuutena optimaalisen ratkaisun saavuttamiseksi, ei vain aerodynamiikassa, vaan myös vakaudessa nopeudessa, ennustettavan ajettavuuden ja alhaisemman vierintävastuksen suhteen. Näemmekö tämän valossa vanteiden valmistajien tiiviimpää yhteistyötä rengasvalmistajien kanssa tulevaisuudessa?
Bontragerin tapauksessa ne ovat jo yksi ja sama. Ray Hanstein, Bontragerin vanteiden tuotepäällikkö, sanoo: "Pyörä- ja rengasinsinöörejämme pidetään samanlaisina. Pyörät ja renkaat ovat niin kietoutuneet yhteen, että et voi kehittää toista potentiaaliinsa ilman, että ymmärrät läheisesti toista. Nämä kaverit työskentelevät samassa huoneessa, ratsastavat yhdessä, syövät lounasta yhdessä.” Samanlainen tarina on Mavicilla ja Zippillä, jotka valmistavat itse renkaat ja vanteet, joten ne voivat luoda täsmällisesti pareittain tuotteita. Suuri kysymys, johon on vastattava, on: olemmeko päässeet huipulle? Smart sanoo: "Venteiden suunnittelu on melkoinen haaste, mutta jännittävä. Viimeisen viiden vuoden aikana runkomallit ovat muuttuneet melkoisesti, ja esimerkiksi leveämpien renkaiden salliminen on antanut meille vapauden tutkia entistä leveämpiä vanteita. Kuten useimmissa asioissa, tuotto voi pienentyä, mutta en usko, että olemme vielä saavuttaneet huippua.’
Loppujen lopuksi leveämmät renkaat ja vastaavasti leveät pyöräprofiilit ovat alan suunta ja oikea valinta ajajille, jos haluat maksimaalisen hyödyn sellaisissa olosuhteissa, joita me kaikki koemme päivittäin, ja ennakoitavaa käsiteltävyyttä.. Tiede tukee sitä, joten saattaa olla aika hylätä kapea näkymä ja mennä leveäksi.
