Hjulfelgene blir fetere, noe som virker motintuitivt for å gjøre dem raskere, så hva skjer?
Logikk antyder at hvis du vil at noe skal skjære raskt gjennom luften, gjør du det tynt og skarpt – som Concorde. Den var formet som en pil mens andre passasjerfly var bulbuske, og som et resultat kunne den krysse Atlanterhavet på under tre timer. Mye samme tankegang gikk inn i tidlige generasjoner av dype seksjons aero-hjul: tynne, dype V-seksjoner avsmalnet til en skarp kant, noe som ga inntrykk av å skjære gjennom luften med maksimal effektivitet. Det var intuitivt fornuftig, men tidene har endret seg.
Nyheten innen hjuldesign er nå, vel, mindre skjærende og mer sløv. Kanter har blitt myknet og felger utvidet i den grad vi nå blir fort alt at fete, avrundede felgprofiler er den beste vind-jukseformen for allsidig ytelse. Så hva har skjedd?
Hed vind
Den opprinnelige talsmannen for den bredere felgformen var Hed Wheels, med grunnleggeren, avdøde Steve Hed, som drev mye av tankegangen på 1980-tallet. Da Hed lanserte sitt lubne, bredprofilerte Ardennes-hjulsett i aluminiumslegering på midten av 2000-tallet, og anbef alte det å bli sammenkoblet med 25 mm dekk i stedet for de allestedsnærværende 23 mm, uttrykte mange vantro på at dette kunne være et raskere oppsett. På den tiden var tekniske detaljer skisserte. Det virket som om Hed søkte bedre dekkstabilitet for mer kontroll i svinger, sammen med å redusere sjansen for å klemme flater i ulendt terreng, men den første forskningen på 80-tallet hadde også vist at bredere felger kunne være raskere aerodynamisk. Så, da Hed-patentet var ute i 2009, ble døren åpnet for en bølge av innovasjon.
Michael Hall, direktør for avansert utvikling hos hjulprodusenten Zipp, sier: "I årevis har industrien jaget den generelle luftmotstandseffektiviteten [de raskeste resultatene i vindtunneltesting] med liten hensyn til hvor godt disse komponentene presterte på sub- optimale, virkelige dager. I den virkelige verden må ryttere takle alt miljøet deres kaster på dem. For Firecrest-hjulene våre, lansert i 2010, endret vi fokus og de resulterende produktene forsøkte å være mer stabile og forutsigbare i alle vindretninger enn våre tidligere generasjoner.’
Kevin Quan, ingeniørdirektør i Knight Composites, går mer i detalj: «Måten vi designer er fra bakkanten, altså den bakre halvdelen av hjulet.» Det kan høres motintuitivt ut gitt det er dekket og ledende kanten av felgen som treffer vinden først, men Quan sier: 'Vår forskning viser at når vinden treffer et dekk i en girvinkel [en hvilken som helst vinkel bortsett fra rett på] kommer det til å løsne [miste sin jevne flyt over felgen], så den aerodynamiske formen foran på felgen gjør ikke så mye – den er nesten alltid stoppet.» Med andre ord er det ingen vits i å prioritere en aerodynamisk form foran.
Aero-fordeler
For å forstå hvordan en bredere felg kan forbedre aerodynamikken i stedet for å øke luftmotstanden, må vi vurdere det faktum at luften vi sykler i ikke oppfører seg på en konsistent måte. Selv på en rolig dag er luften et virvlende, komplekst rot. Det aerodynamiske vitenskapen har innsett er at optimal væskedynamikk – måten luften samhandler med formene og overflateteksturene den kommer i kontakt med – koker ned til å redusere friksjonen.
Når det kommer til luftstrøm, er det tre brede kategorier. Den første kategorien er "laminær" luftstrøm. Dette er den mest ønskelige tilstanden for lave friksjonstap, og det refererer til luften som beveger seg i jevne, rette eller buede linjer. Når den møter et objekt i bevegelse, separeres laminær luftstrøm, glir rundt objektet, og fortsetter deretter flyten på den andre siden med minim alt oppstyr.
Den andre tilstanden er 'turbulent'. Som navnet antyder refererer det til rotete luft som er langt fra jevnflytende, selv om den kan ha elementer av både "laminær" og "stoppet" luft i seg. Årsakene til turbulensen kan være mange: kanskje det er en vindfull dag, eller du følger en annen rytter tett, eller det er biler og lastebiler som passerer. Disse suboptimale forholdene kalles noen ganger "skitten" luft, og det er den vanligste tilstanden vi sykler i.
Den tredje tilstanden er «stoppet». Dette er når luften ikke lenger strømmer, men virvler i forskjellige retninger samtidig. Denne tilstanden forårsaker den største mengden friksjon og har som sådan størst effekt på å bremse en rytter ned.
Alt dette betyr er at selv om det er flott å ha en kombinasjon av hjul og dekk som fungerer godt i laminær flyt, når du kommer front mot front i en vindtunnel, hva er det som er av større fordel i virkelige scenarier er hjul og dekk som fungerer godt i turbulent luft. De mest vellykkede moderne designene har faktisk som mål å ta luft som er turbulent og redusere luftmotstanden – for å rense den skitne luften. Dette er en av grunnene til at tynne, skarpe felger blir erstattet av bredere, rundere felger – de nye designene er ganske enkelt raskere til å skjære gjennom den rotete luften som ryttere møter på de fleste ritt i den virkelige verden. Men det er en annen viktig grunn til at felgene blir bredere, som er rullemotstanden.
Kontakt sport
Skiftet til bredere felger er delvis et resultat av en samtidig bevegelse mot bredere dekk. Der 23 mm dekk pleide å være normen, velger flere ryttere og produsenter i stedet for 25 mm, og noen ganger enda bredere.
‘Continentals forskning viser at et 25c-dekk har 10-15 % mindre rullemotstand enn et 23c-dekk, sier Quan. «Continental viste at hvis du har et større dekk, blir kontaktflekken, i stedet for å vokse lengre, kortere, men bredere, så det faktiske overflatearealet på veien forblir det samme ved samme trykk.»
Dette er støttet av dekkprodusenten Schwalbes funn. Produktsjef Marcus Hachmeyer sier: Hvis du sammenligner dekk med forskjellige bredder, men identiske spesifikasjoner - samme sammensetning, profil og lufttrykk - når det gjelder rullemotstand, er bredere raskere. Hvis du forestiller deg sykkelen og rytteren din parkert på en glassplate og at du så opp fra undersiden på der dekket møter glasset, vil du se to tydelig forskjellige former. På et sm alt dekk ville formen være lang og tynn, en oval. På et bredere dekk vil denne kontaktflekken være kortere og fetere, mer en sirkel, og på den måten blir færre av trådene som utgjør sideveggen og bidrar til å skape rullemotstand brukt til enhver tid, og friksjonen er mindre.'
Det er alt veldig bra, men hvorfor ikke bare montere bredere dekk på smale felger? Når felgen er smal, danner dekket en "lyspære"-form når det ses i profil - klemt der det hekter seg inn i felgen, og bulbous bort fra felgen. Med en bredere innvendig felg danner dekket mer en omvendt "U"-form, noe som bidrar til å skape en rundere kontaktflate med veien og deretter mindre rullemotstand.
Den innvendige bredden på hjulfelger – avstanden mellom de to krokete flensene som sitter på dekkvulsten – har inntil nylig vært rundt 14 mm. På den første avlingen av bredere felger vokste den plassen til mer som 16 mm, og nå tar produsentene dem bredere igjen. Bontragers siste Aeolus TLR D3-serie, som ble lansert tidligere i år, utvidet den bredden fra sin forrige D3 med 17.5 mm til massive 19,5 mm, en betydelig økning i prosentvis. Et ord til advarsel kommer fra Michel Lethenet fra hjulprodusenten Mavic. "Begge elementer [dekk og felg] må ideelt sett designes for å matche perfekt for å forbedre systemet. Hvis ikke, gir det ingen mening med økende treghet, roterende vekt og luftmotstand å bare bruke et bredere dekk. I tillegg er det sikkerhetsaspektet å tenke på hvis du vurderer det motsatte scenarioet – et sm alt dekk som brukes på en for bred felg. Dette kan ha stor risiko for at dekket ikke sitter riktig og potensielt blåser av.’
Sikkerhet med noe så viktig som dekk er viktigst, og Quan legger til: «For øyeblikket virker 17-18 mm [intern felgbredde] bra, men noe bredere, si opptil 20 mm, og vi begynner å uutforsket område. For øyeblikket har vi ikke sett noen uønskede effekter, men det er ennå ikke virkelig sett i mainstream.’
Handle’s Messiah
Bare for å bevise at hjul er kanskje det mest komplekse problemet for ingeniører å takle, er det en annen viktig vurdering i designoppgaven: håndtering.
‘Det er en enormt viktig faktor,’ sier Simon Smart, teknisk direktør for Smart Aero Technology og designer av Enve Composites sitt flyhjulsystem (Enve SES). «Hvis vi går syv år tilbake, vil idrettsutøvere komme til vindtunnelen og vi vil finne det raskeste hjulsettet for dem. Men vi fant ut at ofte i den virkelige verden var hjulene tregere. Dette var ikke fordi vindtunnelen var feil, det var ganske enkelt fordi rytterne ikke klarte å holde en rett linje under racing fordi hjulene manglet stabilitet.’
En del av å gå fort er å kunne opprettholde kontrollen, så hvis et hjul mangler stabilitet i sidevind eller turbulent luft, er resultatet tap av selvtillit til å kjøre fort, og ytelsen lider uunngåelig. «For meg var kjørestabilitet det store som manglet i hjulytelsen, og jeg visste at hvis vi kunne utvikle et mer stabilt forhjul, så visste jeg at det ville være raskere i den virkelige verden, selv om det viste seg litt tregere i vindtunnelen., sier Smart.'Derfor begynte jeg på utviklingsprogrammet med Enve, med håndtering som første prioritet.'
Alt dette peker på at hjul og dekk må fungere sammen som en komplett pakke for en optimal løsning, ikke bare innen aerodynamikk, men også i stabilitet ved hastighet, forutsigbar håndtering og lavere rullemotstand. I lys av dette, vil vi se hjulprodusenter samarbeide tettere med dekkprodusenter i fremtiden?
I tilfellet med Bontrager er de allerede en og samme. Ray Hanstein, Bontragers hjulproduktsjef, sier: "Våre hjul- og dekkingeniører anses som de samme. Hjul og dekk er så sammenflettet at du ikke kan utvikle det ene til dets potensial uten å ha en intim forståelse av det andre. Disse gutta jobber i samme rom, sykler sammen, spiser lunsj sammen.’ Det er en lignende historie hos Mavic og Zipp, som lager sine egne dekk så vel som hjul, så de kan lage nøyaktig sammenkoblede produkter. Det store spørsmålet som gjenstår å svare på er: har vi nådd toppen? Smart sier: "Å designe felger er litt av en utfordring, men spennende. De siste fem årene har rammedesign endret seg en del, og det er ting som å tillate bredere dekk som har gitt oss friheten til å utforske enda bredere felger. Som med de fleste ting, er det et poeng med avtagende avkastning, men jeg tror ikke vi har nådd toppen ennå.’
Til syvende og sist er bredere dekk og tilsvarende brede hjulprofiler veien bransjen er på vei, og det riktige valget for ryttere hvis du vil ha maksimale gevinster i den typen forhold vi alle opplever fra dag til dag, med forutsigbar håndtering til oppstarten. Vitenskapen støtter det, så det kan være på tide å avvise den smale utsikten og gå bredt.
