Ráfky kol jsou stále tlustší, což se zdá být neintuitivní, aby byly rychlejší, takže co se děje?
Logika naznačuje, že pokud chcete, aby se něco rychle prořízlo vzduchem, uděláte to tenké a ostré – jako Concorde. Měl tvar šipky, zatímco ostatní dopravní letadla byla baňatá, a v důsledku toho dokázal přeletět Atlantik za méně než tři hodiny. V podstatě totéž se týkalo raných generací aero kol s hlubokými sekcemi: tenké, hluboké V-profily se zužovaly k ostré hraně, což působilo dojmem, že krájí vzduchem s maximální účinností. Dávalo to intuitivní smysl, ale časy se změnily.
Špičková hrana designu kol je nyní, no, méně řezná a více tupá. Hrany byly změkčeny a ráfky rozšířeny do té míry, jak nám nyní říkáme, že tlusté, zaoblené profily ráfků jsou tím nejlepším tvarem, který podvádí vítr pro všestranný výkon. Tak co se stalo?
Hed winds
Původním zastáncem tvaru širšího ráfku byla společnost Hed Wheels, jejíž zakladatel, zesnulý Steve Hed, řídil většinu myšlení v 80. letech. Když Hed v polovině roku 2000 uvedla na trh své baculaté, širokoprofilové ardenské kolo z hliníkové slitiny a doporučilo, aby bylo spárováno s 25mm pneumatikami spíše než všudypřítomnými 23mm, mnozí vyjádřili nedůvěru, že by to mohlo být rychlejší nastavení. V té době byly technické detaily útržkovité. Zdálo se, jako by Hed hledal lepší stabilitu pneumatik pro lepší kontrolu v zatáčkách spolu se snížením možnosti prasknutí na nerovném terénu, přesto počáteční výzkum v 80. letech také ukázal, že širší ráfky mohou být aerodynamicky rychlejší. Když byl patent Hed v roce 2009 k dispozici, otevřely se dveře vlně inovací.
Michael Hall, ředitel pokročilého vývoje u výrobce kol Zipp, říká: „Po celá léta se průmysl snažil o celkovou účinnost aerodynamického odporu [nejrychlejší výsledky při testování v aerodynamickém tunelu] bez ohledu na to, jak dobře si tyto komponenty vedly na sub- optimální dny v reálném světě. Ve skutečném světě se jezdci musí vypořádat se vším, co na ně jejich prostředí vrhá. U našich kol Firecrest, která byla uvedena na trh v roce 2010, jsme změnili naše zaměření a výsledné produkty se snažily být stabilnější a předvídatelnější v jakémkoli směru větru než naše předchozí generace.’
Kevin Quan, ředitel inženýrství ve společnosti Knight Composites, jde do podrobností: „Způsob, jakým navrhujeme, vychází z odtokové hrany, což znamená zadní polovinu kola.“To může znít neintuitivně, vzhledem k tomu, že jde o pneumatiku a přední část okraj ráfku, který narazí do větru jako první, ale Quan říká: „Náš výzkum ukazuje, že když vítr narazí na pneumatiku pod úhlem vybočení [jakýkoli jiný úhel než přímý], oddělí se [ztratí plynulé proudění přes ráfek], takže aerodynamický tvar přední části ráfku moc nedělá – je téměř vždy zaseknutý.“Jinými slovy, nemá smysl upřednostňovat aerodynamický tvar přední části.
Aero výhody
Abychom pochopili, jak může širší ráfek zlepšit aerodynamiku místo zvýšení odporu, musíme vzít v úvahu skutečnost, že vzduch, ve kterém jedeme, se nechová konzistentně. I za klidného dne je vzduch vířící, složitý nepořádek. Aerodynamická věda si uvědomila, že optimální dynamika tekutin – způsob, jakým vzduch interaguje s tvary a povrchovými strukturami, se kterými přichází do styku – se scvrkává na snížení tření.
Pokud jde o proudění vzduchu, existují tři široké kategorie. První kategorií je „laminární“proudění vzduchu. Toto je nejžádanější stav pro nízké ztráty třením a týká se vzduchu pohybujícího se v hladkých, přímých nebo zakřivených liniích. Když narazí na pohybující se objekt, laminární proudění vzduchu se oddělí, klouže kolem objektu a poté obnoví proudění na druhé straně s minimálním zmatkem.
Druhý stav je „turbulentní“. Jak název napovídá, odkazuje na změťovaný vzduch, který má daleko k hladkému proudění, i když v něm mohou být prvky „laminárního“i „zastaveného“vzduchu. Příčin turbulencí může být mnoho: možná je větrný den, nebo těsně sledujete jiného jezdce, nebo kolem projíždějí auta a kamiony. Tyto suboptimální podmínky se někdy nazývají „špinavý“vzduch a je to nejčastější stav, ve kterém jezdíme.
Třetí podmínka je „zablokována“. To je, když vzduch již neproudí, ale víří v různých směrech najednou. Tento stav způsobuje největší množství tření a jako takový má největší vliv na zpomalení jezdce.
To vše znamená, že i když je skvělé mít kombinaci kola a pneumatiky, která dobře funguje v laminárním proudění, když se vrhnete čelem ve větrném tunelu, co je větší přínos v reálných scénářích jsou kola a pneumatiky, které dobře fungují v turbulentním vzduchu. Nejúspěšnější moderní konstrukce mají za cíl nasát turbulentní vzduch a snížit jeho odpor – vyčistit špinavý vzduch. To je jeden z důvodů, proč jsou tenké, ostré ráfky nahrazovány širšími, kulatějšími ráfky – nové konstrukce jsou prostě rychlejší v prořezávání nepořádku, se kterým se jezdci setkávají na většině skutečných jízd. Ale je tu ještě jeden hlavní důvod, proč se ráfky rozšiřují, a to valivý odpor.
Kontaktujte sport
Přechod na širší ráfky je částečně výsledkem současného přechodu na širší pneumatiky. Tam, kde bývaly standardem 23mm pneumatiky, více jezdců a výrobců místo toho volí 25mm a občas ještě širší.
„Výzkum společnosti Continental ukazuje, že pneumatika 25c má o 10–15 % nižší valivý odpor než pneumatika 23c,“říká Quan. ‚Continental ukázal, že pokud máte větší pneumatiku, kontaktní plocha se místo toho, aby se prodloužila, zkrátí, ale rozšíří, takže skutečná plocha povrchu na silnici zůstane stejná při stejných tlacích.‘
Toto je podpořeno zjištěními výrobce pneumatik Schwalbe. Produktový manažer Marcus Hachmeyer říká: „Pokud porovnáte pneumatiky s různými šířkami, ale stejnými specifikacemi – stejná směs, profil a tlak nahuštění – z hlediska valivého odporu je širší širší valivý odpor rychlejší. Pokud si představíte své kolo a jezdce zaparkované na skleněné tabuli a že se díváte zespodu na místo, kde se pneumatika setkává se sklem, uvidíte dva výrazně odlišné tvary. Na úzké pneumatice by byl tvar dlouhý a tenký, oválný. Na širší pneumatice by tato kontaktní plocha byla kratší a tlustší, více do kruhu, a tak se v každém okamžiku použije méně závitů, které tvoří boční stěnu a pomáhají vytvářet valivý odpor, a tření je menší.“
To je všechno velmi dobře, ale proč jednoduše nenasadit širší pneumatiky na úzké ráfky? Když je ráfek úzký, vytváří pneumatika při pohledu z profilu tvar „žárovky“– sevřená v místě, kde se zahákne do ráfku, a baňatá směrem od ráfku. Díky širšímu vnitřnímu ráfku má pneumatika spíše tvar obráceného písmene „U“, což pomáhá vytvořit kulatější kontaktní plochu s vozovkou a následně menší valivý odpor.
Vnitřní šířka ráfků silničních kol – vzdálenost mezi dvěma hákovými přírubami, které usazují patku pneumatiky – byla donedávna přibližně 14 mm. Na první úrodě širších ráfků se tento prostor zvětšil na více než 16 mm a nyní je výrobci opět rozšiřují. Nejnovější řada Bontrager Aeolus TLR D3, která byla uvedena na trh počátkem tohoto roku, rozšířila tuto šířku z předchozí řady D3 na 17.5 mm na masivních 19,5 mm, což je podstatné zvýšení v procentech. Varování však přichází od Michela Letheneta z výrobce kol Mavic. „Oba prvky (pneumatika a ráfek) musí být v ideálním případě navrženy tak, aby dokonale ladily, aby se systém vylepšil. Pokud ne, nemá smysl s rostoucí setrvačností, rotační hmotností a aerodynamickým odporem používat pouze širší pneumatiku. Navíc je třeba myslet na bezpečnostní hledisko, pokud uvažujete o opačném scénáři – úzká pneumatika použitá na příliš širokém ráfku. To může představovat vysoké riziko, že pneumatika nebude správně usazena a případně praskne.‘
Bezpečnost s něčím tak životně důležitým, jako jsou pneumatiky, je prvořadá a Quan dodává: „V současné době se 17–18 mm [šířka vnitřního ráfku] zdá v pořádku, ale širší, řekněme až 20 mm, a začínáme neprozkoumaná oblast. V tuto chvíli jsme nezaznamenali žádné nepříznivé účinky, ale v hlavním proudu to ještě nebylo vidět.‘
Handle's Messiah
Abychom dokázali, že kola jsou možná tím nejsložitějším problémem, s nímž se inženýři musí vypořádat, je tu další zásadní hledisko v návrhu: manipulace.
„Je to nesmírně důležitý faktor,“říká Simon Smart, technický ředitel Smart Aero Technology a designér systému aero kol Enve Composites (Enve SES). „Pokud se vrátíme o sedm let zpět, sportovci by přišli do větrného tunelu a my bychom pro ně určili nejrychlejší dvojkolí. Ale zjistili jsme, že v reálném světě byla kola často pomalejší. Nebylo to proto, že by větrný tunel byl špatný, bylo to jednoduše proto, že jezdci nemohli při závodění držet přímý směr, protože kola postrádala stabilitu.‘
Součástí rychlé jízdy je schopnost udržet si kontrolu, takže pokud kolo postrádá stabilitu při bočním větru nebo turbulentním vzduchu, výsledkem je ztráta jistoty jet rychle a výkon nevyhnutelně trpí. „Pro mě byla jízdní stabilita to podstatné, co chybělo výkonu kola, a věděl jsem, že pokud dokážeme vyvinout stabilnější přední kolo, pak i když se ukázalo, že je ve větrném tunelu o něco pomalejší, věděl jsem, že ve skutečném světě bude rychlejší. “říká Smart.‚Proto jsem se pustil do vývojového programu s Enve, přičemž manipulace byla prioritou číslo jedna.‘
To vše ukazuje na skutečnost, že kolo a pneumatika musí spolupracovat jako kompletní balíček pro optimální řešení, a to nejen z hlediska aerodynamiky, ale také stability při rychlosti, předvídatelného ovládání a nižšího valivého odporu. Uvidíme ve světle toho, že výrobci kol budou v budoucnu více spolupracovat s výrobci pneumatik?
V případě Bontrageru jsou již jedno a totéž. Ray Hanstein, produktový manažer kol Bontrager, říká: „Naši inženýři kol a pneumatik jsou považováni za stejné. Kola a pneumatiky jsou tak propletené, že nemůžete rozvinout potenciál jednoho, aniž byste důvěrně rozuměli druhému. Tihle kluci pracují ve stejné místnosti, jezdí spolu, obědvají spolu.‘Podobný příběh je u Mavic a Zipp, kteří si vyrábějí vlastní pneumatiky i kola, takže mohou vytvářet přesně spárované produkty. Zbývá odpovědět na velkou otázku: dosáhli jsme vrcholu? Smart říká: „Navrhování ráfků je docela výzva, ale vzrušující. Za posledních pět let se design rámů docela změnil a je to například umožnění širších pneumatik, které nám daly svobodu prozkoumat ještě širší ráfky. Stejně jako u většiny věcí existuje bod, kdy se výnosy snižují, ale nemyslím si, že jsme ještě dosáhli vrcholu.‘
V konečném důsledku jsou širší pneumatiky a odpovídajícím způsobem široké profily kol směr, kterým se průmysl ubírá, a správná volba pro jezdce, pokud chcete maximální zisky v podmínkách, s nimiž se každý den setkáváme, s předvídatelnou ovladatelností.. Věda to podporuje, takže možná je čas odmítnout úzký pohled a jít do šířky.
