Ráfiky kolies sú čoraz tučnejšie, čo sa zdá byť proti intuícii, aby boli rýchlejšie, takže čo sa deje?
Logika naznačuje, že ak chcete, aby sa niečo rýchlo prerezalo vzduchom, urobte to tenké a ostré – ako Concorde. Mal tvar šípky, zatiaľ čo ostatné osobné lietadlá boli cibuľovité, a v dôsledku toho mohol preletieť Atlantik za menej ako tri hodiny. V podstate to isté sa uvažovalo aj v skorých generáciách aero kolies s hlbokými sekciami: tenké, hlboké V-sekcie sa zužovali k ostrej hrane, čo vytváralo dojem rezania vzduchom s maximálnou účinnosťou. Dávalo to intuitívny zmysel, ale časy sa zmenili.
Špičková hrana dizajnu kolies je teraz, no, menej rezná a viac tupá. Hrany boli zmäkčené a ráfiky rozšírené do takej miery, ako sa nám teraz hovorí, že tučné, zaoblené profily ráfikov sú tým najlepším tvarom, ktorý bráni vetru pre všestranný výkon. Čo sa teda stalo?
Hed winds
Pôvodným zástancom širšieho tvaru ráfika bola spoločnosť Hed Wheels, ktorej zakladateľ, zosnulý Steve Hed, viedol veľkú časť myslenia v 80. rokoch. Keď spoločnosť Hed v polovici roku 2000 uviedla na trh svoje bacuľaté, širokoprofilové ardenské kolesá z hliníkovej zliatiny, pričom odporúčala, aby boli spárované s 25 mm pneumatikami namiesto všadeprítomných 23 mm, mnohí vyjadrili nedôveru, že by to mohlo byť rýchlejšie nastavenie. V tom čase boli technické detaily útržkovité. Zdalo sa, že Hed hľadal lepšiu stabilitu pneumatík pre lepšiu kontrolu v zákrutách spolu so znižovaním možnosti prasknutia na nerovnom teréne, no počiatočný výskum v 80. rokoch tiež ukázal, že širšie ráfiky by mohli byť aerodynamicky rýchlejšie. Potom, keď bol patent Hed v roku 2009 otvorený, otvorili sa dvere vlne inovácií.
Michael Hall, riaditeľ pokročilého vývoja u výrobcu kolies Zipp, hovorí: „Odvetvie roky sledovalo celkovú účinnosť aerodynamického odporu [najrýchlejšie výsledky pri testovaní vo veternom tuneli] bez ohľadu na to, ako dobre tieto komponenty fungovali na optimálne dni v reálnom svete. V skutočnom svete sa jazdci musia vysporiadať so všetkým, čo im prostredie hádže. Pri našich kolesách Firecrest, ktoré boli uvedené na trh v roku 2010, sme posunuli naše zameranie a výsledné produkty sa snažili byť stabilnejšie a predvídateľnejšie v akomkoľvek smere vetra, než je tomu v prípade našich predchádzajúcich generácií.‘
Kevin Quan, riaditeľ inžinierstva v Knight Composites, zachádza do podrobností: „Spôsob, akým navrhujeme, je od zadnej hrany kolesa, čiže zadnej polovice kolesa.“To môže znieť neintuitívne, keďže ide o pneumatiku a vedenie okraj ráfika, ktorý narazí do vetra ako prvý, ale Quan hovorí: „Náš výskum ukazuje, že keď vietor narazí na pneumatiku pod uhlom vychýlenia [v akomkoľvek inom uhle ako priamom], odpojí sa [stratí svoj hladký tok cez ráfik], takže aerodynamický tvar prednej časti ráfika nerobí veľa – je takmer vždy zastavený.“Inými slovami, nemá zmysel uprednostňovať aerodynamický tvar vpredu.
Aero výhody
Aby sme pochopili, ako môže širší ráfik zlepšiť aerodynamiku a nie zvýšiť odpor, musíme vziať do úvahy skutočnosť, že vzduch, v ktorom jazdíme, sa nespráva konzistentne. Dokonca aj počas pokojného dňa je vzduch víriaci a zložitý neporiadok. Aerodynamická veda si uvedomila, že optimálna dynamika tekutín – spôsob, akým vzduch interaguje s tvarmi a povrchovými štruktúrami, s ktorými prichádza do kontaktu – vedie k zníženiu trenia.
Pokiaľ ide o prúdenie vzduchu, existujú tri široké kategórie. Prvou kategóriou je „laminárne“prúdenie vzduchu. Toto je najžiadanejší stav pre nízke straty trením a vzťahuje sa na vzduch pohybujúci sa v hladkých, rovných alebo zakrivených líniách. Keď narazí na pohybujúci sa objekt, laminárne prúdenie vzduchu sa oddelí, kĺže okolo objektu a potom obnoví prúdenie na druhej strane s minimálnymi problémami.
Druhý stav je „turbulentný“. Ako už názov napovedá, ide o zmätený vzduch, ktorý má ďaleko od hladkého prúdenia, hoci v ňom môžu byť prvky „laminárneho“aj „zastaveného“vzduchu. Príčin turbulencií môže byť veľa: možno je veterný deň, alebo tesne sledujete iného jazdca, alebo okolo prechádzajú autá a nákladné autá. Tieto suboptimálne podmienky sa niekedy nazývajú „špinavý“vzduch a je to najbežnejší stav, v ktorom jazdíme.
Tretia podmienka je „zastavená“. Vtedy vzduch už neprúdi, ale víri sa naraz v rôznych smeroch. Tento stav spôsobuje najväčšie trenie a ako taký má najväčší vplyv na spomalenie jazdca.
Toto všetko znamená, že hoci je skvelé mať kombináciu kolesa a pneumatiky, ktorá dobre funguje v laminárnom prúdení, keď sa postavíte čelne do veterného tunela, čo je ešte výhodnejšie v reálnych scenároch sú kolesá a pneumatiky, ktoré dobre fungujú v turbulentnom vzduchu. Najúspešnejšie moderné dizajny majú v skutočnosti za cieľ odobrať vzduch, ktorý je turbulentný, a znížiť jeho odpor – vyčistiť špinavý vzduch. To je jeden z dôvodov, prečo sú tenké, ostré ráfiky nahradené širšími, oblejšími ráfikmi – nové dizajny sú jednoducho rýchlejšie pri prerezávaní špinavého vzduchu, s ktorým sa jazdci stretávajú na väčšine jázd v reálnom svete. Existuje však ďalší hlavný dôvod, prečo sa ráfiky rozširujú, a to valivý odpor.
Kontaktovať šport
Prechod na širšie ráfiky je čiastočne výsledkom súčasného prechodu na širšie pneumatiky. Tam, kde boli 23 mm pneumatiky štandardom, viac jazdcov a výrobcov namiesto toho volí 25 mm a občas ešte širšie.
„Výskum spoločnosti Continental ukazuje, že pneumatika 25c má o 10 – 15 % menší valivý odpor ako pneumatika 23c,“hovorí Quan. ‚Continental ukázal, že ak máte väčšiu pneumatiku, kontaktná plocha namiesto toho, aby sa predĺžila, sa skráti, ale rozšíri, takže skutočný povrch na ceste zostáva rovnaký pri rovnakých tlakoch.‘
Toto je podporené zisteniami výrobcu pneumatík Schwalbe. Produktový manažér Marcus Hachmeyer hovorí: „Ak porovnáte pneumatiky s rôznymi šírkami, ale identickými špecifikáciami – rovnaká zmes, profil a tlak hustenia – z hľadiska valivého odporu širší je rýchlejší. Ak si predstavíte, že váš bicykel a jazdec sú zaparkovaní na tabuli skla a že sa pozeráte zospodu na miesto, kde sa pneumatika stretáva so sklom, uvidíte dva výrazne odlišné tvary. Na úzkej pneumatike by bol tvar dlhý a tenký, oválny. Na širšej pneumatike by táto kontaktná plocha bola kratšia a tučnejšia, viac do kruhu, a tak sa v každom okamihu použije menej závitov, ktoré tvoria bočnú stenu a pomáhajú vytvárať valivý odpor, a trenie je menšie.“
To je všetko v poriadku, ale prečo jednoducho nenamontovať širšie pneumatiky na úzke ráfiky? Keď je ráfik úzky, pneumatika pri pohľade z profilu vytvára tvar „žiarovky“– privretá tam, kde sa zachytí do ráfika, a baňatá smerom od ráfika. So širším vnútorným ráfikom má pneumatika viac obráteného tvaru „U“, čo pomáha vytvárať okrúhlejšiu kontaktnú plochu s vozovkou a následne menší valivý odpor.
Vnútorná šírka ráfikov cestných kolies – vzdialenosť medzi dvoma hákovými prírubami, ktoré dosadajú na pätku pneumatiky – bola donedávna približne 14 mm. Pri prvej úrode širších ráfikov sa tento priestor zväčšil na viac ako 16 mm a teraz ich výrobcovia opäť zväčšujú. Najnovší rad Bontrager Aeolus TLR D3, ktorý bol uvedený na trh začiatkom tohto roka, rozšíril túto šírku oproti predchádzajúcemu D3 na 17.5 mm na masívnych 19,5 mm, čo je podstatné zvýšenie v percentuálnom vyjadrení. Varovanie však prichádza od Michela Letheneta z výrobcu kolies Mavic. „Oba prvky [pneumatika a ráfik] musia byť v ideálnom prípade navrhnuté tak, aby dokonale ladili, aby sa zlepšil systém. Ak nie, nemá zmysel s rastúcou zotrvačnosťou, rotujúcou hmotnosťou a aerodynamickým odporom použiť len širšiu pneumatiku. Navyše je tu bezpečnostný aspekt, na ktorý treba myslieť, ak uvažujete o opačnom scenári – úzka pneumatika použitá na príliš širokom ráfiku. To môže predstavovať vysoké riziko, že pneumatika nebude správne sedieť a môže sa odfúknuť.‘
Bezpečnosť s niečím tak životne dôležitým, ako sú pneumatiky, je prvoradá a Quan dodáva: „Momentálne 17 – 18 mm [šírka vnútornej časti ráfika] sa zdá byť v poriadku, ale o niečo širšia, povedzme až 20 mm, a začíname nezmapované územie. Momentálne sme nezaznamenali žiadne nepriaznivé účinky, ale v hlavnom prúde to ešte nebolo vidieť.‘
Handle's Messiah
Len aby sme dokázali, že kolesá sú možno tým najzložitejším problémom, s ktorým sa musia inžinieri popasovať, je tu ďalší dôležitý faktor v návrhu: manipulácia.
„Je to nesmierne dôležitý faktor,“hovorí Simon Smart, technický riaditeľ Smart Aero Technology a dizajnér systému aero kolies Enve Composites (Enve SES). „Ak sa vrátime o sedem rokov späť, športovci by prišli do veterného tunela a my by sme im určili najrýchlejšie koleso. Zistili sme však, že v reálnom svete boli kolesá často pomalšie. Nebolo to preto, že by veterný tunel bol chybný, bolo to jednoducho preto, že jazdci pri pretekaní nedokázali držať priamy smer, pretože kolesám chýbala stabilita.‘
Súčasťou rýchlej jazdy je schopnosť udržať si kontrolu, takže ak kolesu chýba stabilita pri bočnom vetre alebo turbulentnom vzduchu, výsledkom je strata istoty ísť rýchlo a výkon nevyhnutne trpí. „Pre mňa bola jazdná stabilita to hlavné, čo chýbalo výkonu kolies, a vedel som, že ak dokážeme vyvinúť stabilnejšie predné koleso, aj keď sa ukázalo, že je o niečo pomalšie vo veternom tuneli, vedel som, že v skutočnom svete bude rýchlejšie. “hovorí Smart.‘Preto som sa pustil do vývojového programu s Enve, pričom manipulácia bola prioritou číslo jedna.‘
Toto všetko poukazuje na skutočnosť, že koleso a pneumatika musia spolupracovať ako kompletný balík pre optimálne riešenie nielen z hľadiska aerodynamiky, ale aj stability pri rýchlosti, predvídateľnej ovládateľnosti a nižšieho valivého odporu. Uvidíme na základe toho v budúcnosti užšie spoluprácu výrobcov kolies s výrobcami pneumatík?
V prípade Bontrager sú už jedno a to isté. Ray Hanstein, produktový manažér diskov Bontrager, hovorí: „Naši konštruktéri kolies a pneumatík sú považovaní za rovnakých. Kolesá a pneumatiky sú tak prepletené, že nemôžete rozvinúť potenciál jedného bez toho, aby ste tomu druhému dôverne rozumeli. Títo chlapci pracujú v jednej miestnosti, jazdia spolu, obedujú spolu.‘Podobný príbeh je aj v spoločnostiach Mavic a Zipp, ktoré vyrábajú vlastné pneumatiky aj kolesá, takže dokážu vytvárať presne spárované produkty. Hlavná otázka, ktorú treba zodpovedať, je: dosiahli sme vrchol? Smart hovorí: „Dizajn ráfikov je dosť náročný, ale vzrušujúci. Za posledných päť rokov sa dizajn rámu dosť zmenil a je to napríklad umožnenie širších pneumatík, ktoré nám dali slobodu preskúmať ešte širšie ráfiky. Ako pri väčšine vecí, aj tu je bod klesajúcich výnosov, ale nemyslím si, že sme ešte dosiahli vrchol.‘
V konečnom dôsledku sú širšie pneumatiky a zodpovedajúcim spôsobom široké profily kolies smer, ktorým sa priemysel uberá, a správna voľba pre jazdcov, ak chcete maximálne zisky v podmienkach, s ktorými sa každý deň stretávame, s predvídateľným ovládaním.. Veda to podporuje, takže možno je čas odmietnuť úzky pohľad a ísť do šírky.
