Wielvellings word vetter, wat teenintuïtief lyk om hulle vinniger te maak, so wat gaan aan?
Logic stel voor dat as jy wil hê dat iets vinnig deur die lug moet sny, maak jy dit dun en skerp – soos Concorde. Dit was soos 'n pyl gevorm terwyl ander passasiersvliegtuie bolvormig was, en gevolglik kon dit die Atlantiese Oseaan binne minder as drie uur oorsteek. Baie dieselfde denke het in vroeë generasies van diep-seksie aero-wiele gegaan: dun, diep V-seksies het taps tot 'n skerp rand, wat die indruk geskep het om deur die lug met maksimum doeltreffendheid te sny. Dit het intuïtief sin gemaak, maar tye het verander.
Die voorpunt van wielontwerp is nou, wel, minder snydend en meer stomp. Rande is versag en vellings verbreed tot die mate wat ons nou vertel word dat vet, geronde randprofiele die beste windverneukende vorm is vir algehele prestasie. So wat het gebeur?
Hed winde
Die oorspronklike voorstander van die breër velgvorm was Hed Wheels, met sy stigter, wyle Steve Hed, wat baie van die denke in die 1980's gedryf het. Toe Hed in die middel van die 2000's sy mollige, breë-profiel-aluminiumlegering-ardennes-wielstel bekend gestel het, en aanbeveel het dat dit met 25 mm-bande gepaard gaan eerder as die alomteenwoordige 23 mm, het baie hulle ongeloof uitgespreek dat dit 'n vinniger opstelling kan wees. Destyds was tegniese besonderhede skets. Dit het gelyk of Hed beter bandstabiliteit soek vir meer beheer oor draaie, tesame met die vermindering van die kans op vlakke op rowwe terrein, maar die aanvanklike navorsing in die 80's het ook getoon dat breër vellings aërodinamies vinniger kan wees. Toe, toe die Hed-patent in 2009 opgeneem is, is die deur oopgemaak vir 'n vlaag van innovasie.
Michael Hall, direkteur van gevorderde ontwikkeling by die wielvervaardiger Zipp, sê: 'Die bedryf het jare lank algehele sleurdoeltreffendheid gejaag [die vinnigste resultate in windtonneltoetsing] met min inagneming van hoe goed daardie komponente op sub- optimale, werklike dae. In die regte wêreld moet ruiters alles hanteer wat hul omgewing na hulle gooi. Vir ons Firecrest-wiele, wat in 2010 bekendgestel is, het ons ons fokus verskuif en die gevolglike produkte het probeer om meer stabiel en voorspelbaar te wees in enige windrigting as dié van ons vorige generasies.’
Kevin Quan, direkteur van ingenieurswese by Knight Composites, gaan in meer besonderhede: 'Die manier waarop ons ontwerp is van die agterkant, wat beteken die agterste helfte van die wiel.' rand van die velg wat eerste die wind tref, maar Quan sê: 'Ons navorsing toon dat wanneer die wind 'n band teen 'n swaaihoek tref [enige ander hoek as reguit], dit gaan losmaak [sy gladde vloei oor die velg verloor], so die aërodinamiese vorm aan die voorkant van die rand doen nie veel nie – dit staan amper altyd vas.’ Met ander woorde, daar is geen sin om 'n aërodinamiese vorm aan die voorkant te prioritiseer nie.
Aero-voordele
Om te verstaan hoe 'n breër rand lugdinamika kan verbeter eerder as om weerstand te verhoog, moet ons die feit in ag neem dat die lug waarin ons ry, nie op 'n konsekwente manier optree nie. Selfs op 'n rustige dag is die lug 'n kolkende, komplekse gemors. Wat aërodinamiese wetenskap besef het, is dat optimale vloeistofdinamika – die manier waarop lug in wisselwerking tree met die vorms en oppervlakteksture waarmee dit in aanraking kom – neerkom op die vermindering van wrywing.
Wanneer dit by lugvloei kom, is daar drie breë kategorieë. Die eerste kategorie is 'laminêre' lugvloei. Dit is die mees wenslike toestand vir lae wrywingsverliese en dit verwys na die lug wat in gladde, reguit of krom lyne beweeg. Wanneer dit 'n bewegende voorwerp teëkom, skei laminêre lugvloei, gly om die voorwerp en hervat dan sy vloei aan die ander kant met minimale ophef.
Die tweede toestand is 'onstuimig'. Soos die naam aandui, verwys dit na deurmekaar lug wat ver van glad vloei, hoewel dit elemente van beide 'laminêre' en 'gestopte' lug daarin kan hê. Die redes vir die onstuimigheid kan baie wees: miskien is dit 'n winderige dag, of jy volg 'n ander ryer noukeurig, of daar is motors en vragmotors wat verbyry. Hierdie sub-optimale toestande word soms 'vuil' lug genoem, en dit is die mees algemene toestand waarin ons ry.
Die derde toestand is 'gestop'. Dit is wanneer die lug nie meer vloei nie, maar tegelyk in verskillende rigtings draai. Hierdie toestand veroorsaak die grootste hoeveelheid wrywing en het as sodanig die grootste effek om 'n ruiter te vertraag.
Wat dit alles beteken, is dat hoewel dit wonderlik is om 'n wiel- en bandkombinasie te hê wat goed werk in laminêre vloei, terwyl jy reguit in 'n windtonnel kom, wat tot groter voordeel is in werklike scenario's is wiele en bande wat goed werk in onstuimige lug. Die mees suksesvolle moderne ontwerpe het eintlik ten doel om lug wat onstuimig is te neem en die weerstand daarvan te verminder - om die vuil lug skoon te maak. Dit is een van die redes waarom dun, skerp wielvellings deur breër, ronder vellings vervang word – die nuwe ontwerpe is eenvoudig vinniger om deur die morsige lug te sny wat ryers op die meeste werklike ritte teëkom. Maar daar is nog 'n groot rede waarom vellings wyer word, wat rolweerstand is.
Kontak sport
Die verskuiwing na breër vellings is deels die gevolg van 'n gelyktydige beweging na breër bande. Waar 23 mm-bande vroeër die norm was, kies meer ryers en vervaardigers eerder vir 25 mm, en soms selfs breër.
‘Continental se navorsing toon dat 'n 25c-band 10-15% minder rolweerstand het as 'n 23c-band,' sê Quan. 'Continental het gewys dat as jy 'n groter band het, die kontakpleister, in plaas daarvan om langer te groei, korter maar wyer word, so die werklike oppervlakarea op die pad bly dieselfde by dieselfde drukke.'
Dit word gerugsteun deur die bandvervaardiger Schwalbe se bevindings. Produkbestuurder Marcus Hachmeyer sê, 'As jy bande met verskillende breedtes maar identiese spesifikasies vergelyk - dieselfde samestelling, profiel en opblaasdruk - in terme van rolweerstand, is breër vinniger. As jy jou voorstel dat jou fiets en ruiter op 'n glasplaat geparkeer is en dat jy van onder af opkyk na waar die band die glas ontmoet, sal jy twee duidelik verskillende vorms sien. Op 'n smal band sal die vorm lank en dun wees, 'n ovaal. Op 'n breër band sal daardie kontakpleister korter en vetter wees, meer van 'n sirkel, en so word minder van die drade wat die sywand uitmaak en rolweerstand help skep op enige gegewe oomblik gebruik, en wrywing is minder.'
Dis alles baie goed, maar hoekom pas nie net breër bande op nou vellings nie? Wanneer die velling smal is, vorm die band 'n 'gloeilamp'-vorm wanneer dit in profiel gesien word - geknyp waar dit in die velling haak, en bolvormig weg van die velling. Met 'n breër interne velg vorm die band meer 'n omgekeerde 'U'-vorm, wat help om 'n ronder kontakvlek met die pad te skep en gevolglik minder rolweerstand.
Die interne breedte van padwielvellings – die afstand tussen die twee haakflense wat die band se kraal sit – was tot onlangs ongeveer 14 mm. Op die eerste oes van breër vellings het daardie spasie tot meer soos 16 mm gegroei, en nou neem vervaardigers hulle weer wyer. Bontrager se jongste Aeolus TLR D3-reeks, wat vroeër vanjaar bekend gestel is, het daardie breedte vanaf sy vorige D3 op 17 uitgebrei.5 mm tot 'n massiewe 19.5 mm, 'n aansienlike toename in persentasie terme. 'n Woord van waarskuwing kom egter van Michel Lethenet van die wielvervaardiger Mavic. "Albei elemente [band en velg] moet ideaal ontwerp word om perfek te pas om die stelsel te verbeter. Indien nie, maak dit geen sin met die stygende traagheid, roterende gewig en aero-drag om net 'n breër band te gebruik. Boonop is daar die veiligheidsaspek om na te dink as jy die teenoorgestelde scenario oorweeg - 'n smal band wat op 'n buitensporige wye velg gebruik word. Dit kan 'n hoë risiko inhou dat die band nie reg sit nie en moontlik sal afwaai.’
Veiligheid met iets so noodsaaklik soos bande is uiters belangrik, en Quan voeg by: 'Tans lyk 17-18 mm [interne randbedwydte] goed, maar enige breër, sê tot 20 mm, en ons begin in ongekarteerde gebied. Op die oomblik het ons geen nadelige gevolge gesien nie, maar dit is nog nie regtig in die hoofstroom gesien nie.’
Handvat se Messias
Net om te bewys wiele is miskien die mees komplekse probleme vir ingenieurs om aan te pak, is daar nog 'n belangrike oorweging in die ontwerpopdrag: hantering.
‘Dis 'n uiters belangrike faktor,’ sê Simon Smart, tegniese direkteur van Smart Aero Technology en ontwerper van Enve Composites se vliegtuigwielstelsel (Enve SES). 'As ons sewe jaar teruggaan, sal atlete na die windtunnel toe kom en ons sal die vinnigste wielset vir hulle identifiseer. Maar ons het gevind dat die wiele dikwels in die regte wêreld stadiger was. Dit was nie omdat die windtonnel verkeerd was nie, dit was bloot omdat die ryers nie 'n reguit lyn kon hou tydens wedrenne nie omdat die wiele nie stabiliteit het nie.’
Deel daarvan om vinnig te gaan, is om beheer te behou, so as 'n wiel nie stabiliteit in dwarswinde of onstuimige lug het nie, is die resultaat verlies aan selfvertroue om vinnig te ry en werkverrigting ly onvermydelik. 'Vir my was rystabiliteit die groot ding wat wielverrigting ontbreek, en ek het geweet dat as ons 'n meer stabiele voorwiel kon ontwikkel, selfs al was dit effens stadiger in die windtonnel, het ek geweet dit sou vinniger wees in die regte wêreld,' sê Smart.'Dit is hoekom ek die ontwikkelingsprogram saam met Enve begin het, met hantering as die nommer een prioriteit.'
Dit alles dui op die feit dat die wiel en band moet saamwerk as 'n volledige pakket vir 'n optimale oplossing, nie net in aërodinamika nie, maar ook in stabiliteit by spoed, voorspelbare hantering en laer rolweerstand. In die lig hiervan, sal ons wielvervaardigers in die toekoms meer nouer met bandvervaardigers sien werk?
In die geval van Bontrager is hulle reeds een en dieselfde. Ray Hanstein, Bontrager se wielprodukbestuurder, sê: 'Ons wiel- en bandingenieurs word dieselfde beskou. Wiele en bande is so vervleg dat jy nie die een tot sy potensiaal kan ontwikkel sonder om 'n intieme begrip van die ander te hê nie. Hierdie ouens werk in dieselfde kamer, ry saam, eet saam middagete.’ Dit is 'n soortgelyke storie by Mavic en Zipp, wat hul eie bande sowel as wiele maak, en dus presies gepaarde produkte kan skep. Die groot vraag wat nog moet beantwoord is: het ons die toppunt bereik? Smart sê: 'Om vellings te ontwerp is nogal 'n uitdaging, maar opwindend. In die afgelope vyf jaar het raamontwerpe redelik verander, en dit is dinge soos om breër bande toe te laat wat ons die vryheid gegee het om selfs wyer vellings te verken. Soos met meeste dinge is daar 'n punt van dalende opbrengste, maar ek dink nie ons het nog 'n hoogtepunt bereik nie.’
Uiteindelik is breër bande en dienooreenkomstig wye wielprofiele die manier waarop die bedryf op pad is, en die regte keuse vir ryers as jy maksimum wins wil hê in die soort toestande wat ons almal daagliks ervaar, met voorspelbare hantering om te begin.. Die wetenskap ondersteun dit, so dit is dalk tyd om die eng siening te verwerp en wyd te gaan.
