Колесные диски становятся толще, что кажется нелогичным делать их быстрее, так что же происходит?
Логика подсказывает, что если вы хотите, чтобы что-то быстро разрезало воздух, вы должны сделать его тонким и острым, как Concorde. Он имел форму дротика, в то время как другие пассажирские самолеты были выпуклыми, и в результате он мог пересечь Атлантику менее чем за три часа. Во многом тот же подход использовался в ранних поколениях аэродинамических колес с глубоким сечением: тонкие, глубокие V-образные сечения сужались к острому краю, что создавало впечатление разрезания воздуха с максимальной эффективностью. Это интуитивно понятно, но времена изменились.
Самый современный дизайн колес теперь, ну, в общем, менее резкий и более тупой. Края были смягчены, а обода расширены до такой степени, что теперь нам говорят, что толстые закругленные профили обода - лучшая форма для защиты от ветра для всесторонних характеристик. Так что же случилось?
Хед ветры
Первоначальным сторонником более широкой формы обода была компания Hed Wheels, а ее основатель, ныне покойный Стив Хед, в 1980-х годах руководил многими идеями. Когда в середине 2000-х Hed выпустила свою пухлую, широкопрофильную колесную пару Ardennes из алюминиевого сплава, рекомендовав использовать ее в паре с 25-миллиметровыми шинами, а не с вездесущими 23-миллиметровыми, многие выразили недоверие к тому, что это может быть более быстрая установка. В то время технические детали были отрывочны. Казалось, что Хед стремился к лучшей устойчивости шин для лучшего контроля на поворотах, а также к уменьшению вероятности защемления на пересеченной местности, но первоначальные исследования в 80-х годах также показали, что более широкие диски могут быть быстрее с точки зрения аэродинамики. Затем, когда в 2009 году был выдан патент Hed, дверь открылась для волны инноваций.
Майкл Холл, директор по передовым разработкам производителя колес Zipp, говорит: «В течение многих лет отрасль гналась за общей эффективностью сопротивления [самые быстрые результаты в испытаниях в аэродинамической трубе], мало обращая внимания на то, насколько хорошо эти компоненты работали на суб- оптимальные, реальные дни. В реальном мире гонщикам приходится иметь дело со всем, что бросает им окружающая среда. Для наших колес Firecrest, выпущенных в 2010 году, мы сместили акцент, и получившиеся продукты стремились быть более стабильными и предсказуемыми при любом направлении ветра, чем у наших предыдущих поколений.
Кевин Куан, технический директор компании Knight Composites, уточняет: «Мы проектируем от задней кромки, то есть от задней части колеса». Край обода, который первым сталкивается с ветром, но Куан говорит: «Наши исследования показывают, что, когда ветер ударяет по шине под углом рыскания [под любым углом, кроме прямого], она отсоединяется [теряет плавное обтекание обода], поэтому аэродинамическая форма в передней части обода мало что делает - она почти всегда глохнет». Другими словами, нет смысла отдавать приоритет аэродинамической форме в передней части.
Преимущества Aero
Чтобы понять, как более широкий обод может улучшить аэродинамику, а не увеличить сопротивление, мы должны учитывать тот факт, что воздух, в котором мы едем, ведет себя непостоянно. Даже в безветренный день воздух представляет собой клубящийся сложный беспорядок. Аэродинамическая наука пришла к пониманию того, что оптимальная гидродинамика - то, как воздух взаимодействует с формами и текстурами поверхности, с которыми он соприкасается, - сводится к уменьшению трения.
Когда речь идет о воздушном потоке, есть три широкие категории. Первая категория - «ламинарный» поток воздуха. Это наиболее желательное состояние для низких потерь на трение, и оно относится к воздуху, движущемуся по плавным, прямым или кривым линиям. Когда он сталкивается с движущимся объектом, ламинарный воздушный поток разделяется, скользит вокруг объекта, а затем возобновляет свой поток с другой стороны с минимальными усилиями.
Второе состояние – «турбулентное». Как следует из названия, это относится к запутанному воздуху, который далек от плавного течения, хотя в нем могут быть элементы как «ламинарного», так и «застойного» воздуха. Причин турбулентности может быть много: может быть, это ветреный день, или вы внимательно следуете за другим гонщиком, или мимо проезжают машины и грузовики. Эти неоптимальные условия иногда называют «грязным» воздухом, и это наиболее распространенное состояние, в котором мы ездим.
Третье состояние - «остановка». Это когда воздух уже не течет, а закручивается сразу в разные стороны. Это состояние вызывает наибольшее трение и, как таковое, оказывает наибольшее влияние на замедление гонщика.
Все это означает, что, хотя хорошо иметь комбинацию колес и шин, которая хорошо работает в ламинарном потоке, когда вы попадаете в аэродинамическую трубу, что дает большую пользу в реальных сценариях. колеса и шины, которые хорошо работают в турбулентном воздухе. Наиболее успешные современные конструкции на самом деле нацелены на то, чтобы улавливать турбулентный воздух и уменьшать его сопротивление, то есть очищать грязный воздух. Это одна из причин, по которой тонкие и острые колесные диски заменяются более широкими и округлыми - новые конструкции просто быстрее прорезают грязный воздух, с которым водители сталкиваются в большинстве реальных поездок. Но есть еще одна важная причина, по которой диски становятся шире, это сопротивление качению.
Контактный спорт
Переход на более широкие диски частично является результатом одновременного перехода на более широкие шины. Если раньше 23-мм шины были нормой, то все больше гонщиков и производителей выбирают вместо них 25-мм, а иногда даже шире.
«Исследования Continental показывают, что шина 25c имеет на 10-15% меньшее сопротивление качению, чем шина 23c», - говорит Куан. «Continental показала, что если у вас шина большего размера, пятно контакта не становится длиннее, а становится короче и шире, поэтому фактическая площадь поверхности дороги остается неизменной при том же давлении».
Это подтверждается выводами производителя шин Schwalbe. Менеджер по продукту Маркус Хачмейер говорит: «Если сравнить шины разной ширины, но с одинаковыми характеристиками - одинаковый состав, профиль и давление в шинах, - то с точки зрения сопротивления качению чем шире, тем быстрее. Если вы представите, что ваш велосипед и водитель припаркованы на листе стекла, и вы смотрите снизу вверх, туда, где шина соприкасается со стеклом, вы увидите две совершенно разные формы. На узкой шине форма будет длинной и тонкой, овальной. На более широкой шине пятно контакта будет короче и толще, больше похоже на круг, и, таким образом, в любой момент времени используется меньше нитей, которые составляют боковую стенку и помогают создавать сопротивление качению, а трение меньше».
Это все очень хорошо, но почему бы просто не установить более широкие шины на узкие диски? Когда обод узкий, шина образует форму «лампочки», если смотреть в профиль - сжатая в месте зацепления за обод и выпуклая от обода. Благодаря более широкому внутреннему ободу шина больше похожа на перевернутую U-образную форму, что помогает создать более круглое пятно контакта с дорогой и, как следствие, меньшее сопротивление качению.
Внутренняя ширина ободьев опорных катков – расстояние между двумя загнутыми фланцами, на которых крепится борт шины, – до недавнего времени составляла около 14 мм. В первой серии более широких дисков это пространство увеличилось примерно до 16 мм, и теперь производители снова делают их шире. Последняя линейка Aeolus TLR D3 от Bontrager, выпущенная ранее в этом году, увеличила эту ширину по сравнению с предыдущей моделью D3 на 17.5 мм до массивных 19,5 мм, существенное увеличение в процентном отношении. Однако предостережение исходит от Мишеля Летенэ из производителя колес Mavic. «Оба элемента [шина и обод] в идеале должны быть спроектированы так, чтобы идеально сочетаться друг с другом, чтобы улучшить систему. Если нет, то с возрастающей инерцией, вращающимся весом и аэродинамическим сопротивлением нет смысла просто использовать более широкую шину. Кроме того, есть аспект безопасности, о котором следует подумать, если вы рассматриваете противоположный сценарий - узкую шину, используемую на чрезмерно широком ободе. Это может иметь высокий риск неправильной посадки шины и возможного ее отрыва».
Безопасность такого жизненно важного предмета, как шины, имеет первостепенное значение, и Куан добавляет: «В настоящее время 17-18 мм [внутренняя ширина обода] кажется нормальным, но немного шире, скажем, до 20 мм, и мы начинаем Неизведанная территория. На данный момент мы не наблюдаем каких-либо побочных эффектов, но они еще не были замечены в мейнстриме».
Мессия Хэндла
Просто чтобы доказать, что колеса, возможно, являются самой сложной проблемой для инженеров, в техническом задании есть еще один важный момент: управляемость.
«Это чрезвычайно важный фактор», - говорит Саймон Смарт, технический директор Smart Aero Technology и разработчик аэродинамической колесной системы Enve Composites (Enve SES). «Если мы вернемся на семь лет назад, спортсмены придут в аэродинамическую трубу, и мы определим для них самую быструю колесную пару. Но мы обнаружили, что часто в реальном мире колеса работают медленнее. Это было не потому, что аэродинамическая труба была неправильной, это было просто потому, что гонщики не могли держать прямую линию во время гонки, потому что колесам не хватало устойчивости».
Часть быстрой езды заключается в способности сохранять контроль, поэтому, если колесу не хватает устойчивости при боковом ветре или в турбулентном воздухе, в результате теряется уверенность в том, что нужно двигаться быстро, и производительность неизбежно страдает. «Для меня устойчивость при езде была важным недостатком характеристик колес, и я знал, что если бы мы могли разработать более стабильное переднее колесо, то, даже если бы оно оказалось немного медленнее в аэродинамической трубе, я знал бы, что в реальном мире оно будет быстрее. , - говорит Смарт.«Вот почему я приступил к программе разработки с Enve, ставя во главу угла управляемость».
Все это указывает на то, что колесо и шина должны работать вместе как единый комплекс для оптимального решения не только в плане аэродинамики, но и в отношении устойчивости на скорости, предсказуемой управляемости и более низкого сопротивления качению. В свете этого, увидим ли мы в будущем более тесное сотрудничество производителей колес с производителями шин?
В случае с Bontrager они уже одно и то же. Рэй Ханстейн, менеджер Bontrager по производству колес, говорит: «Наши инженеры по колесам и шинам считаются одними и теми же. Колеса и шины настолько переплетены, что вы не можете развить потенциал одного из них, не имея глубокого понимания другого. Эти ребята работают в одной комнате, вместе ездят, вместе обедают». Похожая история у Mavic и Zipp, которые производят не только колеса, но и шины, поэтому могут создавать точно парные продукты. Осталось ответить на большой вопрос: достигли ли мы вершины? Смарт говорит: «Разработка дисков - довольно сложная, но увлекательная задача. За последние пять лет конструкция рамы сильно изменилась, и такие вещи, как возможность использования более широких шин, дали нам свободу исследовать еще более широкие диски. Как и в большинстве других вещей, есть точка убывающей отдачи, но я не думаю, что мы еще достигли своего пика».
В конечном счете, более широкие шины и, соответственно, широкие профили колес - это направление, в котором движется отрасль, и правильный выбор для гонщиков, если вы хотите получить максимальную выгоду в тех условиях, в которых мы все сталкиваемся изо дня в день, с предсказуемой управляемостью в придачу.. Наука подтверждает это, так что, возможно, пришло время отказаться от узкого взгляда и пойти дальше.
