Hjulfælge bliver federe, hvilket virker kontraintuitivt for at gøre dem hurtigere, så hvad sker der?
Logik antyder, at hvis du vil have noget til at skære gennem luften hurtigt, gør du det tyndt og skarpt – ligesom Concorde. Det var formet som en dart, mens andre passagerfly var løgformede, og som et resultat kunne det krydse Atlanten på under tre timer. Stort set den samme tankegang gik i de tidlige generationer af dybe aero-hjul: tynde, dybe V-sektioner tilspidsede til en skarp kant, hvilket gav indtryk af at skære gennem luften med maksimal effektivitet. Det gav intuitiv mening, men tiderne har ændret sig.
Den banebrydende inden for hjuldesign er nu, ja, mindre skærende og mere stump. Kanter er blevet blødgjort og fælge udvidet i det omfang, vi nu får at vide, at fede, afrundede fælgprofiler er den bedste vindsnydeform til all-round ydeevne. Så hvad er der sket?
Hed vind
Den oprindelige fortaler for den bredere fælgform var Hed Wheels, med dets grundlægger, afdøde Steve Hed, der drev en stor del af tænkningen i 1980'erne. Da Hed lancerede sit buttede, bredprofilerede Ardennes-hjulsæt i aluminiumslegering i midten af 2000'erne, og anbefalede det parres med 25 mm dæk i stedet for de allestedsnærværende 23 mm, udtrykte mange vantro over, at dette kunne være en hurtigere opsætning. På det tidspunkt var tekniske detaljer skitserede. Det virkede som om, at Hed søgte bedre dækstabilitet for mere kontrol i sving, sammen med at mindske chancen for at komme i klemme i ujævnt terræn, men den indledende forskning i 80'erne havde også vist, at bredere fælge kunne være hurtigere aerodynamisk. Så, da Hed-patentet var på plads i 2009, blev døren åbnet for en bølge af innovation.
Michael Hall, direktør for avanceret udvikling hos hjulproducenten Zipp, siger: "I årevis jagtede industrien den samlede modstandseffektivitet [de hurtigste resultater i vindtunneltestning] uden hensyntagen til, hvor godt disse komponenter præsterede på sub- optimale dage i den virkelige verden. I den virkelige verden må ryttere håndtere alt, hvad deres miljø kaster efter dem. For vores Firecrest-hjul, der blev lanceret i 2010, flyttede vi vores fokus, og de resulterende produkter søgte at være mere stabile og forudsigelige i enhver vindretning end vores tidligere generationers.'
Kevin Quan, ingeniørchef hos Knight Composites, går mere i detaljer: 'Måden vi designer er fra bagkanten, hvilket betyder den bagerste halvdel af hjulet.' Det lyder måske kontraintuitivt, da det er dækket og førende kanten af fælgen, der rammer vinden først, men Quan siger: 'Vores forskning viser, at når vinden rammer et dæk i en krøjningsvinkel [en hvilken som helst vinkel bortset fra lige på], vil det løsne sig [miste sin jævne strøm over fælgen], så den aerodynamiske form foran på fælgen gør ikke så meget – den er næsten altid gået i stå.” Med andre ord er der ingen mening i at prioritere en aerodynamisk form foran.
Aero-fordele
For at forstå, hvordan en bredere fælg kan forbedre aerodynamikken i stedet for at øge luftmodstanden, skal vi overveje, at den luft, vi kører i, ikke opfører sig på en ensartet måde. Selv på en rolig dag er luften et hvirvlende, komplekst rod. Det, som aerodynamisk videnskab er blevet klar over, er, at optimal væskedynamik – den måde luft interagerer med de former og overfladeteksturer, den kommer i kontakt med – går ud på at reducere friktion.
Når det kommer til luftstrøm, er der tre brede kategorier. Den første kategori er 'laminær' luftstrøm. Dette er den mest ønskelige tilstand for lave friktionstab, og det refererer til luften, der bevæger sig i glatte, lige eller buede linjer. Når den støder på et objekt i bevægelse, adskilles den laminære luftstrøm, glider rundt om objektet og genoptager dens flow på den anden side med minim alt besvær.
Den anden tilstand er 'turbulent'. Som navnet antyder refererer det til forvirret luft, der er langt fra jævnt flydende, selvom det kan have elementer af både 'laminær' og 'stoppet' luft i sig. Årsagerne til turbulensen kan være mange: måske er det en blæsende dag, eller du følger en anden rytter tæt, eller der kører biler og lastbiler forbi. Disse suboptimale forhold kaldes nogle gange "beskidt" luft, og det er den mest almindelige tilstand, vi kører i.
Den tredje betingelse er 'stoppet'. Det er, når luften ikke længere strømmer, men hvirvler i forskellige retninger på én gang. Denne tilstand forårsager den største mængde friktion og har som sådan den største effekt på at bremse en rytter.
Hvad alt dette betyder er, at selvom det er fantastisk at have en kombination af hjul og dæk, der fungerer godt i laminært flow, så er det en større fordel i scenarier i den virkelige verden, når du kommer front alt i en vindtunnel er hjul og dæk, der fungerer godt i turbulent luft. De mest succesrige moderne designs har faktisk til formål at tage luft, der er turbulent, og reducere dens luftmodstand – for at rense den snavsede luft. Dette er en af grundene til, at tynde, skarpe hjulfælge bliver erstattet af bredere, rundere fælge – de nye designs er simpelthen hurtigere til at skære igennem den rodede luft, som ryttere møder på de fleste ture i den virkelige verden. Men der er en anden væsentlig årsag til, at fælge bliver bredere, som er rullemodstanden.
Kontakt sport
Skiftet til bredere fælge er delvist resultatet af en samtidig bevægelse mod bredere dæk. Hvor 23 mm dæk plejede at være normen, vælger flere ryttere og producenter i stedet for 25 mm, og nogle gange endda bredere.
‘Continentals forskning viser, at et 25c-dæk har 10-15 % mindre rullemodstand end et 23c-dæk, siger Quan. "Continental viste, at hvis du har et større dæk, bliver kontaktfeltet, i stedet for at vokse længere, kortere, men bredere, så det faktiske overfladeareal på vejen forbliver det samme ved de samme tryk."
Dette er understøttet af dækproducenten Schwalbes resultater. Produktchef Marcus Hachmeyer siger: Hvis du sammenligner dæk med forskellige bredder, men identiske specifikationer - samme sammensætning, profil og lufttryk - med hensyn til rullemodstand er bredere hurtigere. Hvis du forestiller dig, at din cykel og rytter er parkeret på en glasplade, og at du kigger op nedefra, hvor dækket møder glasset, vil du se to tydeligt forskellige former. På et sm alt dæk ville formen være lang og tynd, en oval. På et bredere dæk ville denne kontaktflade være kortere og federe, mere en cirkel, og på den måde bruges færre af de tråde, der udgør sidevæggen og hjælper med at skabe rullemodstand, og friktionen er mindre.'
Det er alt sammen meget godt, men hvorfor ikke bare montere bredere dæk på smalle fælge? Når fælgen er smal, danner dækket en 'lightbulb'-form, når det ses i profil - klemt, hvor det hægter sig ind i fælgen, og løgformet væk fra fælgen. Med en bredere indvendig fælg danner dækket mere en omvendt "U"-form, hvilket hjælper med at skabe en rundere kontaktflade med vejen og efterfølgende mindre rullemodstand.
Den indvendige bredde af vejhjulsfælge – afstanden mellem de to krogede flanger, der sætter dækvulsten på plads – har indtil for nylig været omkring 14 mm. På den første høst af bredere fælge voksede pladsen til mere som 16 mm, og nu tager producenterne dem bredere igen. Bontragers seneste Aeolus TLR D3-serie, som blev lanceret tidligere i år, udvidede denne bredde fra sin tidligere D3 med 17.5 mm til massive 19,5 mm, en væsentlig stigning i procent. Et ord af advarsel kommer dog fra Michel Lethenet fra hjulproducenten Mavic. "Begge elementer [dæk og fælg] skal ideelt set være designet til at matche perfekt for at forbedre systemet. Hvis ikke, giver det ingen mening med den stigende inerti, roterende vægt og luftmodstand bare at bruge et bredere dæk. Derudover er der sikkerhedsaspektet at tænke på, hvis du overvejer det modsatte scenario - et sm alt dæk, der bruges på en alt for bred fælg. Dette kan have en høj risiko for, at dækket ikke sidder korrekt og potentielt blæser af.’
Sikkerhed med noget så vigtigt som dæk er altafgørende, og Quan tilføjer: "I øjeblikket virker 17-18 mm [indvendig fælgbredde] fint, men bredere, f.eks. op til 20 mm, og vi begynder at ukendt territorium. I øjeblikket har vi ikke set nogen negative virkninger, men det er endnu ikke rigtig set i mainstream.’
Handles Messias
Bare for at bevise, at hjul måske er de mest komplekse problemer for ingeniører at tackle, er der en anden vigtig overvejelse i designoplægget: håndtering.
‘Det er en enormt vigtig faktor,’ siger Simon Smart, teknisk direktør for Smart Aero Technology og designer af Enve Composites’ flyvehjulssystem (Enve SES). »Hvis vi går syv år tilbage, ville atleter komme til vindtunnelen, og vi ville identificere det hurtigste hjulsæt til dem. Men vi fandt ud af, at hjulene ofte i den virkelige verden var langsommere. Det var ikke fordi vindtunnelen var forkert, det var simpelthen fordi rytterne ikke kunne holde en lige linje, når de kørte, fordi hjulene manglede stabilitet.’
En del af at køre hurtigt er at kunne bevare kontrollen, så hvis et hjul mangler stabilitet i sidevind eller turbulent luft, er resultatet tab af selvtillid til at køre hurtigt, og ydeevnen lider uundgåeligt. 'For mig var kørestabilitet den store ting, der manglede i hjulets ydeevne, og jeg vidste, at hvis vi kunne udvikle et mere stabilt forhjul, så vidste jeg, at selvom det viste sig lidt langsommere i vindtunnelen, så vidste jeg, at det ville være hurtigere i den virkelige verden, siger Smart.'Derfor gik jeg i gang med udviklingsprogrammet med Enve, med håndtering som førsteprioritet.'
Alt dette peger på, at hjul og dæk skal arbejde sammen som en komplet pakke for en optimal løsning, ikke kun i aerodynamik, men også i stabilitet ved hastighed, forudsigelig håndtering og lavere rullemodstand. Vil vi i lyset af dette se hjulfabrikanter arbejde tættere sammen med dækproducenter i fremtiden?
I tilfældet med Bontrager er de allerede én og samme. Ray Hanstein, Bontragers produktchef for hjul, siger: Vores hjul- og dækingeniører betragtes som de samme. Hjul og dæk er så sammenflettet, at du ikke kan udvikle det ene til dets potentiale uden at have en intim forståelse af det andet. Disse fyre arbejder i samme rum, kører sammen, spiser frokost sammen.’ Det er en lignende historie hos Mavic og Zipp, som laver deres egne dæk såvel som hjul, så de kan skabe præcist parrede produkter. Det store spørgsmål tilbage at besvare er: har vi nået toppen? Smart siger: 'At designe fælge er noget af en udfordring, men spændende. I de sidste fem år har steldesignerne ændret sig en del, og det er ting som at give mulighed for bredere dæk, der har givet os friheden til at udforske endnu bredere fælge. Som med de fleste ting er der et punkt med faldende afkast, men jeg tror ikke, vi har nået toppen endnu.’
I sidste ende er bredere dæk og tilsvarende brede hjulprofiler den vej, industrien er på vej, og det rigtige valg for ryttere, hvis du vil have maksimal gevinst i den slags forhold, vi alle oplever fra dag til dag, med forudsigelig håndtering til start. Videnskaben bakker op om det, så det er måske på tide at afvise den snævre udsigt og gå bredt ud.
