Kammtail Virtual Foil

Profiilien kehittäminen polkupyöriin vaatii runsaasti luovuutta, koska perinteiset lentokoneissa ja autoissa käytetyt muodot eivät huomioi polkupyöräilyn aerodynamiikan erityispiirteitä. Polkupyörien suhteellisen hidas nopeus ja pieni voima tekevät niistä paljon herkempiä ympäristötekijöiden, kuten sivutuulen, vaikutukselle. Tämän vuoksi tarvitaan teknologiaa, joka keskittyy muuhunkin kuin vastatuulen aerodynamiikkaan. Polkupyörien putkimuodoissa on paljon erilaisia kaaria ja virtausten vuorovaikutuksia, mikä tekee todella aerodynaamisen rakenteen luomisesta vieläkin monimutkaisempaa.

Profiilit ovat yleensä suippokärkisen pisaran muotoisia, mutta Kammtail-profiilissa käytetään katkaistua, suoraa päätä, joka lisää jäykkyyttä ja jäljittelee paljon pidemmän siipimallisen profiilin suorituskykyominaisuuksia.

Profiilit määritetään sivusuhteen eli rungon tai osan kokonaisleveyden ja profiilin välisen suhteellisen pinta-alan perusteella. Sivusuhteen suurentuessa ilmanvastus pienenee. Mutta kuten monessa muussakin asiassa, suuriin sivusuhteisiinkin liittyy kompromissi. Vakaus, paino ja jäykkyys kärsivät sivusuhteen kasvaessa. Ammattipyöräilyn kattojärjestönä toimiva Kansainvälinen pyöräilyliitto (UCI) asettaa huomattavia rajoituksia tälle suhteelle: poikittaisen maksimi- ja minimimitan suhde saa olla enintään 3:1.

Trekin insinöörien tavoitteena oli saavuttaa suuren sivusuhteen aerodynaaminen suorituskyky sellaisen kompaktin, kevyen profiilin avulla, joka olisi jäykkä, vakaa ja noudattaisi UCI:n määräyksiä. Kokenut insinööri Doug Cusack ryhtyi yhdessä uuden tulokkaan Paul Harderin kanssa tutkimaan perustaa polkupyörille tarkoitetuille profiileille. Paul kertoo, että siihen aikaan polkupyörien profiilit (koko alalla) suunniteltiin käyttämällä lentokoneiden siipiprofiilien määrittämiseen tarkoitettua vanhaa järjestelmää. ”Huomasin tämän tärkeän eron ja päätin ensimmäisenä omana tutkimus- ja kehitysprojektinani tutkia profiileja nimenomaan polkupyörien kannalta.” Pystyäkseen testaamaan mahdollisimman monta erilaista rakennetta ryhmä kehitti uuden tavan käyttää laskennallista virtausdynamiikkaa. Laskennallinen virtausdynamiikka toimii virtuaalisena tuulitunnelina ja mahdollistaa kolmiulotteisten piirrosten testaamisen. Tämän tehokkaamman tekniikan avulla Trek pystyi testaamaan yli 80 erilaista muotoa. Tätä ei olisi koskaan pystytty tekemään tuulitunnelissa. Dougilla oli aavistus, että profiilin lyhentäminen voisi saada aikaan läpimurron aerodynaamisen tehokkuuden suhteen. Ryhmän saamat laskennalliseen virtausdynamiikkaan perustuvat tulokset näillä rakenteilla olivat ennennäkemättömiä. Syntyi KVF.

Tämä uusi rakenne ratkaisi aiempien alustojen perusongelman. Polkupyörien profiilit ovat paljon kaarevampia kuin venytetyt lentokoneen siiven tai vakaimen tyyppiset profiilit. Lisäksi polkupyörään kohdistuvan tuulen kohtauskulma eli tuulen suunnan (usein vaihteleva ja sivusuuntainen) ja pyörän liikesuunnan välinen kulma on suurempi. Mitä suurempi tämä kulma on, sitä suurempi ei-toivottu sivuttaisliike pyörään kohdistuu. Tämän vuoksi ilman on vaikea pysyä kiinni profiilin seinämässä ja ilma pyrkii irtautumaan, mikä aiheuttaa runsaasti ilmanvastusta ja heikentää vakautta. KVF:n katkaistu rakenne ratkaisee tämän kaarevuusongelman hyödyntämällä sitä suuren sivusuhteen osaa, joka tekee suurimman työn, (etuosa), eikä siinä ole suippoa takaosaa, joka ei ole niin tärkeä pyörän kannalta. Tuulet virtaavat profiilin etuosan ympäri, kuten perinteisessäkin rakenteessa, ja pysyvät tällä liikeradalla, koska katkaistu muoto vähentää kaarevuutta. Sivutuulen kohtauskulman ja sivutuulen suurentuessa suurenee myös KVF:n tarjoama etu suorituskyvyssä.

KVF kehitettiin aluksi osana laajempaa projektia, jonka tavoitteena oli rakentaa maailman nopein polkupyörä. Kun KVF:n katkaistu rakenne saatiin todennettua laskennallisen virtausdynamiikan avulla, insinöörimme rakensivat täyden prototyypin ja veivät sen kattaviin tuulitunnelitesteihin ensin Mooresvilleen, Pohjois-Carolinaan ja sitten myöhemmin San Diegon tuulitunneliin Kaliforniassa. Tulokset tekivät heihin vaikutuksen, ja tästä pyörästä tuli pian se alkuperäinen Speed Concept – Trekin huiman suosittu triathlon-pyörä. Tämän pyörän edut triathlonisteille olivat välittömästi niin selvät, että insinööriryhmä alkoi pian laajentaa KVF:n käyttöä perinteisiin maantiepyöriin.

KVF oli helpompi integroida perinteisten maantiepyörien pienempään pinta-alaan kuin aiempien profiilirakenteiden kohdalla, mikä mahdollisti uusien aerodynaamisten maantiepyörien synnyn. Madonessa, Trekin huipputehokkaassa aerodynaamisessa kilpapyörässä, KVF-teknologia otettiin käyttöön vuonna 2013. Speed Concept on uusittu sen jälkeen ja on entistä nopeampi, mikä on suurelta osin uudistetun KVF:n ansiota. KVF:n etupinta on pienempi, ja sen ilmanvastus on pienempi kaikilla sivutuulen kulmilla. Vuoden 2016 Madonessa on lisäksi parannettu rakenne, jossa KVF on integroituna osana. Trekin insinöörit etsivät koko ajan uusia sovelluksia tälle mahtavalle teknologialle ja ovat onnistuneet menestyksekkäästi laajentamaan sen käyttöä yhä uusiin osiin, kuten ohjaustankoihin.