KVF (Kammtail Virtual Foil; 캄테일 버추얼 포일)이란 익형의 이점을 독특한 공기역학적 설계로 구현한, 경량과 강성, 측풍에서의 뛰어난 성능을 갖춘 사이클링에 특화된 플랫폼입니다. KVF는 상대적으로 저속에 적합한 익형 기술을 개발하기 위한 아홉 달에 걸친 엔지니어링 프로젝트로부터 탄생했습니다. 익형은 프레임과과 컴포넌트에 유선형의 형상을 부여해 라이더가 경험하는 저항의 상당량을 줄여주도록 설계됩니다. 전통적인 물방울 형상의 익형과 대조적으로, KVF은 꼬리 부분의 끝을 잘라낸 독특한 설계입니다. 이러한 설계는 공기역학적 성능을 크게 향상할뿐만 아니라, 측면 강성을 높이고, 무게를 줄이며, 측풍에서의 안정성은 물론 추가적인 수직 컴플라이언스를 부여해 보다 편안한 라이딩 성능을 제공합니다.
항공기와 자동차에 적용된 전통적인 설계는 사이클링의 독특한 공기역학적 특성을 전혀 고려하지 않았기 때문에, 자전거를 위한 익형 설계에는 창의성에 대한 위대한 도전 정신이 필요했습니다 상대적으로 저속에 전방에 추력이 집중되는 자전거의 특성은 측풍과 같은 환경 요소에 자전거를 훨씬 더 취약하게 만들고, 따라서 역풍에 대한 공기역학성을 향상하는 것 이상에 집중한 기술이 필요합니다. 자전거 튜브 형상은 본질적으로 곡률에 대한 엄청난 노력과 복합적인 유체 상호작용을 드러내며, 더 나아가 진정한 공기역학적 설계를 만들어내는 과정 또한 마찬가지입니다. 익형은 통상 뾰족한 끝 부분을 물방울 형상으로 늘인 것이지만, 캄테일 형상은 끝 부분을 사각형으로 잘라내어 강성을 향상하고, 훨씬 더 길어진 날개 형상의 성능을 모방합니다.익형은 종횡비, 또는 전체 너비와 프레임 또는 컴포넌트의 형상 간의 상대적인 곡면적으로부터 정의됩니다. 종횡비가 증가할수록, 저항은 줄어듭니다. 그러나 현실의 모든 것을 고려하면, 고종횡비에는 이율배반적인 측면이 있습니다. 종횡비의 증가에 비례하여 안정성, 무게, 그리고 강성에 대한 성능이 저하되기 때문입니다. 프로 사이클링을 주관하는 단체인 국제자전거연맹(Union Cycliste Internationale; UCI)은 이러한 종횡비의 최대치 허용 범위에 대한 확고한 한계를, 최대치가 최소치를 횡단면으로 3:1 이상을 넘지 못하도록 규정했습니다.
트렉의 엔지니어들은 작은 규모에 가벼운 형상으로서 강성, 안정성을 갖추면서도 UCI 규제에 부합하는 고비율 종횡비의 공기역학적 성능을 구현하는 것을 목표로 삼았습니다. 베테랑 엔지니어 더그 쿠삭(Doug Cusack)은 새로이 영입된 폴 하더(Paul Harder)와 팀을 이루어 사이클링에 특화된 익형 플랫폼 개발에 착수했습니다. 폴의 설명에 따르면, "지금까지 자전거의 익형은 (업계 전반에 널리 퍼진) 항공기 날개의 익형을 정의하는 구태의연한 시스템을 사용해 설계되었습니다. 저는 이 부분에서 누락된 핵심요소를 발견하고 저의 첫 "개인적인" 개발 프로젝트로서 자전거에 적용할 수 있는 진정한 익형을 연구하기로 결정했습니다." 가능한 모든 설계를 시험하기 위해, 개발 팀은 전산화유체역학(Computational Fluid Dynamics; CFD)에 대한 새로운 접근 방식을 만들어내, 3D 설계도 테스팅의 가상 풍동 실험에 대한 가능성을 구현했습니다. 이렇게 보다 효율적인 접근 방식은 트렉으로 하여 80 여개의 각기 다른 형상을 시험할 수 있도록 하였고, 지금까지 풍동 실험실에서는 절대로 할 수 없었던 것을 실현했습니다. 더그는 끝 부분을 잘라낸 익형이 공기역학적 효율성의 한계를 돌파할 수 있다는 사실을 짐작하고 있었고, CFD는 개발팀에게 지금까지 찾아볼 수 없었던 결과를 보여주는 설계를 선사했습니다. KVF가 탄생하다.새로운 설계는 이전의 플랫폼이 안고 있던 근본적인 문제를 해결했습니다. 자전거 익형은 길게 늘린 항공기 날개 또는 익형 방식에 대한 안정기에 비해 훨씬 높은 곡률을 갖고 있으며, 또한 자전거들은 겉보기 풍속과 (불규칙적으로 측면에서 불어오는) 자전거의 진행 방향 간에 보다 넓은 각도, 또는 보다 높은 값의 편주각에 직면하게 됩니다. 이러한 각이 커지면 커질수록, 자전거는 의도치 않은 측면 움직임을 더 크게 경험합니다. 결과적으로, 공기는 익형의 외벽에 상이하게 다른 시간만큼 머무르며 갈라지는 경향을 보이며, 엄청난 저항을 유발하고 안정성을 떨어뜨립니다. KVF의 끝단을 잘라낸 설계는 이러한 곡률의 문제를 가장 강력하게 작동하는 (전방에서) 고종횡비의 일부분을 사용하여 해결하고, 사이클링에 특화된 적용 방식에 있어 중요성이 떨어지는 후방부의 뾰족한 부분을 제거합니다. 바람은 기존의 설계와 유사한 전방의 익형을 따라 흐르면서 이러한 궤적을 계속 유지하게 되는데, 끝 부분을 잘라낸 형상이 자체 곡률을 줄이기 때문입니다. 편주각과 측풍이 증가할수록, KVF의 성능 이점 역시 마찬가지로 증가합니다.
KVF는 역풍 속에서는 8:1의 종횡비와 동일한 성능을 발휘하지만, UCI의 3:1 규정에 부합합니다. 이러한 형상은 포크 레그, 다운튜브, 싯튜브, 싯스테이, 핸들바를 비롯한 사실상 자전거의 모든 표면에 적용할 수 있습니다. 여기에 추가적으로, KVF는 본질적으로 전통적인 물방울 형상의 익형보다 훨씬 더 넓은 형상으로 측면 강성을 높이는 결과로부터 자전거 조향성을 향상에 기여합니다.
KVF는 세상에서 가장 빠른 자전거를 만들기 위한 보다 거대한 프로젝트의 일환으로서 최초로 개발되었습니다. CFD 분석으로부터 나온 "컨셉의 증명"을 충족한 KVF의 끝단을 잘라낸 설계를 만들어낸 이래, 우리의 엔지니어들은 완전한 프로토타입을 제작해 북부 캘리포니아의 무어스빌(Mooresbville)에 위치한 A2 풍동 실험실에서, 그리고 나중에는 캘리포니아의 샌디에고 풍동 실험실에서 추가적인 실험을 실시했습니다. 놀라운 결과에 감명을 받은 엔지니어들은, 이 자전거를 어느 누구도 감당할 수 없을 정도로 성공적인 트렉의 트라이애슬론 플랫폼이자 독창적인 스피드 컨셉으로 만들어냈습니다. 이러한 자전거가 트라이애슬론 선수들에게 주는 이점은 그 즉시 명확한 특성을 보여주었고, 엔지어링 팀은 KVF의 적용을 전통적인 로드 레이싱 바이크 설계로 확장하기 시작했습니다.KVF는 기존의 익형 설계에 비해 전통적인 도로 자전거 프레임의 좁은 표면에 훨씬 더 손쉽게 통합되어, 에어로 로드 바이크에 대한 새로운 구상을 현실로 이끌어냈습니다. 지난 2013년, 트렉의 고성능 에어로 경기용 자전거인 마돈에 KVF 기술이 도입되었습니다. 스피드 컨셉이 새롭게 제작된 이래, 가장 빠른 속도를 자랑하게 될 수 있었던 것도 전방 표면적과 모든 편주각에서의 저항을 낮출 수 있도록 많은 부분이 개선된 KVF 덕분입니다. 2016년, 마돈 역시 통합 요소를 도입한 KVF로부터 향상된 설계 특성을 갖추게 되었습니다. 트렉의 엔지니어들은 이러한 놀라운 기술의 적용 범위를 계속해서 연구하고 있으며, 핸들바와 같은 더 많은 컴포넌트로 확장하여 위대한 성공을 이루어냈습니다.
KVF의 설계는 트렉의 엔지니어들이 처음으로 찾아낸 이래 지난 몇년 간 널리 복제되어 사용되고 있습니다. 자전거 업계가 유사 KVF 설계를 이토록 폭넓게 받아들인 사실에 우리는 잘난 척만 할 수도 있었지만, 계속해서 KVF가 세심한 기술로서 라이더의 성공을 도울 수 있는 한계를 향해 계속해서 나아가고 있습니다. 개발팀의 폴은 이렇게 설명합니다. "근본적으로, KVF 설계는 반드시 고도의 엔지니어링이 필요하며, 캄테일 익형 구조와 이론에 대한 임시방편의 지식으로는 KVF를 설계할 수 없습니다." 그렇기에, 이러한 기술은 직접 발견하고 완성한 사람들만이 해낼 수 있는 것이 분명합니다.