Kammtail Virtual Foil

Czym jest konstrukcja Kammtail Virtual Foil?

Konstrukcja KVF (Kammtail Virtual Foil) cechuje się nietypowym, aerodynamicznym kształtem, który został zaprojektowany tak, by spożytkować korzyści profilu lotniczego w przemyśle rowerowym, które zapewnią lekkość i sztywność konstrukcji oraz będą dobrze się sprawować przy wietrze bocznym. Konstrukcja KVF to rezultat projektu inżynierskiego trwającego dziewięć miesięcy i poświęconego opracowaniu technologii profilu do zastosowania przy stosunkowo małej prędkości.

Profile lotnicze mają za zadanie zmniejszać opór powietrza, który odczuwa rowerzysta, dzięki opływowym kształtom ramy i elementów. Profile KVF różnią się od tradycyjnych profili w kształcie łezki tym, że mają obciętą końcówkę. Krój ten znacznie poprawia opływowość, sztywność boczną, stabilność przy bocznych wiatrach, zmniejsza masę roweru i pozwala na wygodniejszą jazdę przy jednoczesnym ugięciu w płaszczyźnie pionowej.

Jakie płyną z tego korzyści?

Opracowanie profilu lotniczego do roweru wymaga dużej kreatywności, ponieważ tradycyjne profile stosowane w lotnictwie i motoryzacji nie uwzględniają nietypowych właściwości aerodynamiki w kolarstwie. Stosunkowo mała prędkość i siła ciągu możliwa do uzyskania na rowerze sprawiają, że rowery są dużo bardziej podatne na czynniki środowiskowe, takie jak np. boczne wiatry, i wymagają zastosowania technologii, która będzie brała pod uwagę lepszą opływowość względem wiatru przeciwnego. Kształty rur rowerów z zasady charakteryzują się sporą krzywizną oraz wzajemnym oddziaływaniem ruchu, co jeszcze bardziej komplikuje proces tworzenia prawdziwie aerodynamicznej konstrukcji.

Profile lotnicze zwykle mają kształt łezki ze spiczastą końcówką. Konstrukcja Kammtail charakteryzuje się ściętym, płaskim zakończeniem, które zwiększa sztywność, przy czym działa jak znacznie dłuższy profil w kształcie skrzydła.

Profile lotnicze charakteryzuje się pod kątem współczynnika kształtu lub względnej powierzchni pomiędzy całkowitą szerokością i profilem ramy lub komponentu. Im większy współczynnik kształtu, tym mniejszy opór. Jednak, tak jak w życiu, uzyskanie wysokiego współczynnika kształtu uzyskuje się kosztem czegoś innego. Stabilność, masa i sztywność pogarszają się wprost proporcjonalnie do wzrostu współczynnika kształtu. Międzynarodowa Unia Kolarska (UCI – Union Cycliste International), która zajmuje się regulacją standardów, nakłada znaczne ograniczenia względem największego współczynnika kształtu. Stosunek maksymalnego do minimalnego współczynnika wymiaru poprzecznego nie może być większy niż 3:1.

Jak inżynierom firmy Trek udało się pokonać ten problem

Inżynierowie firmy Trek postanowili osiągnąć wydajność aerodynamiczną o wysokim współczynniku kształtu przy zwartej, lekkiej konstrukcji profilu, który byłyby sztywny, stabilny i zgodny z przepisami UCI. Doświadczony inżynier Doug Cusack podjął współpracę z nowym pracownikiem Paulem Harderem w celu zbadania możliwości konstrukcji profilu lotniczego do zastosowania w kolarstwie. Jak wyjaśnił Paul: „W tamtym czasie profile lotnicze stosowane w przemyśle kolarskim były projektowane w oparciu o stary system określający profile skrzydeł samolotu. Uznałem to za główną przeszkodę i postanowiłem zbadać, jak profile lotnicze rzeczywiście sprawdzają się w kolarstwie. Był to mój pierwszy ‘prywatny’ projekt badawczo-rozwojowy”. By sprawdzić jak najwięcej kształtów, zespół opracował nową metodę obliczeniowej mechaniki płynów (ang. Computational Fluid Dynamics), która działa jak wirtualny tunel aerodynamiczny umożliwiający testowanie rysunków 3D. Ta wydajniejsza metoda pozwoliła pracownikom Treka przetestować ponad osiemdziesiąt różnych kształtów. W standardowym tunelu nie byłoby to możliwe. Doug miał przeczucie, że ścięcie końcówki profilu może być przełomowe w kwestii aerodynamiki. Analiza CFD wykazała niespotykane rezultaty. Tak powstała konstrukcja KVF.

Nowy projekt rozwiązał podstawowy problem poprzednich modeli. Profile lotnicze stosowane w rowerach cechują się wysoką krzywizną w porównaniu do skrzydeł samolotu o dużej powierzchni lub do profilu stabilizującego. Rowery są też narażone na znacznie większe odchylenie i większy kąt pomiędzy wiatrem pozornym (często niestałym i wiejącym z różnych stron) i kierunkiem ruchu roweru. Im większy kąt, tym więcej ruchów na boki będzie odczuwał rowerzysta. W rezultacie trudno o to, by strumień powietrza stykał się ze ścianą profilu - ma on tendencję do odskakiwania, co zwiększa opór i zmniejsza stabilność. Okrojona konstrukcja KVF eliminuje problem krzywizny, dzięki zastosowaniu wysokiego współczynnika kształtu, który najciężej pracuje (przód) i likwidacji spiczastej końcówki, która w kolarstwie nie ma aż tak wielkiego znaczenia. Wiatr przepływa wokół przedniej części profilu, tak jak w przypadku standardowych konstrukcji, i utrzymuje tor ruchu, ponieważ ścięta końcówka oznacza ograniczenie krzywizny. Kiedy odchylenie i wiatry boczne narastają, rośnie też przewaga konstrukcji KVF.

Konstrukcja KVF przy wiatrach bocznych sprawuje się jakby miała współczynnik kształtu profilu 8:1, ale jest zgodna z regulacjami nałożonymi przez UCI, które zezwalają na stosunek 3:1. Kształt ten można nadać niemal wszystkim elementom roweru, w tym ramionom widelca, rurze dolnej, rurze podsiodłowej i kierownicy. Dodatkowo konstrukcja KVF cechuje się szerszym kształtem niż tradycyjne łezki i zapewnia lepszą kontrolę nad rowerem dzięki zwiększonej sztywności bocznej.

KVF nie przestaje się doskonalić

Technologia KVF początkowo została opracowana w ramach większego projektu stworzenia najszybszego roweru na świecie. Kiedy okrojony model KVF sprawdzono przy pomocy analizy CFD, inżynierowie skonstruowali prototyp, który został poddany obszernym testom w tunelu aerodynamicznym A2 w Mooresville, w stanie Północna Karolina, a następnie w San Diego, w Kalifornii. Rezultaty zrobiły na nich wielkie wrażenie i niedługo po tym prototyp stał się modelem Speed Concept, czyli popularnym rowerem stosowanym z powodzeniem w triathlonach. Korzyści, jakie dawał ten rower triathlonistom, były tak bardzo zauważalne, że zespół inżynierów niebawem poszerzył zastosowanie konstrukcji KVF o tradycyjne modele wyścigowe.

Konstrukcję KVF było łatwiej zastosować w drobniejszych ramach rowerów szosowych, niż wcześniej stosowane profile w kształcie łezki. Tak powstały aerodynamiczne rowery szosowe. W 2013 r. model Madone, wysokiej klasy aerodynamiczny rower wyścigowy Treka, został wyposażony w technologię KVF. Model Speed Concept został dopracowany i stał się szybszy niż kiedykolwiek w historii, w dużej mierze dzięki skorygowanej konstrukcji KVF i mniejszej powierzchni frontowej oraz mniejszemu oporowi przy wszystkich kątach odchylenia. W 2016 r. model Madone także zyskał ulepszoną sylwetkę, w której konstrukcja KVF jest integralnym elementem. Inżynierowie Treka wciąż nie ustają w poszukiwaniach nowych zastosować tej niesamowitej technologii i mogą pochwalić się ogromnym sukcesem w poszerzaniu jej wykorzystania w kolejnych elementach, jak np. w kierownicy.

Czy jest na to dowód?

Od momentu wprowadzenia konstrukcji KVF na rynek nasi konkurenci często ją powielają. Tak wielkie zainteresowanie naszym wynalazkiem i kopiowanie pomysłu traktujemy jako komplement. Nie ustajemy w dążeniach ulepszania konstrukcji KVF i pomaganiu rowerzystom osiągać więcej. Jak mówi Paul: „Konstrukcja KVF to owoc wysoce zaawansowanej inżynierii, a powierzchowna wiedza oraz teoria na temat konstrukcji profilu lotniczego KVF nie wystarczy, by stworzyć wysokiej klasy strukturę tego typu”. Zdaje się, że może udać się to wyłącznie tym, którzy odkryli i udoskonalili tę technologię.

Dostępny dla: