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Qu'est-ce que le Kammtail Virtual Foil ?

Le KVF(Kammtail Virtual Foil) est une forme non conventionnelle aérodynamique conçue pour exploiter les avantages des ailerons dans une plateforme spécifique au cyclisme, légère, rigide et performante dans les vents latéraux. Le KVF est le résultat d'un projet d'ingénierie de neuf mois, consacré à la mise au point d'une technologie d'aileron basse vitesse.

Les ailerons sont conçus pour réduire la quantité de traînée subie par un cycliste en employant des formes profilées sur les cadres et composants. À l'inverse des ailerons conventionnels en forme de goutte d'eau, le KVF présente une forme unique tronquée. Ce design améliore considérablement non seulement la traînée aérodynamique, mais augmente aussi la rigidité latérale, réduit le poids, ajoute de la stabilité dans les vents latéraux et assure un cyclisme plus confortable grâce à une souplesse verticale supplémentaire.

Quels en sont les avantages ?

La conception d'ailerons pour vélo nécessite beaucoup de créativité, car les dessins conventionnels utilisés pour les avions et les automobiles ne prennent pas en compte les propriétés uniques de l'aérodynamique cycliste. La faiblesse de la vitesse et de la prise au vent des vélos les rendent beaucoup plus vulnérables aux facteurs environnementaux tels que les vents latéraux. Ils nécessitent donc une technologie visant davantage qu'une simple amélioration de l'aérodynamique aux vents frontaux. Les formes des tubes de vélo présentent par nature beaucoup de courbe et d'interaction à des flux combinés, ce qui complique davantage le processus de création d'un design authentiquement aérodynamique.

Si les ailerons se terminent généralement par une pointe en forme typique de goutte d'eau, le Kammtail présente une extrémité tronquée carrée qui augmente la rigidité et simule les performances d'un aileron beaucoup plus long en forme d'aile.

Les ailerons se définissent en termes de ratio d'aspect, ou de superficie relative entre la largeur totale et le profil d'un cadre ou composant. Quand le ratio d'aspect augmente, la traînée diminue. Cependant, comme pour toute chose dans la vie, il y a un compromis pour les ratios d'aspect élevés. Stabilité, poids et rigidité souffrent proportionnellement lorsque le ratio d'aspect augmente. L'instance régissant le cyclisme professionnel, l'Union cycliste internationale (UCI), impose des limites significatives pour ce ratio, limitant le ratio des dimensions transversales maximale et minimale à pas plus de 3:1.

Comment les ingénieurs de Trek ont résolu ce problème

Les ingénieurs de Trek ont eu pour but d'atteindre des performances aérodynamiques d'un ratio d'aspect élevé dans un profil compact, léger et qui soit rigide, stable et conforme aux réglementations de l'UCI. L'ingénieur confirmé Doug Cusack s'est associé au nouveau venu Paul Harder pour étudier des plateformes pour un aileron spécifique au cyclisme. Comme Paul l'explique, « À l'époque, les tubes de vélo (dans toute l'industrie) étaient conçus au moyen d'un système ancien pour la conception des ailerons d'aile d'avion. J'ai perçu cela comme un inconvénient majeur et décidé d'étudier les profils aérodynamiques adaptés à la fabrication de vélos. Ce fut mon premier projet « personnel » de R&D ». En vue d'essayer autant de modèles que possible, l'équipe a créé une nouvelle méthode de dynamique des fluides numérique (MFN) qui agit comme une soufflerie virtuelle capable de tester des dessins en 3D. Cette approche plus efficace a permis à Trek de tester plus de quatre-vingt formes différentes, ce qui n'aurait jamais été possible en soufflerie. Doug soupçonnait qu'un aileron tronqué pourrait déboucher sur une percée en efficacité aérodynamique et les résultats de la MFN que l'équipe a obtenus avec de tels designs étaient sans précédents. Le KVF était né.

Le nouveau dessin a résolu un problème fondamental rencontré avec les plateformes précédentes. Les tubes profilés de vélo ont une courbe très élevée par comparaison à une aile d'avion plus étirée et les vélos ont un lacet inverse beaucoup plus élevé ou un angle plus important entre les vent apparents (souvent inconstant et latéraux) et le sens de déplacement du vélo. Plus cet angle est grand, plus le vélo subit un mouvement latéral indésirable. En conséquence, l'air a des difficultés à rester sur la paroi de l'aileron et tend à se séparer, en provoquant de grandes quantités de traînée et une stabilité réduite. La forme tronquée du KVF résout ce problème de courbe en utilisant la portion d'un ratio d'aspect élevé qui fait la majeure partie du travail (à l'avant) et en se débarrassant de l'arrière pointu qui est moins important dans les applications spécifiques au cyclisme. Le vent contourne l'avant de l'aileron comme pour une forme conventionnelle et reste sur cette trajectoire en raison de la forme tronquée qui réduit sa courbe. Alors que le lacet et les vents latéraux augmentent, il en va de même de l'avantage de performance du KVF.

Le KVF se comporte comme un aileron à ratio d'aspect 8:1 dans le vent frontal, mais se conforme à la réglementation de l'UCI à 3:1. Cette forme peut pratiquement s'appliquer à toutes les surfaces du vélo, y compris les fourreaux de fourche, le tube diagonal, le tube de selle, les bases arrière et le cintre. En outre, le KVF a par essence une forme plus large qu'un aileron conventionnel en forme de goutte d'eau et assure une meilleure maniabilité du vélo en raison d'une rigidité latérale accrue.

Le KVF continue à s'améliorer

Le KVF a été initialement mis au point dans le cadre d'un projet plus grand, visant à créer le vélo le plus rapide au monde. Une fois que la forme tronquée du KVF est passée de l'épreuve au concept dans l'analyse MFN, nos ingénieurs ont construit un prototype complet et lui ont fait subir des essais prolongés dans la soufflerie A2 de Mooresville en Caroline du Nord, puis dans celle de San Diego en Californie. Ils ont été impressionnés par les résultats et ce vélo est vite devenu notre plateforme de triathlon largement reconnue : le Speed Concept original de Trek. Les bénéfices de ce vélo pour les triathlètes ont été si immédiatement manifestes que l'équipe technique a commencé à étendre l'application du KVF aux modèles de vélos de course de route conventionnels.

Le KVF a été plus facile à intégrer dans la superficie plus petite des cadres de route conventionnels que sur les précédents modèles, permettant aux nouveaux concepts de vélos de route aérodynamiques de voir le jour. Le Madone, le vélo de course aérodynamique haute performance de Trek, a reçu la technologie KVF en 2013. Le Speed Concept a depuis été rénové et il est plus rapide que jamais, principalement grâce à un KVF révisé avec moins de surface frontale et une traînée réduite dans tous les angles de lacet. Le Madone 2016 présente aussi un dessin amélioré dans lequel le KVF fait partie intégrante. Les ingénieurs de Trek continuent à chercher d'autres applications pour cette technologie étonnante et connaissent un grand succès en l'appliquant à davantage de composants tels que les cintres.

Est-il éprouvé ?

Le dessin du KVF est largement reproduit au fil des ans depuis que les ingénieurs de Trek l'ont révélé pour la première fois. Bien que nous soyons flattés qu'autant de concurrents aient adopté un dessin de type KVF, nous poussons encore les limites de ce que cette technologie subtile peut faire pour aider les cyclistes. Comme le dit Paul, « Par nature, le dessin du KVF doit être hautement usiné et la simple connaissance de la construction d'un aileron de style Kamm et de la théorie ne suffit pas pour concevoir un KVF haute performance ». Cela, semble-t-il, n'appartient qu'à ceux qui l'ont découvert et perfectionné.

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