An aerial view of a Trek-Segafredo racer riding down a one-way paved road with another rider approaching behind him.

什么是 Kammtail Virtual Foil?

KVF(Kammtail Virtual Foil)是一种打破常规的空气动力学形态,将空气动力翼面的优势结合至自行车特有的平台中,让车身在侧风时更加轻便坚硬,性能更佳。KVF 是一个低速翼面技术研发项目的成果,这个项目持续了 9 个月的时间。

通过在框架和组件中应用流线型,翼面旨在降低骑手在骑行中所受到的组阻力。与传统泪滴型翼面相比,KVF 有一个明显截短的尾翼,这也是其与众不同之处。这种设计不仅大幅减少空气动力阻力,还能增加自行车的横向硬度、减轻重量,增加其在侧风中的稳定性,更强的垂直顺性也会增加骑行的舒适感。

优势

为自行车设计空气翼面需要极大的创意,因为一直以来,传统设计主要针对飞机和汽车,并未考虑自行车独特的空气动力特性。相比汽车和飞机,自行车的速度慢,前推力小,更易受侧风等环境因素的影响。因此,所需技术不仅要改善逆风情况,还需要更着重于各个环境因素。自行车管的形状本身就具有很大的曲率,还需要考虑流动干扰问题,加大了针对自行车进行空气动力学设计的难度。

通常而言,空气动力翼面的轮廓会呈泪珠型,两个边缘延伸到一个点端相交。Kammtail 翼面则将这个轮廓截短,点端变成了一条直线。这一改变可增加车架的硬度,兼具更长翅膀型尾翼所具有的性能特点。

尾翼设计的重点在于展弦比,即一个框架或组件的总宽度与剖面的表面积比。展弦比越大,阻力越小。但是正如世间万物一样,大展弦比也有弱点。随着展弦比变大,稳定性、重量和硬度也会按比例下降。专业自行车的管理部门 国际自行车联盟 (UCI)对这个比值做出了严格限制:横向尺度比的最大值和最小值之比,不能超过 3:1

Trek 如何解决这个问题

Treks ingenjörer beslutade sig för att uppnå samma aerodynamiska prestanda som med ett större förhållande. Profilen skulle vara kompakt och lätt, styv och stabil och den skulle uppfylla UCI:s regler. Veteranen och ingenjören Doug Cusack samarbetade med nykomlingen Paul Harder för att utforska plattformar för cykelspecifika vingprofiler. Paul förklarar: "Vid den tiden konstruerades vingprofiler för cyklar (i hela branschen) enligt samma principer som vingprofilerna på flygplan. Jag tyckte att det här var ett feltänk och bestämde mig för att studera vingprofiler som de faktiskt fungerar på cyklar, i mitt första 'egna' utvecklingsprojekt". För att kunna testa så många konstruktioner som möjligt utformade teamet en ny modell av datorsimulerad flödesdynamik (CFD). Den fungerade som en virtuell vindtunnel där man kunde testa 3D-ritningar. Med deras effektiva arbetsmetod kunde Trek testa över åttio olika former. Det skulle ha varit omöjligt att göra i en vindtunnel. Doug misstänkte att avhuggna vingprofiler skulle leda till ett genombrott för aerodynamiken och CFD-resultaten visade att sådana konstruktioner noterade otroliga resultat. KVF hade gjort sin entré.

Den nya konstruktionen löste de fundamentala problemen med tidigare plattformar. Vingprofilen på en cykel har en mycket större kurvatur jämfört med profilen på en flygplansvinge eller i stabilisatorer. En cykel är också mer utsatt för sidvind, eller annorlunda uttryckt är det en större vinkel mellan vindriktningen (som dessutom ofta varierar) och cykelns rörelseriktning. Ju större den här vinkeln är desto större, och oönskade, sidledes krafter kommer cykeln att utsättas för. Det resulterar i att luftflödet får svårt att följa vingprofilen och turbulensen tenderar att inträda tidigare. Som ett resultat ökar luftmotståndet och stabiliteten minskas. Den avhuggna KVF-konstruktionen löser detta kurvaturproblem genom att utnyttja den del av det stora längd/bredd-förhållande som bär upp den största belastningen (fronten) och eliminera den spetsiga bakre del som är mindre viktig i cykelapplikationer. Vinden strömmar runt fronten på vingprofilen precis som i en traditionell design och följer den här banan eftersom den avhuggna formen minskar dess kurvatur. När sidvinden och vindvinkeln ökar, ökar även fördelarna med KVF.

KVF 的性能类似逆风 8:1 展弦比,但符合 UCI 的 3:1 竞赛标准。这种翼面轮廓几乎可适用于自行车各部位的型材设计,比如前叉腿、下管、座管、后上叉和车把。KVF 另外一个优势是,比传统泪珠型翼面更宽,从而加大横向硬度,提高对自行车的操控性。

不断完善的 KVF

KVF 最初的研发工作,是一个构建世界最快自行车项目中的组成部分。当 KVF 的截断设计获得了 CFD 分析的概念验证后,我们的工程师便制作出一个完整的原型车,分别在两个地点的风洞中对其进行了测试:北卡罗来纳 Mooresville 的 A2 风洞和加州的圣地亚哥风洞。实验获得了令人满意的结果。这辆自行车很快就成为 Speed Concept 的雏形,这也是 Trek 在铁人三项平台屡获殊荣的车型。这款自行车在三项全能运动中的优势很快就显现出来。随后,工程师团队进一步拓展了 KVF 的应用,将其延伸到传统公路赛车的设计之中。

传统公路自行车的框架表面积较小,与之前的翼面设计相比,KVF 更容易与之相结合,全新的空气动力学公路车概念,很快就变成现实。2013 年,Trek 在其高性能空气动力学公路车 Madone 中首次使用了 KVF。KVF 的设计不断改进,正面面积更小,可在任何偏航角下减少阻力。改造后的 Speed Concept 车型变得更快,KVF 功不可没。2016 Madone 的改进设计中,KFV 也是其中重要的一个因素。Trek 的工程师继续拓展这一重要技术的应用领域。随着它获得越来越多的成功,也开始出现在更多部件之上,比如车把。

是否有效?

自 Trek 工程师在多年前首次推出 KVF 设计以来,它已得到了广泛的应用。与 KVF 相似的设计能够在行业内得到广泛使用,对此我们深感荣幸。但与此同时,我们也在不断完善这一精细的技术,帮助自行车手挑战更大的极限。正如 Paul 所说:“就其本质而言,必须以高度工程化的方法设计 KVF。Kamm 型翼面结构的常规知识和理论,难以打造出高性能的 KVF。”实现这一目标的重任,完全落在开发和完善这一设计的工程师肩膀之上。

上可用:

产品比较(背架)

开始比较
中國 / 中文
You’re looking at the 中國 / 中文 Trek Bicycle website. Don’t worry. We’ve all taken a wrong turn before. View your country’s Trek Bicycle website here.