Kammtail Virtual Foil

El diseño de superficie aerodinámica para bicicletas requiere de un gran esfuerzo de creatividad, ya que el diseño tradicional utilizado por los aeroplanos y automóviles no considera las propiedades únicas de la aerodinámica de bicicletas. La relativa baja velocidad y empuje hacia el frente de las bicicletas las hace más vulnerables a los factores ambientales, como por ejemplo, los vientos cruzados, y requiere de una tecnología que se enfoque en algo más que mejorar la aerodinámica del viento en contra. Las formas de los tubos de bicicletas inherentemente exhiben una gran cantidad curvatura e interacciones de flujo combinadas, complicando aún más el proceso de crear un diseño verdaderamente aerodinámico.

Mientras que las superficies aerodinámicas típicamente se extienden hasta un punto final en las formas del tipo de gota, Kammtrail incorpora un extremo truncado en escuadra que incrementa la rigidez y copia el desempeño de una superficie de control en forma de ala mucho más grande.

La superficie de control está definida en términos de la proporción, o del área de superficie relativa entre el ancho total y el perfil de un cuadro o componente. Según como aumente la proporción, el arrastre disminuye. Sin embargo, como todas las cosas en la vida, hay una ventaja y desventaja con respecto a las proporciones. La estabilidad, el peso y la rigidez se ajustan de forma proporcional conforme la relación aumenta. El cuerpo de gobierno de los ciclistas profesionales y la Unión de Ciclistas Internacional (UCI), establecen límites significativos en que tan extrema puede ser la relación, limitando la máxima relación a la dimensión transversal mínima en una proporción no mayor de 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.

El KVF fue inicialmente desarrollado como parte de un proyecto más grande para construir la bicicleta más rápida del mundo. Una vez que el diseño truncado del KVF logró ser un concepto probado en los análisis de CFD, nuestros ingenieros construyeron un prototipo completo y lo llevaron a las pruebas extensivas del túnel de viento A2 de Mooresville en Carolina del Norte, y después al túnel de viento de San Diego en California. Quedaron impresionados con los resultados, y pronto, esta bici se volvió el Speed Concept (concepto de velocidad) original de la exitosa plataforma de triatlón de Trek. Los beneficios de esta bicicleta para los triatletas fueron inmediatamente evidente, haciendo que el equipo de ingeniería rápidamente iniciara con la expansión de la aplicación del KVF a los diseños de tradicionales de bicis de carreras de pista.

El KVF fue fácil de integrar dentro de la pequeña área de superficie de los cuadros de pista tradicional que los anteriores diseños de superficies aerodinámicas, permitiendo que existieran nuevos conceptos de bicis aero. La Madone, la bicicleta de carreras aerodinámica de alto desempeño de Trek, fue traída al redil con la tecnología KVF en 2013. Desde entonces, se ha renovado el Speed Concept (concepto de velocidad) el cual es mucho más rápido que antes, en gran parte gracias al diseño revisado del KVF con una menor área frontal y arrastre reducido en todos los ángulos del eje vertical. La Madone 2016 también incorpora un diseño mejorado en el cual el KVF es un elemento integral. Los ingenieros de Trek continúan investigando más aplicaciones de esta sorprendente tecnología, y han visto un gran éxito expandiéndola a más componentes, como por ejemplo, los manubrios.