Kammtail Virtual Foil

Occorre una grande creatività per realizzare profili aerodinamici per biciclette, in quanto i modelli tradizionali impiegati negli aerei e automobili non tengono in considerazione le proprietà uniche dell'aerodinamica coinvolta nel ciclismo. La velocità relativamente ridotta e la spinta in avanti delle biciclette le rende molto più vulnerabili ai fattori ambientali come i venti trasversali e necessita di una tecnologia che si concentri su qualcosa di più del mero miglioramento dell'aerodinamica per i venti frontali. Le forme dei tubi delle bici presentano intrinsecamente diverse curve e interazioni di flussi d'aria combinati, complicando ulteriormente il processo di creazione di un modello che sia davvero aerodinamico.

Mentre i profili aerodinamici si allungano tipicamente in una forma a goccia con un'estremità appuntita, Kammtail presenta un'estremità troncata e squadrata che ne aumenta la rigidità e ha le prestazioni di un profilo aerodinamico molto più lungo di forma alare.

I profili aerodinamici si definiscono in termini di rapporto d'aspetto oppure dell'area di superficie relativa tra la lunghezza totale e il profilo del telaio o di un componente. All'aumentare del rapporto d'aspetto, la resistenza diminuisce. Tuttavia, come sempre, esiste un compromesso con i rapporti d'aspetto elevati. Stabilità, peso e rigidità ne risentono in modo proporzionale al crescere del rapporto d'aspetto. L'organo direttivo dei ciclisti professionisti, Union Cycliste Internationale (UCI), colloca limiti significativi sulla grandezza massima del rapporto, limitandolo per le dimensioni trasversali dalla maggiore a quella minore a non più di 3:1.

Gli ingegneri di Trek sono riusciti ad ottenere prestazioni aerodinamiche di un rapporto d'aspetto elevato in un profilo leggero e compatto che sia rigido, stabile e conforme alle normative UCI. L'ingegnere Doug Cusack, esperto nel settore, si è unito al nuovo arrivato Paul Harder eseguendo ricerche su diverse piattaforme alla ricerca di un profilo aerodinamico specifico per le biciclette. Come Paul spiega: "A quel tempo, i profili aerodinamici delle biciclette venivano progettati impiegando un vecchio sistema per la determinazione dell'aerodinamica alare per gli aerei. Lo vedevo come un grande punto di distacco e ho deciso di studiare profili aerodinamici da poter applicare realmente alle biciclette come mio primo progetto di ricerca e sviluppo 'personale'". Per collaudare più modelli possibili, il team ha creato un nuovo approccio tramite fluidodinamiche computazionali (CFD) che agiscono come una galleria del vento virtuale in grado di testare disegni 3D. Questo approccio molto più efficace ha consentito a Trek di collaudare più di ottanta forme diverse, qualcosa che non sarebbe mai stato possibile in una galleria del vento. Doug ha avuto l'intuizione che troncando un profilo aerodinamico avremmo avuto una svolta per quanto riguarda l'efficienza aerodinamica, e i risultati delle CFD visti dal team hanno mostrato risultati senza precedenti per tali design. È nato KVF.

Il nuovo design ha risolto un problema fondamentale delle precedenti piattaforme. I profili aerodinamici delle bici hanno una curvatura più elevata se paragonati agli altri profili allungati delle ali o degli stabilizzatori degli aerei, e le biciclette presentano un'imbardata molto più elevata o un angolo maggiore tra il vento apparente (spesso discontinuo e proveniente dai lati) e la direzione di movimento della bicicletta. Maggiore è l'angolo, maggiore sarà lo spostamento laterale non desiderato della bicicletta. Di conseguenza, è difficile che l'aria rimanga sulla parete del profilo aerodinamico e tende invece ad allontanarsene, aumentando considerevolmente la resistenza e riducendo la stabilità. Il design troncato di KVF risolve il problema di tale curvatura utilizzando la parte del rapporto d'aspetto elevato maggiormente implicata, (quella anteriore), ed eliminando la parte a punta posteriore che è di poca importanza applicativa nel ciclismo. Il vento scorre attorno alla parte anteriore del profilo come in un modello tradizionale rimanendo sulla traiettoria a causa della forma troncata che ne riduce la curvatura. All'aumentare di imbardata e vento trasversale, crescono i vantaggi prestazionali di KVF.

KVF è stato inizialmente sviluppato come parte di un progetto più grande per realizzare la bicicletta più famosa del mondo. Una volta che il design troncato di KVF ha raggiunto la prova di concetto nell'analisi CFD, i nostri ingegneri hanno realizzato un prototipo completo e lo hanno portato a collaudare nella galleria del vento A2 a Mooresville nel North Carolina e successivamente a San Diego in California. Sono rimasti molto impressionati dai risultati e la bicicletta è diventata subito l'originale Speed Concept, l'apprezzata piattaforma da triathlon di Trek. I vantaggi di questa bici per gli atleti sono stati subito evidenti tanto che il team di ingegneri ha ben presto iniziato ad impiegare l'applicazione di KVF ai modelli delle tradizionali bici da corsa.

KVF è stato di facile integrazione nelle piccole superfici dei telai tradizionali da corsa rispetto ai precedenti design aerodinamici, consentendo la nascita di nuovi tipi di bici da corsa. Nel 2013 abbiamo impiegato la tecnologia KVF sulla Madone, la bici da corsa ad elevate prestazioni di Trek. La Speed Concept è stata rivista ed ora è più veloce che mai, grazie principalmente a KVF che ne ha ridotto l'area frontale e diminuito la resistenza in tutti gli angoli di imbardata. La Madone 2016 presenta un design migliorato di cui KVF è un elemento importante. Gli ingegneri di Trek continuano la ricerca di nuove applicazioni per questa fantastica tecnologia che ha avuto particolarmente successo in diversi componenti come il manubrio.