Partie 5: Pression des pneus et aérodynamique

Nous commencerons ce post avec un rafraîchissement rapide sur l'état de l'aérodynamique des roues modernes.  
Forme de jante et pneus
En 1991, Steve Hed et Robert Haug ont breveté une forme de jante qui continuerait à être connue sous le nom de forme «toroïdale».  Le bord toroïdal était unique dans le Il n'avait pas de surfaces plates, un pneu profond pour les pneus tubulaires et incurvé de telle manière que le bord et le pneu combinés forment une ellipse. 

Image de Steve Hed Brevet Toroidal Rim # US5061013
En termes simplistes, ce brevet couvre tout bord qui est plus large que le pneu et comprenait complètement des surfaces incurvées.  Maintenant, le problème avec le brevet était que la création de cette jante s'est avérée impossible avec la technologie de l'époque.  Le RIM Hed CX était à peu près toroïdal, mais avec un capuchon en aluminium au puits de pneu et de la piste de frein ne pouvait pas faire la belle courbure requise pour un aérole ultime, et même à cela, la piste de frein en aluminium inclinée était problématique.
En 1997, Zipp (qui possédait la moitié Haug du brevet toroïdal, mais n'avait jamais fait de bord de cette forme) a breveté la forme de jante «hybride toroïdal».  Ce brevet a pris le concept de faire en sorte que le bord soit plus large que le pneu afin de contrôler le flux d'air, mais l'a fait correspondre à des pistes de frein parallèles pour rendre le concept plus fabriquée. 

Brevet toroïdal hybride Sargent / Zipp
La règle de 105%
Les jantes de cette époque avaient une largeur de 19 à 21 mm, et les jantes zipp et hed étaient généralement de 23 mm de large au point le plus large, qui a été optimisée pour un pneu de 19-21 mm.  Au début de mon mandat à Zipp 1999-2013, j'ai remarqué dans la soufflerie que chaque fois que le pneu approchait de la largeur de la jante, l'aérodynamique était compromise et à partir de la règle de base, nous appelions la règle de 105 (%).  La règle de 105 stipule que le bord doit être d'au moins 105% la largeur du pneu si vous avez une chance de recapter le flux d'air du pneu et de le contrôler ou de le lisser.  

Règle de 105 (%) formulée en 2001 sur la base du travail en soufflerie précoce avec des pneus 21 et 23 mm
L'un des aspects les plus intéressants de la règle de 105 est qu'avant 2001, personne n'a testé un tunnel avec des pneus de 21 ou 23 mm.  La sagesse conventionnelle était que vous avez tt ou couru triathlon sur des pneus 18-20 mm et c'était tout.  Cependant, j'étais au Texas A&M Tunnel avec US Postal en 2001 et Johan Bruyneel parlait de l'incroyable conduite et de ces nouveaux pneus de 21 mm qu'ils ont reçus du sponsor de l'équipe.  Il avait pris la décision d'abandonner les pneus plus étroits, même pour le TT en tant que coureurs, a donc préféré ce nouveau pneu.  Nous avons immédiatement pris des roues avec des pneus de 21 mm et avons constaté que les jantes 21 et 22 mm de l'époque n'étaient pas assez larges.  
Ce serait le début d'un jeu incroyable de poulet et d'œufs dans l'industrie du vélo alors que les fabricants de roues faisaient des jantes qui fonctionnaient avec des pneus plus larges et des fabricants de pneus et des athlètes continuaient à repousser les limites en utilisant encore des pneus encore plus larges.  En 2007, nous avons eu du mal à convaincre les cyclistes de Paris Roubaix pour utiliser des pneus de 27 mm alors qu'ils avaient toujours préféré les pneus `` déjà très larges '' de 24 mm par Paris Roubaix 2016, nous avions des cyclistes à Roubaix sur des pneus avant de 30 mm et 32 ​​mm avec des pneus de 25 mm utilisés en TT's !
Pourquoi la règle de 105
Cette image CFD de Bontrager fait un excellent travail en montrant le `` pourquoi '' de la règle de 105. Bien que l'industrie du vélo ait toujours aimé parler des ailes d'avion, la réalité est qu'aucune aile d'avion n'a jamais eu de pneu de vélo en tant que leader ou bord de fuite.  C'est la réalisation au début des années 2000 qui a propulsé Zipp, puis Hed, puis Simon Smart / Enve, Bontrager et maintenant beaucoup d'autres pour repenser complètement le problème.  Le vrai problème / opportunité est de savoir comment retirer le mieux l'air sale du pneu et le lisser avec la jante dans la moitié avant de la roue, et comment utiliser la jante pour transmettre certaines structures d'écoulement qui feront bien autour du pneu sur la moitié arrière de la roue. 

Image de Trek / Bontrager D3 Rim Shape White Paper montrant un pneu de 25 mm
Il s'agit d'une image du livre blanc Trek / Bontrager de 2011, vous pouvez voir dans l'image supérieure comment la séparation (en bleu) est complètement dominée par le pneu car le bord est plus étroit.  L'image «zipp» a la jante et le pneu à la même largeur que le pneu, et le bontrager en bas a le bord plus large que le pneu et capable de «reprendre» le flux d'air séparé du pneu.  Ces différences subtiles peuvent faire de très grandes modifications de traînée et des différences encore plus importantes dans la manipulation.  De nombreuses marques ont des images CFD similaires à celle-ci sur leurs sites, le point critique est que les variations subtiles de la forme de la jante peuvent et changeront la traînée aérodynamique ainsi que la manipulation, mais rien de tout cela n'est possible à moins que le bord ne soit au moins 105% du pneu largeur.
Le lien avec la taille et la pression des pneus
Alors maintenant que nous comprenons comment nous sommes arrivés maintenant sur ce sujet, révisons nos pneus et jantes mesurés de l'étrier de la partie 1.

Largeurs mesurées réelles des pneus sur diverses bordures de largeur de perles
Le lien entre la pression et l'aéro commence à devenir plus clair lorsque vous regardez le graphique ci-dessus.  Entre 87 et 115psi, la plupart de ces pneus augmenteront de près de 1 mm de largeur.  En termes aérodynamiques stricts, cette largeur supplémentaire a un coût d'environ 1 watts par 2 mm de pneu à bas angles de lacet.  Cependant, la grande pénalité peut survenir à des angles de lacet modérés à mesure que les pneus approchent de la largeur du bord.
Regardons d'abord un Firecrest Zipp 404, une jante avec une largeur extérieure de 26,5 mm et une largeur de perle de 16,5 mm.  Avec un pneu 23c, nous voyons moins de 10 grammes de différence de traînée entre 6bar, 7bar et 8bar.  Cependant, avec un pneu 25c, nous constatons des effets significatifs à l'aérodynamique de la roue avec une pression changeante, car la croissance des pneus sur ces pressions ne fait pas de 102% de la largeur du pneu à seulement 98% de la largeur du pneu.

Effet de la pression sur Zipp 404 Firecrest avec un pneu de 25 mm Continental GP4000SII 25c
Les 3 pressions sur le pneu de 23 mm ont fait une différence à peu près égale à la marge d'erreur de la soufflerie (soufflerie A2), donc 6BAR, 7BAR ou 8BAR seraient tous à moins de 10 grammes de la ligne bleue.  Cependant, le pneu de 25 mm s'approche du seuil d'efficacité aérodynamique en raison de la largeur gonflée de ce pneu sur une bordure de largeur de perle de 16,5 ° C, et à cette largeur de pneu, votre pression peut faire une différence aérodynamique relativement grande.  
À la lacet inclinée entre 10 et 20 degrés, la différence entre la pression des pneus de 7 et 8 bar (100,5 et 115psi) dans ce cas serait entre 1 et 9 watts.  Lorsque vous considérez qu'une mise à niveau complète des roulements en céramique pour ce même ensemble de roues représente une économie de 0,8 à 1,0 watt, il devient clair que ces différences aérodynamiques liées à la pression des pneus peuvent être faibles, mais sont certainement non nulles!
Recommandations
Pour les configurations où la jante est de 105% de la largeur des pneus mesurée ou plus, les pressions des pneus auront de très petits effets aérodynamiques.  Nos amis à Cyclisme Flo Récemment terminé une étude très détaillée sur des pneus de 23 mm sur l'une de leurs roues par incréments 5PSI (RIM était de 105 à 108% du pneu) et a trouvé une différence de 0,5 à 2,0 watts.  Vous pouvez lire les résultats ICI. Pour leur configuration, la pression optimale s'est avérée être de 95psi pour le pneu 23c sur le bord de 17,5c.
Encore une fois, ce sont de très petits nombres, cependant, en marge de la performance, ils peuvent être essentiels aux performances, et surtout, ces gains sont gratuits pour ceux qui sont prêts à expérimenter.
Nous continuons à recommander de mesurer la largeur de votre pneu et de vous enregistrer soigneusement les pressions de vos pneus pour vous aider à mieux comprendre ces effets.  La réflexion devrait être que les pneus plus larges nécessitent des pressions plus faibles, et si vous violez la règle de 105 pour un événement critique aéro, alors envisagez peut-être de réduire votre pneu ou essayez de voir si une pression légèrement plus faible peut être la solution.
Bonus: usure des pneus et aérodynamique
En prime, nous avons décidé de lancer dans un graphique amusant montrant un nouveau 23C GP4000SII et un qui a vu 1000 miles d'utilisation comme athlète de moins de 175 livres.  L'effet de l'usure des pneus était quelque chose que je remarquais pour la première fois dans la soufflerie il y a 10 ans et plus et je m'intéresse depuis.  Bien que votre usure de pneus variera en fonction des conditions de surface et du poids du cycliste, nous pouvons dire sans équivoque que les pneus avec une usure de bande de roulement du centre visible ou une tache plate sur la couronne du pneu vous coûtent du temps sur le parcours.  
Ceci est logique si vous y pensez, la couronne du pneu portera à plat et à plat, est une forme aérodynamique terrible!  Pour le bien de notre temps et de l'argent de collecte de données limités, nous avons utilisé un pneu arrière d'occasion.  Les pneus avant porteront plus lentement, mais n'oubliez pas que les performances aérodynamiques du pneu se dégraderont lentement chaque fois que vous l'utilisez, donc pour les courses «A», nous recommandons que les pneus seront faibles!