Parte 5: pressione dei pneumatici e aerodinamica

Inizieremo questo post con un rapido aggiornamento sullo stato dell'aerodinamica della ruota moderna.  
Forma del bordo e pneumatici
Nel 1991 Steve Hed e Robert Haug hanno brevettato una forma a bordo che avrebbe continuato a essere conosciuta come la forma "toroidale".  Il bordo toroidale era unico nell'IT non aveva superfici piane, un pozzo di pneumatico profondo per pneumatici tubolari e curvo in modo tale che il bordo e il pneumatico combinati formassero un'ellisse. 

Immagine di Steve Hed Toroidal Rim Brevet #US5061013
In termini semplicistici, questo brevetto copre qualsiasi bordo più ampio del pneumatico e compreso completamente di superfici curve.  Ora il problema con il brevetto era che in realtà rendere questo bordo si è rivelato impossibile con la tecnologia del giorno.  Il bordo HED CX era all'incirca toroidale, ma con un tappo di alluminio sul pneumatico e la pista del freno non poteva rendere la bella curvatura richiesta per la massima aero, e anche a questo, la pista del freno in alluminio angolato era problematica.
Nel 1997, Zipp (che possedeva la metà Haug del brevetto toroidale, ma non aveva mai fatto un bordo di questa forma) brevettava la forma "ibrida toroidale".  Questo brevetto ha preso il concetto di avere il bordo più largo dello pneumatico per controllare il flusso d'aria, ma lo ha abbinato a binari dei freni paralleli per rendere il concetto più fabbricabile. 

Brevetto toroidale ibrido Sargent/Zipp
La regola del 105%
I cerchioni di questa era erano tutti larghi 19-21 mm e i cerchi Zipp e Hed erano in genere larghi 23 mm nel punto più ampio, che era ottimizzato per uno pneumatico da 19-21 mm.  Durante la prima parte del mio mandato a Zipp 1999-2013, ho notato nella galleria del vento che ogni volta che lo pneumatico si avvicinava alla larghezza del cerchione, l'aerodinamica era compromessa e da quella formulata la regola empirica che chiamavamo la regola di 105 (%).  La regola di 105 afferma che il cerchione deve essere almeno del 105% della larghezza del pneumatico se hai qualche possibilità di riconquistare il flusso d'aria dal pneumatico e controllarlo o levigarlo.  

Regola di 105 (%) formulata nel 2001 in base ai primi lavori di tunnel del vento con pneumatici da 21 e 23 mm
Uno degli aspetti più interessanti della Regola di 105 è che prima del 2001, nessuno era test del tunnel con pneumatici da 21 o 23 mm.  La saggezza convenzionale era che tu o garei o corse il triathlon su pneumatici da 18-20 mm e basta.  Tuttavia, ero al Tunnel A&M del Texas con US Postal nel 2001 e Johan Bruyneel stava parlando della straordinaria corsa e impugnatura di questi nuovi pneumatici da 21 mm che hanno ricevuto dallo sponsor della squadra.  Aveva preso la decisione di abbandonare i pneumatici più stretti, anche per il TT poiché i piloti preferivano così questa nuova gomma.  Abbiamo immediatamente esaminato le ruote con pneumatici da 21 mm e abbiamo scoperto che i cerchioni da 21 e 22 mm del tempo non erano abbastanza larghi.  
Questo sarebbe l'inizio di un fantastico gioco di pollo e uova all'interno del settore ciclistico mentre i produttori di ruote hanno realizzato cerchi che hanno funzionato con pneumatici più ampi e produttori di pneumatici e gli atleti continuavano a spingere i limiti usando le gomme ancora più larghe.  Nel 2007 abbiamo faticato a convincere i ciclisti di Paris Roubaix a usare pneumatici da 27 mm quando avevano sempre preferito le gomme "già molto larghe" da 24 mm di Paris Roubaix 2016 Abbiamo avuto ciclisti a Roubaix su pneumatici davanti a 30 mm e da 32 mm con pneumatici da 25 mm usati in TT !
Perché la regola di 105
Questa immagine CFD di Bontrager fa un ottimo lavoro nel mostrare il "perché" della regola 105. Mentre l'industria ciclistica ha sempre apprezzato parlare delle ali di aeromo o bordo finale.  Questa è stata la realizzazione nei primi anni 2000 che ha spinto Zipp, poi Hed, poi Simon Smart/Enve, Bontrager e ora molti altri per ripensare completamente il problema.  Il vero problema/opportunità è come togliere al meglio l'aria sporca dal pneumatico e levigarla con il bordo nella metà anteriore della ruota e come usare il bordo per impartire alcune strutture di flusso che si chiuderanno bene attorno al pneumatico Nella metà posteriore della ruota. 

Immagine da Trek/Bontrager D3 RIM Forma White Paper che mostra un pneumatico da 25 mm
Questa è un'immagine del Libro bianco Trek/Bontrager del 2011, puoi vedere nell'immagine in alto come la separazione (in blu) sia completamente dominata dal pneumatico poiché il bordo è più stretto.  L'immagine "Zipp" ha il bordo e il pneumatico alla stessa larghezza del pneumatico, e il bontrager nella parte inferiore ha il cerchione più largo dello pneumatico e in grado di "riconquistare" il flusso d'aria separato dal pneumatico.  Queste sottili differenze possono rendere molto grandi cambiate in differenze e ancora maggiori differenze nella gestione.  Molti marchi hanno immagini CFD simili a questo sui loro siti, il punto critico è che sottili variazioni nella forma del bordo possono e cambieranno la resistenza aerodinamica e la maneggevolezza, ma nulla di tutto ciò non è possibile a meno che il bordo non sia almeno il 105% del pneumatico larghezza.
Il collegamento alla dimensione e alla pressione del pneumatico
Quindi ora che capiamo come siamo arrivati ​​ora su questo argomento, rivisitiamo i nostri pneumatici e cerchi misurati dalla parte 1.

Larghezze misurate effettive di pneumatici su vari cerchi di larghezza del tallone
Il legame tra pressione e aero inizia a diventare più chiaro mentre guardi il grafico sopra.  Tra 87 e 115psi la maggior parte di questi pneumatici crescerà di quasi 1 mm di larghezza.  In termini aerodinamici rigorosi, questa larghezza aggiunta ha un costo di circa 1 watt per 2 mm di pneumatico a bassi angoli di imbardata.  Tuttavia, la grande penalità può arrivare ad angoli di imbardata moderati mentre le gomme si avvicinano alla larghezza del bordo.
Per prima cosa diamo un'occhiata a uno Zipp 404 Firecrest, un bordo con larghezza esterna di 26,5 mm e larghezza del tallone da 16,5 mm.  Con uno pneumatico 23C, vediamo meno di 10 grammi di differenza di resistenza tra 6bar, 7bar e 8bar.  Tuttavia, con un pneumatico da 25C, vediamo alcuni effetti significativi sull'aerodinamica della ruota con il cambiamento della pressione poiché la crescita dei pneumatici rispetto a tali pressioni richiede che RIM è il 102% della larghezza dei pneumatici a solo il 98% della larghezza dei pneumatici.

Effetto della pressione su Zipp 404 Firerest con pneumatico Continental GP4000SII da 25 mm
Tutte e 3 le pressioni sul pneumatico da 23 mm hanno fatto una differenza all'incirca al margine di errore della galleria del vento (galleria del vento A2), quindi 6bar, 7bar o 8bar sarebbero tutti entro 10 grammi dalla linea blu.  Tuttavia, il pneumatico da 25 mm si sta avvicinando alla soglia dell'efficienza aerodinamica dovuta alla larghezza gonfiata di quel pneumatico su un bordo di larghezza del tallone da 16,5 ° C e a questa larghezza del pneumatico, la pressione può fare una differenza aerodinamica relativamente grande.  
A imbarcarsi tra 10 e 20 gradi, la differenza tra la pressione dei pneumatici da 7 e 8 bar (100,5 e 115 psi) in questo caso sarebbe compresa tra 1 e 9 watt.  Se si considera che un aggiornamento completo del cuscinetto in ceramica per questo stesso set di ruote rappresenta un risparmio di 0,8-1,0 watt, diventa chiaro che queste differenze aerodinamiche relative alla pressione dei pneumatici possono essere piccole, ma sono sicuramente diverse da zero!
Raccomandazioni
Per le configurazioni in cui il bordo è del 105% della larghezza misurata dei pneumatici o superiore, le pressioni dei pneumatici avranno effetti aerodinamici molto piccoli.  I nostri amici a Flo ciclismo Recentemente ha completato uno studio molto dettagliato su pneumatici da 23 mm su una delle loro ruote con incrementi di 5 psi (il RIM era il 105-108% di pneumatici) e ha riscontrato una differenza di 0,5-2,0 watt.  Puoi leggere i risultati QUI. Per la loro configurazione, la pressione ottimale si è rivelata essere 95psi per il pneumatico 23C sul bordo da 17,5 ° C.
Ancora una volta, questi sono numeri molto piccoli, tuttavia, ai margini delle prestazioni, possono essere fondamentali per le prestazioni e, soprattutto, questi guadagni sono gratuiti per coloro che sono disposti a sperimentare.
Continuiamo a raccomandare di misurare la larghezza dei pneumatici e di registrare attentamente le pressioni dei pneumatici per aiutarti a comprendere meglio questi effetti.  Il pensiero dovrebbe essere che le gomme più ampie richiedono pressioni più basse e se stai violando la regola 105 per un evento aerodinamico, allora forse considera di ridimensionare la gomma o provare a vedere se una pressione leggermente inferiore può essere la soluzione.
Bonus: usura dei pneumatici e aerodinamica
Come bonus aggiuntivo abbiamo deciso di gettare in un grafico divertente che mostra un nuovo GP4000SII 23C e uno che ha visto 1000 miglia di utilizzo come atleta posteriore con meno di 175 libbre.  L'effetto dell'usura dei pneumatici è stato qualcosa che ho notato per la prima volta nella galleria del vento 10+ anni fa e da allora sono stato interessato.  Mentre l'usura dei pneumatici varierà in base alle condizioni di superficie e al peso del pilota, possiamo inequivocabilmente dire che gli pneumatici con usura del battistrada centrale visibile o spotting piatto sulla corona dello pneumatico ti costano di tempo sul percorso.  
Questo è logico se ci pensate, la corona dello pneumatico indosserà piatto e piatto, è una terribile forma aerodinamica!  Per il bene del nostro tempo e denaro limitato di raccolta dei dati, abbiamo usato una gomma posteriore usata.  I pneumatici anteriori si indossano più lentamente, ma ricorda, le prestazioni aerodinamiche del pneumatico saranno lentamente degradate ogni volta che lo usi, quindi per le gare "A" consigliamo che i pneumatici saranno a basso chilometraggio!