Madone har vært dedikert til fart siden starten. Men etter som både sykler og sykkelritt blir raskere, kreves det bedre teknologi enn noen gang for å ligge i forkant av feltet.

Siden den første Madone ble lansert i 2003, har gjennomsnittshastigheten til proffsyklistene som deltar i vårklassikerne økt med rundt 1,5 km/t. Det betyr at en syklist for tjue år siden må øke kraften med mer enn 35 watt for å kjøre med dagens hastigheter, forutsatt at utstyret deres ikke har utviklet seg for å gjøre dem raskere. Ved disse hastighetene er aerodynamisk luftmotstand ansvarlig for nesten 90 % av motstandskraften, så forbedring av aerodynamikken er viktig for alle som ønsker å vinne.

Den helt nye Madone er det neste steget av hva en konkurransesykkel kan være. Les videre for å lære mer om aerodynamikken bak vår raskeste landeveissykkel noensinne.

IsoFlow, totalt trykk, og rammens luftmotstand

Den mest åpenbare endringen i nye Madone er den splitter nye IsoFlow-funksjonen, som forbedrer aerodynamikk, vekt og syklistens komfort. Men hvordan reduserer det luftmotstand?

IsoFlow ble først laget ved å identifisere områder med høyere luftmotstand på sjette generasjon Madone og så studere luftstrømmen på disse stedene. Vi gjør dette i de tidlige stadiene av designet ved å bruke en luftstrømsimulerende programvare som kalles computational fluid dynamics (CFD).

Vi er ofte ikke så opptatt av å designe mindre komponenter som flaskestativ og eiker på dette tidspunktet i designprosessen. I stedet fokuserer vi på å øke simuleringshastigheten for å fornye gjennom flere design. Resultatet er en simulering som relativt nøyaktig modellerer bevegelsen til hoved-luftstrømmen og kan løses i løpet av noen timer, i stedet for dager, ved hjelp av våre datamaskiner. Den eneste tingen vi aldri utelater er syklisten (selv om vi noen ganger skjuler dem for visualisering), som vi inkluderer i CFD enten med dynamiske pedaltråkk eller modellering av en rekke benposisjoner gjennom hele tråkkbevegelsen. Vi simulerer tusenvis av forhold og prototyper i CFD for raskt å kunne studere flere design enn det noen gang ville vært mulig i vindtunnel eller ved testing under sykling.

Nedenfor er en illustrasjon av CFD i en tidlig fase på forrige generasjon Madone sammenlignet med en IsoFlow konseptsykkel. Her visualiserer vi områder med stor luftmotstand som «skyer» der rødt representerer størst motstand. I dette tilfellet er syklisten skjult for å bedre la oss se hva luftstrømmen gjør på rammen. Denne illustrasjonen viser tydelig hvordan områder med stor luftmotstand blir ryddet opp ved å inkludere nye IsoFlow.

Mens de røde skyene er et anslag for luftmotstand, representerer de egentlig «totalt trykk.» Uten å dykke for dypt inn i aerodynamiske konsepter, kan du tenke på totalt trykk som et mål på energi i luftstrømmen. Vi ønsker å unngå områder med lavt totalt trykk (eller lav energi) fordi de forårsaker luftmotstand. Avhengig av hvor spennende fysikklæreren din var, husker du kanskje at du lærte om bevaring av energi. Det gjelder her også – hvis energi fjernes fra luftstrømmen, så kommer den fra et sted. I dette tilfellet, så er «et sted» beina dine!

I det nye designet til Madone SLR er IsoFlow i stand til å øke energien til luftstrømmen rundt og gjennom setestagklyngen ved å gi en klar bane for luftstrøm. Dette forbedrer den tradisjonelle designen der luft må presses rundt seterøret og setestagene, noe som får den til å samhandle med de bevegelige bena og i sin tur øke luftmotstanden.

IsoFlow og syklistens luftmotstand

IsoFlow gjør mer enn å redusere luftmotstand på rammen. Den raskt bevegelige luften som beveger seg gjennom IsoFlow bidrar til å tilføre energi til området der det genereres mest luftmotstand – bak og under syklisten. Mens du tråkker, dannes det mot-roterende virvler der luft prøver å klare alle vendingene den trenger for å bevege seg rundt ryggen og bena dine. Denne effekten er dokumentert i noen anerkjente universitetsstudier, og vi kan også se den i vår CFD. I animasjonen nedenfor er de mot-roterende virvlene farget av størrelsen og retningen på rotasjonen for å skille mellom de to.

Det meste av motstanden på sykkel-syklist-systemet kommer fra syklisten, og mye av det stammer fra nettopp denne effekten. IsoFlow hjelper til med å lede luft inn i dette lavtrykksområdet og reduserer luftmotstanden syklisten skaper. Denne effekten er liten, men enhver liten endring i den enorme mengden luftmotstand en sykkelrytter genererer kan ofte være mer virkningsfull enn reduksjoner i rammemotstand. Animasjonen nedenfor viser ryttervirvlene igjen, men denne gangen farget av totalt trykk og fremhever strømlinjene gjennom IsoFlow som beveger seg opp for å tilføre energi til rytterens kjølvann.

Effektene av å tråkke og «skitten luft» kan studeres grundigere i vindtunnelen, som er der vi tar med prototypene våre etter at våre mest lovende konsepter dukker opp fra Computational Fluid Dynamics. Vindtunnelene vi bruker stoles på av ledende luftfartsselskaper for deres design og forskning for deres evne til å måle selv små endringer i luftmotstand og kan skryte av høykvalitets luftstrøm.

Akkurat som med CFD, tester vi alltid aerodynamikk med en sykkelrytter på sykkelen. Tross alt – sykler kan ikke sykle av seg selv. Og syklisten har en enorm innvirkning på de aerodynamiske egenskapene til en ramme. Men inkludering av en syklist byr på et problem. Vi endrer ofte overflater med bare millimeter mellom designene, så resultatene i vindtunnelen må være svært repeterbare for å oppdage luftmotstandsforskjeller fra modell til modell. Selv de mest erfarne profesjonelle syklistene er ikke i stand til å gjenta bevegelsene sine så nøyaktig at vi kan isolere en subtil effekt fra en enkelt mindre designendring. Så, hva gjør vi?

Si hei til den syklende utstillingsdukken Manny.

Manny kombinerer fordelene ved å teste med en syklist (inkludert realistisk aerodynamikk og evnen til å studere effekter av turbulens generert av kroppen og ved å tråkke) samtidig som man unngår ulempene til et menneske som ikke kan opprettholde perfekt posisjon (og som kan klage etter en lang dag med vindtunneltesting). Med Manny kan vi studere designendringer med en repeterbarhet på omtrent ±1 Watt ved 45 km/t. Vi utfører fortsatt vindtunneltester med aktive syklister for å verifisere resultatene våre og studere utstyrets innvirkning på spesifikke Trek-Segafredo-syklister, men Manny er der magien begynner.

Disse dataene viser at luftmotstandsforbedringene estimert i CFD ble validert i vindtunnelen. Med bare et sykkelskifte fra forrige generasjon til den nye syvende generasjonen Madone, synker luftmotstanden dramatisk når syklisten går inn i selv mindre sidevindforhold. I dette scenariet sitter syklisten i nøyaktig samme stilling når man sammenligner forrige generasjon med den nye sykkelen.

Men hvis syklisten bruker den nye Madone-styre/stem-kombinasjonen og beholder den samme styrebredden fra de tidligere generasjonene, flyttes girhendlene 3 cm innover. Den resulterende aerodynamiske sittestillingen har en ekstra luftmotstandsreduksjon ved nesten alle vinkler, spesielt lav sidevind.

Hvis syklisten ønsker å gi avkall på en smalere armposisjon, kan man enten gå opp i størrelse på den nye Madone styre/stem-kombinasjonen eller bruke en annen styreløsning. De vil fremdeles se forbedringene til sykkelen, men ikke den nye sittestillingen.

Hva betyr dette for syklistene?

For en enklere måte å sammenligne sykler på, kan vi snitte luftmotstanden på tvers av alle girvinkler for å få ett luftmotstandsnummer for hver sykkel. Imidlertid er et rett gjennomsnitt ikke representativt for den virkelige verden, fordi du ikke møter hver girvinkel like lenge. I stedet må vi bruke et vektet gjennomsnitt som tar hensyn til hvor ofte du ser hver vinkel eller sidevindforhold.

For å gjøre dette, beregnet vi den teoretiske prosentandelen av tiden en syklist vil bruke ved hver vinkel på tvers av mange turer og vindforhold ved å bruke Rayleigh-vindfordelingen som tilnærmer seg normale vindforhold på jorden. Vi validerte deretter disse beregningene med data vi samlet inn under virkelige turer med en vindsensor på sykkelen. De vanligste forholdene er lav sidevind – eller lav girvinkel – (0° er det vanligste). Ingen enkelt sykkeltur vil matche nøyaktig denne fordelingen, men jo lenger du sykler, jo nærmere kommer du den over tid.

Til slutt, for å gjøre dataene mer meningsfylte, konverteres den vektede luftmotstanden til kraftbesparelser og tidsbesparelser fra den nye sykkelen. For eksempel, så kombineres endringene på sykkel og sittestilling til en 60 sekunders tidsbesparelse over en time for en syklist som sykler med samme innsats i forhold til forrige generasjon Madone.

Madone ble designet med vårt profesjonelle sykkelteam i tankene, men alle syklister kan dra nytte av disse aerodynamiske fordelene. Tidsbesparelsen syklisten vil se er ikke så følsom for kjørehastighet som du kanskje tror, ​siden du ved lavere hastigheter har mer tid til å dra nytte av den aerodynamiske fordelen.

Og for de profesjonelle syklistene som må kjempe med stadig økende konkurransehastigheter, er den nye Madone et viktig tillegg til utvalget av aerodynamiske fremskritt som de har til rådighet. Med disse vindtunnelresultatene, ved dagens gjennomsnittlige vårklassiker-hastigheter, kan den nye Madone SLR og dens aero-styreposisjon hjelpe en syklist som bytter fra den gamle Madone til å øke hastigheten ytterligere 0,7 km/t. Det er nesten halvparten av den totale økningen i konkurransefart siden den originale Madone i 2003, og en sann utvikling innen aerodynamikk.

Om forfatteren

John Davis er Aerodynamics Lead hos Trek Bicycle Han har en bachelor innen Mechanical and Aerospace Engineering fra Princeton University, og en master innen Aerospace Engineering fra Georgia Tech.