Wielvelgen worden dikker, wat niet intuïtief lijkt om ze sneller te maken, dus wat is er aan de hand?
Logica suggereert dat als je iets snel door de lucht wilt laten snijden, je het dun en scherp moet maken - zoals Concorde. Het had de vorm van een pijl terwijl andere passagiersvliegtuigen bolvormig waren, en als gevolg daarvan kon het de Atlantische Oceaan in minder dan drie uur oversteken. De eerste generaties aero-wielen met diepe secties werden vrijwel hetzelfde gedacht: dunne, diepe V-secties liepen taps toe naar een scherpe rand, wat de indruk wekte met maximale efficiëntie door de lucht te snijden. Het was intuïtief logisch, maar de tijden zijn veranderd.
Het snijvlak van wielontwerp is nu, nou ja, minder snijdend en botter. De randen zijn verzacht en de velgen zijn breder geworden in de mate dat ons nu wordt verteld dat dikke, afgeronde velgprofielen de beste wind-cheating vorm zijn voor allround prestaties. Dus wat is er gebeurd?
Hed wind
De oorspronkelijke voorstander van de bredere velgvorm was Hed Wheels, met zijn oprichter, wijlen Steve Hed, die in de jaren tachtig veel van het denken aanstuurde. Toen Hed zijn mollige, breed geprofileerde Ardennes-wielset van aluminium lanceerde in het midden van de jaren 2000, en aanbeveelde om deze te combineren met 25 mm-banden in plaats van de alomtegenwoordige 23 mm, spraken velen hun ongeloof uit dat dit een snellere set-up zou kunnen zijn. De technische details waren destijds summier. Het leek alsof Hed op zoek was naar een betere bandstabiliteit voor meer controle in de bochten en om de kans op beknelde banden op ruw terrein te verkleinen, maar het eerste onderzoek in de jaren 80 had ook aangetoond dat bredere velgen aerodynamisch sneller konden zijn. Toen het Hed-octrooi in 2009 afliep, werd de deur geopend voor een golf van innovatie.
Michael Hall, directeur geavanceerde ontwikkeling bij wielfabrikant Zipp, zegt: 'Jarenlang jaagde de industrie op algehele luchtweerstandsefficiëntie [de snelste resultaten in windtunneltests], zonder er rekening mee te houden hoe goed die componenten presteerden op sub- optimale, echte dagen. In de echte wereld hebben rijders te maken met alles wat hun omgeving hen te bieden heeft. Voor onze Firecrest-wielen, gelanceerd in 2010, hebben we onze focus verlegd en de resulterende producten probeerden stabieler en voorspelbaarder te zijn in elke windrichting dan die van onze vorige generaties.'
Kevin Quan, technisch directeur bij Knight Composites, gaat in meer detail: "De manier waarop we ontwerpen is vanaf de achterrand, dat wil zeggen de achterste helft van het wiel." Dat klinkt misschien contra-intuïtief, aangezien het de band en de leidende rand van de velg die het eerst in aanraking komt met de wind, maar Quan zegt: 'Ons onderzoek toont aan dat wanneer de wind een band raakt onder een gierhoek [elke hoek anders dan rechtdoor] deze zal losraken [de soepele stroom over de velg verliezen], dus de aerodynamische vorm aan de voorkant van de velg doet niet veel – hij staat bijna altijd stil.” Met andere woorden, het heeft geen zin om prioriteit te geven aan een aerodynamische vorm aan de voorkant.
Aero-voordelen
Om te begrijpen hoe een bredere velg de aerodynamica kan verbeteren in plaats van de weerstand te vergroten, moeten we rekening houden met het feit dat de lucht waarin we rijden zich niet op een consistente manier gedraagt. Zelfs op een rustige dag is de lucht een kolkende, complexe puinhoop. Wat de aerodynamische wetenschap is gaan beseffen, is dat optimale vloeistofdynamica - de manier waarop lucht interageert met de vormen en oppervlaktestructuren waarmee het in contact komt - neerkomt op het verminderen van wrijving.
Als het op luchtstroom aankomt, zijn er drie brede categorieën. De eerste categorie is de ‘laminaire’ luchtstroom. Dit is de meest wenselijke toestand voor lage wrijvingsverliezen en verwijst naar de lucht die in vloeiende, rechte of gebogen lijnen beweegt. Wanneer het een bewegend object tegenkomt, scheidt de laminaire luchtstroom zich, glijdt rond het object en hervat zijn stroom aan de andere kant met minimale poespas.
De tweede toestand is 'turbulentie'. Zoals de naam al doet vermoeden, verwijst het naar verwarde lucht die verre van soepel stroomt, hoewel het elementen van zowel 'laminaire' als 'vastgelopen' lucht in zich kan hebben. De redenen voor de turbulentie kunnen veel zijn: misschien is het een winderige dag, of volg je een andere rijder op de voet, of komen er auto's en vrachtwagens voorbij. Deze suboptimale omstandigheden worden soms 'vuile' lucht genoemd en het is de meest voorkomende toestand waarin we rijden.
De derde voorwaarde is 'vastgelopen'. Dit is wanneer de lucht niet meer stroomt, maar tegelijkertijd in verschillende richtingen wervelt. Deze toestand veroorzaakt de meeste wrijving en heeft als zodanig het grootste effect op het vertragen van een rijder.
Wat dit allemaal betekent, is dat hoewel het geweldig is om een wiel- en bandcombinatie te hebben die goed werkt in laminaire stroming, als je frontaal in een windtunnel komt, wat van groter voordeel is in realistische scenario's zijn wielen en banden die goed werken in turbulente lucht. De meest succesvolle moderne ontwerpen zijn eigenlijk bedoeld om turbulente lucht aan te nemen en de weerstand te verminderen - om de vuile lucht op te ruimen. Dit is een van de redenen waarom dunne, scherpe velgen worden vervangen door bredere, rondere velgen - de nieuwe ontwerpen zijn gewoon sneller in het snijden door de rommelige lucht die rijders tegenkomen tijdens de meeste echte ritten. Maar er is nog een andere belangrijke reden waarom velgen breder worden, namelijk de rolweerstand.
Contact sport
De verschuiving naar bredere velgen is deels het resultaat van een gelijktijdige overstap naar bredere banden. Waar 23 mm-banden de norm waren, kiezen meer rijders en fabrikanten in plaats daarvan voor 25 mm en soms zelfs breder.
'Continental's onderzoek toont aan dat een 25c-band 10-15% minder rolweerstand heeft dan een 23c-band', zegt Quan. ‘Continental toonde aan dat als je een grotere band hebt, het contactvlak in plaats van langer te worden, korter maar breder wordt, zodat het werkelijke oppervlak op de weg hetzelfde blijft bij dezelfde druk.’
Dit wordt ondersteund door de bevindingen van bandenfabrikant Schwalbe. Productmanager Marcus Hachmeyer zegt: 'Als je banden vergelijkt met verschillende breedtes maar identieke specificaties - zelfde compound, profiel en bandenspanning - in termen van rolweerstand is breder sneller. Als je je voorstelt dat je fiets en berijder op een glasplaat geparkeerd staan en dat je van onderaf omhoog kijkt naar de plek waar de band het glas raakt, dan zie je twee duidelijk verschillende vormen. Op een smalle band zou de vorm lang en dun zijn, een ovaal. Op een bredere band zou dat contactvlak korter en dikker zijn, meer een cirkel, en op die manier worden op elk moment minder van de draden gebruikt die de zijwand vormen en helpen bij het creëren van rolweerstand, en is er minder wrijving.'
Dat is allemaal goed, maar waarom passen we niet gewoon bredere banden op smalle velgen? Wanneer de velg smal is, vormt de band een 'gloeilamp'-vorm wanneer deze in profiel wordt bekeken - geknepen waar hij in de velg haakt en bolvormig weg van de velg. Met een bredere interne velg vormt de band meer een omgekeerde 'U'-vorm, wat helpt om een ronder contactvlak met de weg te creëren en dus minder rolweerstand.
De interne breedte van wielvelgen - de afstand tussen de twee haakvormige flenzen die de hiel van de band plaatsen - was tot voor kort ongeveer 14 mm. Bij de eerste oogst van bredere velgen groeide die ruimte tot meer als 16 mm, en nu nemen fabrikanten ze weer breder. Bontragers nieuwste Aeolus TLR D3-reeks, die eerder dit jaar werd gelanceerd, breidde die breedte uit ten opzichte van zijn vorige D3 op 17.5 mm tot een enorme 19,5 mm, een aanzienlijke procentuele toename. Een waarschuwing komt echter van Michel Lethenet van wielenfabrikant Mavic. 'Beide elementen [band en velg] moeten idealiter zo worden ontworpen dat ze perfect bij elkaar passen om het systeem te verbeteren. Zo niet, dan heeft het met de toenemende traagheid, het roterende gewicht en de luchtweerstand geen zin om gewoon een bredere band te gebruiken. Bovendien is er het veiligheidsaspect om over na te denken als u het tegenovergestelde scenario in overweging neemt: een smalle band die wordt gebruikt op een te brede velg. Dit kan een groot risico hebben dat de band niet goed zit en mogelijk afblaast.'
Veiligheid met zoiets essentieels als banden staat voorop, en Quan voegt eraan toe: 'Momenteel 17-18 mm [interne velgbedbreedte], lijkt prima, maar breder, zeg tot 20 mm, en we beginnen aan onbekend terrein. Op dit moment hebben we geen nadelige effecten gezien, maar het is nog niet echt gezien in de mainstream.’
Handle's Messiah
Om te bewijzen dat wielen misschien wel de meest complexe problemen zijn die ingenieurs moeten aanpakken, is er nog een belangrijke overweging in de ontwerpopdracht: handling.
'Het is een enorm belangrijke factor', zegt Simon Smart, technisch directeur van Smart Aero Technology en ontwerper van het aero-wielsysteem van Enve Composites (Enve SES). 'Als we zeven jaar teruggaan, zouden atleten naar de windtunnel komen en zouden we de snelste wielset voor hen identificeren. Maar we ontdekten dat de wielen in de echte wereld vaak langzamer waren. Dit was niet omdat de windtunnel verkeerd was, het was gewoon omdat de renners tijdens het racen geen rechte lijn konden houden omdat de wielen niet stabiel waren.'
Een deel van snel gaan is in staat zijn om de controle te behouden, dus als een wiel niet stabiel is bij zijwind of turbulente lucht, is het resultaat verlies van vertrouwen om snel te gaan en de prestaties lijden onvermijdelijk. 'Voor mij was rijstabiliteit het belangrijkste dat ontbrak aan wielprestaties, en ik wist dat als we een stabieler voorwiel konden ontwikkelen, zelfs als het iets langzamer zou blijken in de windtunnel, ik wist dat het sneller zou zijn in de echte wereld’, zegt Slim.‘Daarom ben ik samen met Enve het ontwikkelingsprogramma gestart, waarbij handling prioriteit nummer één is.’
Dit alles wijst erop dat het wiel en de band moeten samenwerken als een compleet pakket voor een optimale oplossing, niet alleen in aerodynamica, maar ook in stabiliteit bij snelheid, voorspelbaar rijgedrag en lagere rolweerstand. Zullen we in het licht hiervan zien dat wielfabrikanten in de toekomst nauwer gaan samenwerken met bandenfabrikanten?
In het geval van Bontrager zijn ze al één en dezelfde. Ray Hanstein, Bontragers wielproductmanager, zegt: 'Onze wiel- en bandeningenieurs worden als hetzelfde beschouwd. Wielen en banden zijn zo met elkaar verweven dat je het ene niet naar zijn potentieel kunt ontwikkelen zonder een goed begrip van het andere. Deze jongens werken in dezelfde kamer, rijden samen, lunchen samen.' Het is een soortgelijk verhaal bij Mavic en Zipp, die zowel hun eigen banden als wielen maken, en dus precies op elkaar afgestemde producten kunnen maken. De grote vraag die nog moet worden beantwoord, is: hebben we het hoogtepunt bereikt? Smart zegt: 'Het ontwerpen van velgen is een hele uitdaging, maar wel spannend. In de afgelopen vijf jaar zijn frameontwerpen behoorlijk veranderd, en het is dingen zoals het toestaan van bredere banden die ons de vrijheid hebben gegeven om nog bredere velgen te verkennen. Zoals met de meeste dingen, is er een punt van afnemende meeropbrengsten, maar ik denk niet dat we nog geen hoogtepunt hebben bereikt.'
Uiteindelijk zijn bredere banden en dienovereenkomstig brede wielprofielen de weg die de industrie inslaat, en de juiste keuze voor rijders als je maximale winst wilt in het soort omstandigheden dat we allemaal van dag tot dag ervaren, met voorspelbare handling om op te starten. De wetenschap ondersteunt het, dus het is misschien tijd om het smalle zicht te verwerpen en wijd te gaan.
