Moderna cyklar är designade för att fungera bäst vid specifika vindvinklar, men hur vet tillverkarna var vinden kommer ifrån?
Aero-ramar och -hjul är designade för att optimera h alten på din cykel genom luften. Problemet är att luften inte vet det. Den ändrar sig hela tiden i hastighet och riktning i förhållande till dig på din cykel, vilket innebär att en viktig faktor för aerodynamiken sällan är stabil särskilt länge – girvinkeln.
Ändå säger tillverkare att de har optimerat sina produkter för specifika intervall av girvinklar, och vissa hävdar till och med att de har skapat rör- och fälgformer som fungerar som segel och driver cykeln framåt när vinden träffar den från rätt vinkel. Men med hastigheten och riktningen för både vind och ryttare är oändligt variabel, hur kan det finnas en "optimal" girvinkel, och ännu viktigare, vad är det?
Låt oss först förstå yaw. Föreställ dig att du knyter en sidentråd till din sadelstolpe och sedan tar du en virtuell tur rakt norrut. Förutsatt att det är en helt lugn dag utan vind kommer tråden att löpa rakt ut bakom dig och peka rakt söderut, i linje med ditt bakhjul.
Men tänk dig att vädret växlar plötsligt och en vind drar in från väst. Denna nya kraft kommer att verka på sidentråden, trycka den österut och öppna en vinkel mellan tråden och bakhjulets södervända linje.
Detta är girvinkeln. Det är resultatet av att kraften från den naturliga vinden kombineras med kraften från motvinden som du skapar för dig själv genom att åka framåt.
Minska vinklarna
Av detta kan du nu se att även om vinden kommer mot dig i rät vinkel, är tanken på en ren sidvind bara varmluft.
Din framåtgående rörelse kommer alltid att skapa ett drag och den kraften kommer, i större eller mindre utsträckning beroende på hastigheten du färdas, motverka vindriktningen, pressa tråden och effektivt stänga girvinkeln från den hypotetiska rät vinkel mot något betydligt mindre.
Det är därför proffsteam aldrig behöver åka sida vid sida för att skydda varandra när sidovinden är stark. Istället bildar de en diagonal echelon för skydd.
Självklart förändras vinden, din hastighet och den relativa riktningen av den ena till den andra hela tiden under en åktur. Till exempel, några miles på vägen i din hypotetiska åktur, kunde västvinden plötsligt piska upp och trycka ännu längre österut för att öppna girvinkeln bredare.
Men det är inte allt. Föreställ dig att du börjar nerför en brant nedförsbacke, där din ökade hastighet också ökar den effektiva motvinden du skapar för dig själv. Denna nu starkare kraft trycker tillbaka tråden närmare bakhjulets sydliga linje och gör girvinkeln mindre. Så hastighet påverkar också girvinkeln: gå snabbare och girvinkeln blir mindre.
Så nu är vår fiktiva åktur över, men den lämnar fortfarande frågan om stormstyrka: eftersom hastigheten och riktningen för förare och vindarna de möter är oändligt varierande, hur kan tillverkarna säga hur mycket girvinklar de har v alts för att optimera aeroformen på sina ramar och hjul är den rätta? Det är dags att skjuta brisen med experterna.
Arbeta med vinklarna
'Vi har ägnat mycket tid åt att testa olika idrottare – från den vanliga ryttaren till proffsen – i olika grenar och det är intressant hur varierat utbudet är, säger Chris Yu, ledare för Specializeds grupp för tillämpad teknik.
‘Om du tittar på en WorldTour-sprinter som kommer av ett hjul under de sista 200 m av ett lopp, är den effektiva girningen utomordentligt låg – nära 0°. Det beror på att de går riktigt fort, mer än 60 km/h, och att raksträckor som avslutas är vanligtvis väl skyddade av barriärer och folkmassor, som tjänar till att blockera all sidvind.
'Å andra sidan, om du åker till Kona Ironman World Championships, rider de uppför hawaiiska kusten, med vinden som blåser in över vattnet, så för en åldersgrupperare på Kona träffar de effektiva girvinklarna upp till 15°-intervallet om det blåser. Proffsen kommer att gå lite snabbare, så de kommer att se girvinklar på upp till 10° eller så – kanske låga tonåringar, säger Yu.
På väg
De siffrorna är inte bara gissningar, de är resultatet av att man har monterat instrument på riktiga cyklar och fått riktiga cyklister att göra det de är bäst på – åka på vägarna.
Treks Mio Suzuki säger: 'Vi monterar en trycksond på en cykel, som sticker ut långt för att undvika "smutsig" luft från cykeln eller föraren. Vi har provtagit luft runt vårt huvudkontor i Wisconsin och teamet har också åkt till Arizona och Kona för Ironman.’
Dessa datainsamlingsinsatser gör det möjligt för tillverkare att beräkna sannolikheten för att en cyklist ska stöta på specifika girvinklar, vilket sedan informerar designprocessen genom att använda mjukvara för beräkning av vätskedynamik och vindtunneltester.
‘Vi försöker begränsa det genom experiment och mätning. För denna rimliga girvinkel är intervallet mellan 5° och 15°, säger Leonard Wong, aerodynamiker på Giant.
Suzuki berättar en liknande historia: "I den verkliga världen är 2,5° till 12,5° de vanligaste girvinklarna som ryttare möter."
Yu at Specialized tillägger: "För en genomsnittlig cyklist, om du inte cyklar i extremt blåsiga förhållanden, är de typiska vinklarna mindre än 10°."
Denna lilla skillnad i resultat är anledningen till att en aerocykel inte ser identisk ut med en annan. Specialized designade Venge ViAS baserat på sin vision om det perfekta intervallet för girning, medan Trek designade Madone för att passa en annan serie.
Så det verkar som att om du är Peter Sagan, som kör pelotonen i 50 km/h, vill du ha en cykel som är optimerad för att hantera girvinklar på runt 3°-7°, medan vi andra vill ha en cykel designad för att hantera girar på upp till 10°-12°.
Prestandavinster
Och hur är det med den här idén att vissa konstruktioner kan utnyttja sidovindar för att generera dragkraft framåt, som en yacht som slår mot vinden? Jason Fowler på Zipp Wheels är kategorisk: "Vi tror inte det", säger han.
Xavier Disley, vars AeroCoach-konsultföretag mäter spåraerodynamik för WorldTour-team och tillverkare, är lika avvisande: När folk har hittat dragkraft tidigare, tenderar det att vara genom komponenter som skivhjul. Men som en del av hela systemet med cykel och ryttare skulle alla effekter vara små.’
Max Glaskin's Cycling Science är ute nu i pocket. Han täcker alla vinklar på Twitter som @cyclingscience1
