BDC Mag

Già nel 2012 avevamo provato a fare chiarezza riguardo un aspetto sempre più al centro dell’attenzione nel mondo ciclistico, ovvero l’aerodinamica. L’aerodinamica è un argomento complesso, che richiede conoscenze a volte non banali di fisica per essere compreso, e qualche volta è controintuitivo (come i cerchi larghi per fare un esempio ciclistico). Negli ultimi 4 anni le cose non sono molto cambiate, nel senso che le aziende continuano a proporre prodotti orientati ad un’ottimizzazione aerodinamica, mentre il consumatore medio continua a percepirli come soluzioni create solo per diversificare il mercato e proporre (e quindi vendere) qualcosa di nuovo ad ogni costo.

Abbiamo cercato quindi di fare ulteriore chiarezza ponendo qualche domanda a chi di aerodinamica se ne intende. Nello specifico Jean-Paul Ballard, svizzero, che è stato per 14 anni capo ingegnere aerodinamica al team BMW-Sauber di F1, prima di aprire uno studio di consulenza per terzi col nome di Swissside. Assieme ad un collega hanno poi cominciato a proporre prodotti sviluppati da loro. In campo ciclistico per ora hanno lavorato alla progettazione di nuovi prodotti per Cube e DTSwiss.

Bdc-Mag: Jean-Paul, quanto è importante l’aerodinamica in bici?

JPBallard:  Classicamente, il pubblico dei ciclisti pensa che il parametro più importante sia il peso. Basti pensare che per il record dell’ora di Merckx gli fu approntata una bici il più leggera possibile, quando in una prova del genere il peso è completamente ininfluente. Il parametro più importante in un percorso di non sola salita è l’aerodinamica, non il peso e non la resistenza la rotolamento. Tanto per dare delle cifre: su un percorso vallonato a 35kmh di media il 69% delle resistenze sono aerodinamiche, il 16% sono legate al peso, il 15% alla resistenza al rotolamento. Dai 15kmh di velocità la resistenza aerodinamica è la maggior resistenza da vincere.

Abbiamo fatto anche una simulazione al computer con un software sviluppato per utilizzi in F1, quindi con una richiesta di potenza di calcolo importante, ed i dati per una corsa con grande dislivello come l’AlpenBrevet Svizzero, di 276km e 7031 metri di dislivello positivo. Con un corridore di 80kg, 8kg di bici, ed una potenza media di 200W abbiamo simulato il tempo di percorrenza con due set differenti di ruote, uno aerodinamico a medio-alto profilo da 1700gr ed uno a basso profilo da 1200gr. Per la discesa abbiamo applicato un protocollo di simulazione apposito per mediare i dati. I risultati sono stati di un tempo di 12h49’ con il set leggero; e di 12h45′ per il set aerodinamico. Il parametro principale è dato dalla pendenza media del percorso totale. Quindi è ovvio che maggiore sia la pendenza media maggiore sia il beneficio di ruote leggere. Se si tratta di fare cronoscalate è chiaro che il peso diventa il parametro fondamentale da curare.

Bdc-Mag: Una delle critiche sollevate più di frequente nella valutazione del presunto guadagno dato dalla componentistica ottimizzata aerodinamicamente è che il ciclista rappresenta l’elemento con l’impatto maggiore nel complesso del sistema bici-ciclista, quindi i guadagni dati da telai e componenti sarebbero marginale.

JPBallard: Certo. Mediamente il 75% del drag dipende dal corpo ciclista, l’8% dalle ruote, l’8% telaio, e circa il 10% dal resto. Però considerando questo si dimentica il Sailing Effect (“effetto vela”) che un componente ha sul complesso del sistema. Le ruote ed il telaio sono come le ali di un aeroplano o le vele di una barca e producono una portanza aerodinamica in caso di vento laterale, una portanza che produce una spinta in avanti e riduce la resistenza aerodinamica. Mediamente il Sailing Effect dipende al 65% dalle ruote, al 2% da forcella e telaio, per l’11% dal corpo del ciclista e per il 2% dal resto. Questo vuol dire che ottimizzando bene l’aerodinamica dei componenti, in particolare le ruote, si può ridurre la resistenza aerodinamica del corpo. Quindi ogni componente ha una sua importanza, ma è l’ottimizzazione del sistema intero che è fondamentale, il modo in cui interagiscono le varie parti.

Bdc-Mag: Quindi è importante l’ottimizzazione anche rispetto l’angolo di incidenza del vento, lo Yaw Angle che oramai appare in ogni pubblicità di componenti?

JPBallard: Si, ma anche per una questione di stabilità aerodinamica. Ci si dimentica spesso che una bici è un mezzo che va guidato, ed è quindi necessario che sia stabile rispetto gli angoli di incidenza del vento. Intendo stabile aerodinamicamente. Ogni profilo di una ruota o di un telaio ha un suo angolo di stallo, come le ali degli aerei. Quando l’angolo del vento è troppo alto il flusso aerodinamico non resta più attaccato alla superficie, ma si stacca e “stalla”. Quando ciò avviene la spinta aerodinamica cessa e al contrario lo stallo aumenta notevolmente la resistenza aerodinamica.

E’ importante quindi che il profilo di un cerchio sia ottimizzato per non stallare di colpo, ma il più gradualmente possibile. Chiunque abbia provato una bici da cronometro o da triathlon sa quello che succede se arriva un colpo di vento laterale: ci si alza di colpo per riguadagnare stabilità. Succede anche con bici normali e ruote ad alto profilo se il ciclista è in presa bassa: folata di vento e ci si alza di colpo. Ora, è noto che per quanto riguarda la posizione aerodinamica vale una regola piuttosto intuitiva: 1Watt perso per ogni cm che ci si alza, aumentando la superficie frontale. Si possono così perdere da 40 a 60W passando dalla presa bassa a quella alta. Se si moltiplica questo per tutto un percorso, con l’estremo di una frazione bici di un Ironman (180km -ndr-) si capisce l’importanza della stabilità aerodinamica che ci consenta di mantenere il più possibile la posizione bassa. 20W si possono tranquillamente recuperare tramite la stabilità aero in un percorso. Penso che chi va in bici sappia in cosa si traducono 20W di differenza in una prestazione.

Bdc-Mag:  Sono aspetti che vengono percepiti come utili in contesti di alte prestazioni, come la F1 o gli aerei per l’appunto, ma per l’amatore medio non proprio.

JPBallard: Ed è molto sbagliato. Il guadagno maggiore, cronometricamente, c’è proprio per chi è più lento! Più sei lento più perdi tempo e più sei soggetto allo yaw angle. Per un professionista che esprime 300W in un Ironman il guadagno in termini di tempo è inferiore (anche se può essere decisivo per atleti livellati in alto come prestazioni) a quello di un amatore, che su 180km può essere di ben 20 minuti con un’ottimizzazione aerodinamica. Poiché un amatore è più lento ci mette di più a completare un percorso e pertanto beneficia per più tempo dei vantaggi aerodinamici. E siccome è più lento è maggiormente soggetto a venti laterali con grandi angoli di incidenza, e poiché la bici e le ruote fanno effetto vela un amatore è avvantaggiato maggiormente dal Sailing Effect.

Bdc-Mag: Venendo alle ruote, come si possono ottimizzare perché siano stabili aerodinamicamente?

JPBallard: Attraverso il design dei cerchi chiaramente. Ormai è noto che ci sono alcuni profili che sono decisamente instabili, come quelli a V, per cui con alti angoli di vento il flusso dell’aria si distacca dalla superficie del cerchio in modo repentino e l’aerodinamica peggiora altrettanto repentinamente. Sono molto soggetti alle folate insomma. Così come le ruote a razze che sono molto instabili per la grande superficie che offrono lateralmente in punti ben precisi, coincidenti con i raggi a razza appunto. Tutto questo si può valutare tramite calcolatore con la CFD (Computational Fluid Dynamic), ma anche in galleria del vento. Noi abbiamo testato varie ruote e soluzioni alla galleria del vento GST con la quale collaboriamo quotidianamente, installando sullo sterzo delle bici un un misuratore di momento di sterzo, con cui valutare l’entità del vento con vari Yaw Angles in modo realistico. La cosa essenziale è calcolare precisamente il centro di pressione di cerchio e della ruota. E’ quello che si fa in F1: si incrociano i dati delle simulazioni con i sensori montati sulle auto, sia in tunnel del vento che su strada per il Fine Tuning. E tutto sommato per una bicicletta la cosa è abbastanza più semplice.

Bdc-Mag: Quali sono le parti critiche da considerare per una ruota dal punto di vista della stabilità aerodinamica?

 JPBallard: Bisogna tenere presente che il flusso laminare diventa turbolento sulla superficie del copertone e sulla parte interna del cerchio (dove si attaccano i raggi -ndr-), quindi queste due parti sono quelle da curare con attenzione. Lo strato limite turbolento ha maggiore energia ed è più tollerante allo stallo. La curvatura sulla spalla del copertone è così piccola che un flusso con uno strato limite laminare generalmente non rimarrà attaccato e stallerà, pertanto è molto importante che il flusso sia già diventato turbolento in questi punti. Perché questo avvenga sono necessari copertoni con il giusto grado di profilatura sulle spalle.

E’ stato divertente notare come in tutte le foto promozionali di bici in tunnel del vento si vedessero montati gli stessi copertoni, i Continental GP4000 SII, che guardacaso sono quelli con l’aerodinamica migliore. E non è una cosa ricercata! Semplicemente, il produttore cercava una miglioria dal punto di vista della trazione, ma quel disegno del battistrada, con delle scolpiture abbastanza profonde nella parte superiore-esterna è anche perfetto per ritardare il distacco del flusso laminare. Jan Frodeno, vincitore dell’ultimo IM di Kona, ha utilizzato per la prova dei Continental TT con il battistrada dei GP. Poi bisogna considerare l’accoppiamento tra copertone e cerchio: se è graduale è meglio, senza interruzioni nella forma. Anche qui bisogna sempre tenere in considerazione il sistema, i copertoni sbagliati possono “uccidere” qualunque ruota aero. Un copertone slick generalmente vanifica i vantaggi di qualunque ruota aerodinamica. Dai nostri test in galleria del vento i migliori copertoni dal punto di vista aerodinamico sono i Continental GP4000 S II, i Conti Attack/Force e gli Schwalbe One Tubeless.

Bdc-Mag: Accorgimenti come le pallinature funzionano? Il design della parte interna dei cerchi “seghettata”?

JPBallard: Le pallinature funzionano, ma dipende dove sono posizionate. Sulla parte laterale del cerchio non servono, perché il flusso si è già distaccato prima, proprio nel bordo esterno del battistrada e nel punto di congiunzione tra copertone e cerchio, se va bene. I profili “seghettati” o “tubercoli” possono funzionare, classicamente sono stati studiati grazie alle balene, e ritardano lo stallo anche con grandi angoli di incidenza, migliorando la manovrabilità delle pinne. Funzionano bene pero’ in acqua, che ha una densità maggiore dell’aria. In F1 non hanno avuto grande applicazione ad esempio, dove oltretutto non sono mai stati usati su elementi in rotazione.

Bdc-Mag: Per quanto riguarda i mozzi?

JPBallard: Il 15% del drag aerodinamico di una ruota viene dai mozzi. Mozzi piccoli sono meglio. Quindi quelli coi dischi sono meno aero, anche perché devono avere più raggi. Il sistema di chiusura Centerlock è migliore aerodinamicamente del 6 fori.

Bdc-Mag: Per quanto riguarda la sezione dei copertoni? Ci sono indicazioni?

JPBallard: La sezione dei copertoni deve essere funzionale all’utilizzo. Da un punto di vista prettamente aerodinamico una sezione stretta è migliore, quindi per una cronometro consiglierei 23mm all’anteriore e 25mm al posteriore. Inoltre pneumatici più stretti favoriscono la guida perché sono più rigidi e quindi favoriscono lo sterzo.

Grazie JP!