Aerodinamica: Intervista a JP Ballard -SwissSide-

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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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!

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26 risposte a Aerodinamica: Intervista a JP Ballard -SwissSide-

  1. Andrea Sicilia 23 dicembre 2016 at 10:49 #

    Molte nozioni interessanti.
    Rimango perplesso sul magnificare ruote aerodinamiche seppur più pesanti. Il concetto espresso, immagino sia veritiero. Ma lo è a velocità costante allorchè la resistenza aerodinamica come dicono loro è la forza più dura da vincere.
    Ma con continui cambi di ritmo, tipici delle gare su strada, in particolar modo alcune, il vincere la resistenza inerziale sarebbe interessante sapere quanto influisca sulla prestazione in confronto alla resistenza aerodinamica.

    • Piergiorgio Sbrissa 23 dicembre 2016 at 11:53 #

      No, la simulazione che hanno fatto non è una roba banale su km*dislivello, ma proprio sul profilo del percorso.

      • Andrea Sicilia 23 dicembre 2016 at 12:30 #

        Non ho detto che sia stata banale. Solo che non è stata fatta, o almeno non viene menzionata, l’effettuazione di cambi di ritmo. Se una ruota da 1700 gr. ben aerodinamica, a velocità costante, può essere funzionale come e più di una da 1200, ho qualche perplessità (non certezze) che sia altrettanto funzionale se la velocità è a continue variazioni dovute a frenate e ripartenze secche…..

        • Marco Toniolo 24 dicembre 2016 at 08:35 #

          Logicamente non si sta parlando di gare brevi, ma di quelle dove le “continue variazioni dovute a frenate e ripartenze secche” hanno un’importanza minima sul totale del percorso.

  2. Vortex69 23 dicembre 2016 at 10:59 #

    Articolo molto interessante!

  3. ibondio 23 dicembre 2016 at 11:06 #

    Molto interessante.
    Qualche appunto:
    – nella prova simulazione con ruote diverse ha tirato i numeri per arrivare alla dimostrazione della teoria. Perchè ha preso un atleta da 80kg+8 di bici per una prova estrema? Se chi fa un percorso con 7000mt D+ è 60kg+7 di peso (come più facilmente accade nella realtà) subirà in percentuale maggior incidenza dall’aggravio di peso.
    – Gli Shwalbe One sono slick, un po contraddice il postulato (ma probabilmente intendeva i ProOne che hanno scolpitura simil GP4000)
    – In fine non si menziona mai che nelle ruote ad alto profilo c’è anche il vantaggio aerodinamico nell’avere raggi più corti che determinano minor superficie frontale e quindi minor resistenza.

  4. palmer 23 dicembre 2016 at 11:09 #

    E’ incredibile come sia cambiato il mercato delle biciclette negli ultimi 20 anni.
    Prima gli operatori erano dei bravissimi saldatori che modellavano le biciclette sul corpo del ciclista prendendo poche misure, ora questi signori amarcord sono stati soppiantati da ingegneri che hanno maturato esperienze in formula uno.
    Ben venga il progresso, io resto dell’idea che le biciclette aerodinamiche siano esteticamente inguardabili.

  5. silvershadow 23 dicembre 2016 at 12:04 #

    Jean-Paul Ballard non è stato per 14 anni capo ingegnere aerodinamica al team BMW-Sauber di F1. Prego correggere

    • Piergiorgio Sbrissa 23 dicembre 2016 at 12:13 #

      Ma?

      • silvershadow 23 dicembre 2016 at 14:55 #

        JP Ballard è approdato in BMW Sauber F1 direi nel 2007-2008

        E’ stato si capo del concept group per qualche anno ma quando l’azienda ha cambiato nome in Sauber Motorsport a seguito dell’uscita di scena della BMW.

        In BMW Sauber ha lavorato come semplice ingegnere nel concept group.

        Capo ingegnere aerodinamico non lo è mai stato e dalla sua posizione a quella di capo aerodinamica ne passa molta di acqua sotto i ponti

  6. sembola 23 dicembre 2016 at 12:54 #

    Io trovo conferme che ha “lavorato per 13 anni in F1″ (alla data del 2014 – http://www.bicycles.net.au/2014/04/rare-insight-wheelset-design-swiss-side-hadron/ ) e che è stato “un aerodinamico” del team Sauber (es.https://roadcyclinguk.com/gear/swiss-side-hadron-625-wheelset-first-look.html) o un “senior aerodynamicist”(https://www.facebook.com/RCUKbike/posts/651260128255306).
    Si trova anche che è stato “head engineer” (http://granfondo-cycling.com/road-revolution-18-dt-swiss-erc-1100-dicut/)

  7. doublet 24 dicembre 2016 at 10:39 #

    …ma che figata di articolo!

  8. Violinbici 24 dicembre 2016 at 11:19 #

    Mi sembra uno di quegli articoli “coccodrillo” sempre pronti all’uso tipo: il cioccolato fa male, poi l’anno dopo fa bene, poi addirittura diventa un farmaco salvavita, poi dopo un pò cura la carie o previene l’infarto…poi torna di nuovo a fare male 😉

    • Piergiorgio Sbrissa 24 dicembre 2016 at 12:23 #

      I commenti come il tuo, non ho niente da dire, ma critico lo stesso, invece sono evergreen anno dopo anno di questi tempi.

      • Violinbici 25 dicembre 2016 at 09:27 #

        Mi sembra che il mercato abbia sempre meno da dire se non trovare trucchetti per convincere la gente a spendere il più possibile.
        Piuttosto la tua risposta mi sembra un evergreen, tipica di chi non è disposto ad accettare altra verità che la propria o quella proposta ciclicamente dal marketing.
        Ora la moda sono le bici aero quindi tutti gli esperti cavalcheranno l’onda finchè non si troverà la nuova moda…e la mia non è solo un’idea per essere “contrarian” a tutti i costi, ma sarebbe il mio pensiero che piaccia o no

        • Piergiorgio Sbrissa 27 dicembre 2016 at 18:09 #

          Ma quale verità? Ti vendo qualcosa? Ho proposto un’intervista su un tema che è di attualità. Proprio per vedere se è solo “marketing” o no. Punto.
          Il tuo “pensiero” è solo critica sarcastica senza entrare nel merito di niente, se non dire le solite 4 bimbominkiate del marketing e delle mode.

  9. doublet 24 dicembre 2016 at 13:57 #

    eccheccacchio… capo non capo, ingegnere non ingegnere, aerodinamico sì aerodinamico no… ma cosa vuol dire? ha lavorato nel campo??? direi di sì!
    per cui ciò che conta, è che la materia la conosca, oppure come in linea con il nostro tempo è sufficiente che un cibo sia bello perché sia anche buono
    a me pare, che al di là di tutto, che il senso dell’evoluzione della bicicletta anche nel campo dell’aerodinamica, con questo articolo sia stato dato
    poi, se uno non ci crede oppure sia scettico, perché a suo dire il personaggio intervistato non è sufficientemente autorevole in materia, beh, che si metta a studiare e vediamo che ne esce.

  10. walterpaolini 24 dicembre 2016 at 19:24 #

    Bellissimo articolo molto interessante.
    Questo evidenzia come al di là di piccoli guadagni pagati centinaia di euro sulla bicicletta la parte predominante è sempre il ciclista , in questo caso oltre
    La potenza che è in grado di esprimere conta moltissimo la posizione che riesce a tenere in bicicletta.
    Avrei una domanda dal punto di vista aereodonamico è meglio avere una pedalata agile 100-120 RPM oppure più lenta 70-90 RPM ?

  11. dackmaster 26 dicembre 2016 at 16:50 #

    Interessante l’ultima risposta dove conferma che un copertone stretto e’ meglio, a differenza della direzione che sembra prendere il mercato.

    • Piergiorgio Sbrissa 26 dicembre 2016 at 19:14 #

      Veramente dice che “è meglio” a livello aerodinamico e che sterzo meglio, non che è più comodo e ha più grip…quindi, come dice prima, dipende dall’utilizzo e da quello che si ricerca.

  12. parakito 26 dicembre 2016 at 18:41 #

    Mi complimento con l’autorevole articolo …
    Di mio sono uno attento all’ aerodinamica …
    Senza tanto bisogno di ingenieri a spiegarmelo.
    Motivo ?
    Semplice auto deduzione …da piccolo chi non ha messo la mano fuori dal finestrino di un auto in movimento?
    Ecco questo è già di per se sufficiente a capire quanta resistenza se ne fa me una sola mano .
    Quindi da ragionamento logico ho pensato che tutto serve per andare forte e fare meno fatica …ma la prima cosa era cercare l’aerodinamica migliore .infatti il mio primo obiettivo è allenare la posizione aerodinamica in bici semplicemente perché paga più di tutto il resto ,ma il 98% pensa che serve semplicemente allenare la muscolatura …che ci sta …ma non è la cosa che paga di più ,e risulta pure la più difficile
    Questo articolo evidenzia cose che pochi sanno ,ma preferisco dire che si intestardiscono a non volere vedere, in nome del dio peso ..
    Speriamo che questo serva a fare aprire le menti spesso ermetiche della grande maggioranza dei ciclisti agonisti ma ciechi completamente su certe realtà Tabù.

    • gianlub 28 dicembre 2016 at 14:01 #

      …vero, fino a che meni in pianura…ma quando la strada si impenna il peso conta…oh come conta… :-) Secondo me tutte le nozioni possono essere utili/valide, ma lo diventano ancor di più se declinate nel tipo di utilizzo che ognuno di noi fà della bici…non c’è nulla di assoluto.

  13. troy2121 26 dicembre 2016 at 19:59 #

    Tutte considerazioni molto interessanti e sicuramente valide, anche se non si specifica se i guadagni/perdite il ciclista li ha quando è in solitaria o in gruppo: penso sia sottinteso nelle sue parole che ciclista+bici siano immersi da soli nel fluido aria, senza altri mezzi simili nei dintorni, cosa che si verifica molto raramente per la stragrande maggioranza degli amatori in una granfondo o in una corsa in circuito. Quindi secondo me il tutto ha molta più importanza nel settore crono/triathlon, o per chi ha le gambe per andare in fuga e guadagnare sul gruppo. Ancora: la stragrande maggioranza dei granfondisti le salite degne di tale nome le fa a 15 km/h, poco più, poco meno, quindi…

  14. icio61 29 dicembre 2016 at 13:34 #

    articolo interessante, sotto molti aspetti, non ultimo, mi pare abbia scardinato il concetto che le soluzioni “aerodinamiche” abbiano un senso solo oltre una certa velocità (>0 40km/h) che non molti amatori possono mantenere per km, ma che abbia benefici già oltre i 15km/h.
    Non mi pare ci siano aspetti legati al marketing di un genere piuttosto che di altri.
    Se posso dare un consiglio, magari prima di fare una intervista di questo genere, provare a fare una raccolta di domande dal “popolo dei ciclisti” per coprire magari gli interessi dei più con risposte mirate.
    Spero ci siano altre interviste con specialisti, magari alimentaristi, preparatori, fisiatri, etc.
    graziee buon anno a tutti

    maurizio

  15. Vercingeto-rex 30 dicembre 2016 at 18:53 #

    Secondo me va bene valutare tutto anche se mi sembra ci sia un trade-off tra maneggevolezza e resa aerodinamica.

    Come visto anche sull’articolo di dt swiss si puo estremizzare il concetto di portanza profilando opportunamento il cerchio (u-shape)sino addirittura per angoli molto stretti intorno ai 15 gradi di bolina ad azzerare la resistenza all’avanzamento (vd grafici dt swiss) questo però comporta che se hai portanze elevate nel momento in cui stalli avrai di conseguenza perdite di controllo della ruota + avvertibili. Di fatto avere portanze alte(oltretutto per situazioni limitate ovvero pochi gradi rispetto al giro completo da cui possono provenire i venti) rende difficile a parer mio ottimizzare le transizioni fluidodinamiche sulle ruote. Questo è quello che si cerca di ottimizzare ma non è facile. Una ruota con valori di portanza non esasperati v-shape magari sarà + sincera di una estremizzata u-shape. Ogni situazione di vento potrebbe potenzìalmente prevedere tipologie di ruote differenti come si fa nella vela wow.

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