Примирение двух аспектов: углерод более жесткий для мощности, но обеспечивает более мягкую езду.

Глядя на кривые напряжения-деформации, алюминий является очень жестким материалом, особенно когда вы проектируете раму так, чтобы она оставалась в областях с низким напряжением для хорошего ожидаемого срока службы. Обычно это означает, что вы должны делать трубы широкими и жесткими (с тонкими стенками для малого веса).

Карбон более гибкий. Это означает, что вы можете сделать углеродные трубки относительно узкими и гибкими. Это объясняет тенденцию к более узким подседельным штырям на карбоновых шоссейных велосипедах, которые намеренно спроектированы так, чтобы достаточно сильно изгибаться. То же самое можно сделать и с вилками. Что касается самой рамы, вы можете сделать нижнюю трубу и нижний кронштейн очень широкими, что должно сделать ее очень жесткой, особенно на кручение, чтобы она не прогибалась при приложении большого усилия к педалям. В то же время вы можете сделать перья сиденья более узкими, чтобы задний треугольник немного прогибался к сиденью.

Что касается руля, насколько я понимаю, он может быть жестким или гибким. Поскольку тянуть и толкать их — это точно такое же направление, как когда вы опираетесь на них своим весом.

Редактировать: я должен добавить, что из личного опыта мой карбоновый шоссейный велосипед (Rose X-Lite Four 2018 года) намного удобнее, чем мой алюминиевый циклокросс (Focus Mares 2009 года, с карбоновой вилкой) с сопоставимой посадкой, шинами, седлами и лента на руль. Но, конечно, это сравнение несколько несправедливо, поскольку геометрия рамы и тип велосипеда совершенно разные. Я также думаю, что философия дизайна изменилась за последние годы, и теперь больше внимания уделяется комфорту, даже на «гоночных» шоссейных велосипедах.

Простое объяснение, которое я слышал, состоит в том, что металлические трубы изотропны - свойства их материала одинаковы во всех направлениях (форма и толщина трубы постоянны). Углеродные волокна можно сделать принципиально анизотропными, т.е. их жесткость и прочность различаются в разных направлениях.

Я не инженер, но этот краткий обзор был сделан Джошем Поертнером в его подкасте Marginal Gains. Он имеет большой инженерный опыт в велосипедной индустрии.

Я также подозреваю, что он упрощал для нетехнической аудитории. Во-первых, мы не ограничиваемся круглыми и только круглыми металлическими трубами одинаковой толщины. Уже довольно давно у нас есть стыковые металлические трубы, т.е. трубы толще на концах, где вам нужно больше прочности, потому что вы привариваете эту трубу к другим, но они тоньше к центру трубы; для спиц стыковка внешняя, а для труб рамы внутренняя, так что снаружи ее не видно. Во-вторых, вы можете сформировать трубы. Например, я знаю, что по крайней мере некоторые металлические нижние трубы имеют овальную форму в месте соединения с кареткой — большее поперечное сечение делает велосипед более жестким. Доступна более сложная форма, как указано в комментарии ниже. В пределах материала вы также можете изменить диаметр трубок, где более крупные и тонкостенные трубы более жесткие, чем более мелкие и толстые. В некоторой степени в связи с этим различия в металлических сплавах могут привести к немного другим свойствам материала. Например, титан 6/4 против 3/2,5, сталь с ниобием в смеси сплавов, возможно, позволили получить очень тонкостенные (и, следовательно, большого диаметра) трубы, которые являются более жесткими, из различных сплавов алюминия. Таким образом, металл может быть изотропным, если вы сохраняете размеры трубы постоянными, но все еще существует множество способов настроить свойства рамы металлических велосипедов. различные сплавы алюминия. Таким образом, металл может быть изотропным, если вы сохраняете размеры трубы постоянными, но все еще существует множество способов настроить свойства рамы металлических велосипедов. различные сплавы алюминия. Таким образом, металл может быть изотропным, если вы сохраняете размеры трубы постоянными, но все еще существует множество способов настроить свойства рамы металлических велосипедов.

Во-вторых, может быть правильнее сказать, что большинство структур из углеродного волокна могут быть квазиизотропными, хотя вы также можете сделать их близкими к анизотропным - возможно, технически более правильно говорить о степени изотропии. Я считаю, что при желании можно сделать изотропную углеродную структуру.

Независимо от специфики, оказывается, что вы можете варьировать свойства материала углеродной конструкции больше, и я верю, что гораздо больше, чем металлическая структура той же формы. С углеродом вы не ограничены изменением формы и толщины стенок задействованных трубок. Есть больше степеней свободы для изменения свойств.

И последнее, что касается мнения о том, что карбон обеспечивает более плавную езду. Это правда, что углерод может гасить вибрации. Тем не менее, большая часть вашего демпфирования вибрации исходит от ваших шин. Даже современные шоссейные велосипеды могут использовать относительно большие шины. Вы можете безопасно использовать большие шины при значительно более низком давлении, чем мы все привыкли, и у вас, вероятно, будет меньшее сопротивление качению, а не большее (на самом деле это сложная тема, и это утверждение является чрезмерным упрощением). Кроме того, сталь и титан уже давно считаются удобными аттракционами; они могут качественно отличаться от карбоновой рамы, но ни один из этих материалов не может явно превосходить их по общему субъективному комфорту. Если уж на то пошло, алюминиевые рамы значительно улучшились с 2000-х годов, хотя этот материал уступил место углероду. Это' Можно сделать и удобный алюминиевый велосипед. Заявление о том, что углерод можно сделать неизотропным, не является чистым маркетингом, поэтому карбоновая вилка может быть более податливой в вертикальном направлении (то есть она гасит вибрации), чем в поперечном направлении (то есть она не изгибается из стороны в сторону при нажатии педали). Заявление о том, что карбоновые велосипеды могут быть спроектированы таким же образом, не является маркетингом.

Что касается материала вилки, похоже, что углерод стал доминировать. Стальные вилки также могут быть удобными, но они имеют дополнительный вес. Хотя в большинстве случаев рассматриваемый вес на самом деле лишь незначительно влияет на производительность, это довольно заметный параметр, и в любом случае стальные вилки не кажутся массовым производством для спортивных велосипедов. (FWIW, у меня есть кастомный стальной велосипед со стальной вилкой.) Я почти уверен, что алюминиевые вилки всегда были жесткими. Я знаю, что титановые вилки так и не достигли успеха, отчасти из-за стоимости и, возможно, из-за того, что некоторые из более ранних вилок выходили из строя. Я не уверен, было ли это проблемой контроля качества или чем-то, присущим свойствам материала.

В зависимости от того, как уложены углеродные волокна, гибкость может сильно измениться. В смесь могут быть добавлены различные волокна, такие как кевлар и стекло, для повышения гибкости в областях и конкретных направлениях, где это необходимо.

Таким образом, карбоновая рама может быть как более жесткой, так и более податливой, но в разных частях рамы в зависимости от того, где дизайнер хотел бы получить эти атрибуты. Это невозможно сделать в такой степени с другими материалами.

Хотите несколько примеров? Комплектация GT из карбона была интересным байком при запуске с 4-сантиметровым ходом «виртуальной подвески» сзади, но с отличной передачей мощности.

С веб-сайта:

Твердый сердечник обеспечивает невероятную жесткость, а внешний слой из углеродного волокна дополнительно гасит вибрации. В конце концов, у вас есть велосипед, который дает гонщику гораздо больше контроля и намного меньше утомляет во время езды.

Bianchi использует кевларовое волокно для перьев сиденья Infinito CV, чтобы получить аналогичный, хотя и менее драматичный эффект.

Как можно совместить эти два аспекта?

Легкий! Это маркетинг. Маркетинг не обязательно должен быть правдой. Это должно быть что-то, во что поверит глупый покупатель.

Даже узкая дорожная шина высокого давления изгибается на несколько сантиметров. Сравните это с изгибом рамы или вилки, измеряемым, вероятно, в миллиметрах, и вы увидите, что изгиб рамы и близко не похож на изгиб шины. Если вы купите раму или вилку, которая предположительно обеспечивает «жесткую» езду, и наденете шины 32 мм, и сравните это с рамой или вилкой, которые предположительно обеспечивают «мягкую» езду, и наденете шины 23 мм, вы увидите велосипед с 32-миллиметровыми шинами более удобен - при условии, что вы не установили одинаковое давление в шинах, а отрегулировали давление в соответствии с шириной шины.

Единственным конструктивным критерием рамы является то, что она должна быть жесткой. Это достигается в задней части за счет использования четырехгранника, состоящего из оси заднего колеса, двух перьев сиденья, двух нижних перьев и подседельной трубы. Спереди это достигается за счет использования треугольника, состоящего из подседельной, верхней и нижней труб. Поскольку тетраэдр представляет собой трехмерную структуру, обеспечивающую жесткость во всех направлениях, а треугольник представляет собой двухмерную структуру, лишенную жесткости в третьем измерении, треугольник имеет трубы большого диаметра, намного большего, чем те, которые используются в перьях сиденья или нижних перьях.

Пожалуй, единственное место на велосипеде, которое может немного сгибаться помимо шин, — это седло. Причина в том, что у седла рельсы намного тоньше, чем диаметр трубок рамы, поэтому рельсы гнутся, а пластик в седле тоже может гнуться.

Однако рамы и вилки могут влиять на ощущения от езды не за счет изгиба, а за счет своей геометрии. Например, более длинные нижние перья обеспечивают удобную и стабильную езду (к сожалению, сегодняшняя тенденция такова, что длинные нижние перья не в моде, тогда как в моде такие короткие нижние перья, что подседельная труба должна иметь особую форму, чтобы освободить место для 23-миллиметровой шины позади нее — и не модно). попробуй поставить туда 25мм покрышку!). Угол рулевой трубы и передний угол вилки также влияют на ощущение езды.