[Preview]캐논데일 시스템식스 白書 살펴보기

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사진출처 | https://www.cannondale.com/en/


들어가며 | 요즘 하이테크 트렌드는 백서白書

아는 만큼 보인다고 했던가. 여행을 가기 전에도 목적지에 대해 공부를 많이 하고 떠나는 스타일이었다. 베트남을 간다면 가기 전부터 베트남의 역사, 문화, 지리 등을 읽어보고 가는 식이다. 혹 여행을 준비할 시간이 부족하면 여행지에서 공부를 위해 돈을 쓰기도 한다. 예를 들면 이탈리아를 갔을 때는 자유여행 (배낭여행) 이었지만, 설명을 듣고 싶은 부분에서는 사설 가이드에게 페이를 지불하고 설명을 듣는 식이었다. 나만의 표현일 수는 있겠으나, 새로운 것을 접할 때 배경지식이 있고 없고의 차이는... '눈이 침침하거나, 환해지거나'의 차이일 정도로 절대적이었다. 오감을 깨울 수 있느냐 없느냐,의 차이였달까.
... 모든 부분에서 예습에 충실한 편은 아니다. 한정되고, 소중한 기회를 잘 활용하고 싶을 때만 예습 마니아의 기질이 발동했다.

요즘 고가의 장비를 출시할 때, 브랜드들이 화이트 페이퍼를 같이 내놓는 것을 심심치 않게 볼 수 있다. 오래전, 랩 블로그에서도 번역을 했었던 트렉 마돈의 백서 이후로, 이번 포스트에서 설명할 캐논데일의 시스템식스도 백서가 소비자가 늘 편히 열람할 수 있는 위치에 공개되어 있다. 캐논 카메라도 하이엔드 모델에 백서를 첨부하더라.
White Paper라는 단어가 일반인들이 흔하게 접할 수 있는 단어가 아님에도 불구하고, 이제는 고가의 하이엔드 장비를 구입하는 마니아층이라면 한 번쯤은 볼법한 친숙한 단어가 되어가고 있다.

왜 제조사는 소비자용 백서를 만들게 되었을까.
예전과는 다르게, 기술의 발달이 고도화됨에 따라 최상위 급의 제품이 새롭게 출시되어도 이제는 드라마틱 한 변화를 가지기가 어려운 것이 사실이다. 그래서 소비자가 그 변화를 체감할 수 있도록 텍스트로 설명을 보충할 필요를 느끼는 듯해 보였다. 아는 만큼 보이는 법이니까.

여기에서 어떤 참새는 우려할 수도 있다. 페이퍼를 통해서만 변화를 느낄 수 있을 만큼 미미한 기술 발전이라면, 이것을 구입하는 것이 큰 의미가 없는 것은 아닌지 말이다. 하지만 아래 글을 읽는다면 생각이 바뀔 것이다. 시스템식스로 주행하면서 얻을 수 있는 와트 절감 효과는 여러분들이 생각한 것의 그 이상일 것이다.

역시, 뭐든 알고 봐야 한다. (웃음)


옮기면서

이렇게 실용적이고, 에어로에 대한 편견을 깨뜨려주는 글이었다는 것이 놀랍다.
시스템식스가 해외에서 영향력이 있는 이유는 이 백서 덕분이라고 생각이 들 정도로 소비자가 읽기 쉽게 잘 표현되어 있는 부분이 많았다. 영문이기에 국내의 라이더들에게 많이 읽히지 않아, 시스템식스의 파급력이 약했던 건 아닐지 생각이 들 정도였다.

마치 이 백서는 자전거에 대한 전반적인 지식을 알려주는, 에어로계의 '지대넓얕'이라고 해도 좋을 정도로 상식을 넓혀주는 내용이 많다. 

여튼 제품의 홍보가 이 백서의 주된 목적일 테지만, 캐논데일의 시스템식스에 관심이 없는 사람들도 이 글을 읽는다면 그 논리정연함에 탄복하고, 시스템식스의 매력에 흠뻑 빠지게 될 것이다. 다들 이번만큼은 팝콘 하나 옆에 두고 편안하게 스크롤을 내려보자.


원문 보기 | https://d1mo5ln9tjltxq.cloudfront.net/-/media/files/whitepaper/systemsix_whitepaper_v2.ashx?la=en&hash=854EF7240691349F9B8FEBE97528C2E55E155D24

* 전문에서 '시스템식스가 매력적이게 보일 수 있는 부분'을 선택하여 번역하였습니다. 전체를 다 보고 싶다면 상기 링크를 클릭해보세요.





Table of Contents

❶ 요약
Executive Summary

❷ 개요
Overview

❸ 사이클링 퍼포먼스
Cycling Performance

❹ 에어로 다이나믹스
Aerodynamics

❺ 온로드 퍼포먼스
On Road Performance

❻ 무게
Weight

❼ 핸들링과 라이드 특징
Handling & Ride Character

❽ 편안함과 라이드 세부사항
Comfort & Ride Detail

❾ 시스템식스 디테일 : 프레임과 포크, 콕핏, 휠
SystemSix Details: Frame & Fork, Cockpit, Wheels

❿ 참고 자료
References

⓫ 용어 사전
Glossary





Contributors

Damon Rinard, Engineering Manager, Road Bikes
David Guzik, Vice President of Engineering
Denis Kuerner, Design Engineer, Components
Ian Hamilton, Managing Industrial Designer
Jonathan Schottler, Lead Design Engineer
Nathan Barry, Design Engineer, Aerodynamics




❶ Executive Summary 

완전히 새로운 시스템식스를 소개합니다. 테스트 결과도 완전히 새로웠습니다. 이 레이스 스피드 머신은 절대적으로 가장 낮은 드래그(drag, 항력)를 가지며, 가장 효율적입니다. 현재까지 출시된 레이스 자전거 중에서 UCI 기준을 충족하는 가장 빠른 로드바이크라고 자랑스럽게 말하고 싶습니다. 이는 윈드 터널에서만 가장 빠르다고 말하는 것이 아닙니다. 몇몇의 제한적인 시나리오를 정해두고 일부 잘 타는 선수 라이더들에게만 빠르다고 칭찬받는 자전거가 아닙니다. 고속 주행을 원하는 모든 곳에서, 더 빨리 가고자 하는 모든 사람에게, 가장 빠릅니다. 이런 걸 저항 감소(drag reduction)라고 합니다. 이것을 공기역학적 이점(aerodynamic advantage)이라고 하죠. 우리는 이런 걸 공짜 속도(free speed)라고 부릅니다. 우리가 시스템 전반의 효율과 실제 세계에서 접목되는 모든 방면의 접근법에 대해 다년간 쌓아온 정수의 기술과 지식입니다. 프레임과 포크뿐만 아니라 자전거 전체를 이 방법으로 최적화했을 때, 무엇이 동반되는지 입증하겠습니다. 실제 라이더에게 실제 속도를 제공하겠습니다.



❷ Overview 

시스템식스는 지구상에서 가장 빠른 로드바이크로 설계되었습니다. 더 빠른 속도, 더 많은 시간을 절약하도록 설계한 자전거입니다. 이것은 레이서만을 위한 자전거는 아닙니다. 빨라지고 싶은 모든 사람을 위한 자전거입니다. 시스템식스는 모든 컴포넌트를 더 빨라지기 위해 최적화 시켰습니다. 아래 여섯 가지의 요소로 시스템식스가 구성됩니다 :

• 프레임 Frame
• 포크 Fork
• 시트 포스트 Seatpost
• 스템 Stem
• 핸들바 Handlebar
• 휠 Wheels 

속도를 빠르게 하는 것이 자전거 설계의 최우선 목표라면, 먼저 자전거와 라이더를 빠르게 만드는 것이 무엇인지를 이해하는 것이 중요합니다. 사이클링 저항은 여섯 개의 기본 요소로 시작합니다. 이를 최소화하면 동일한 노력으로 더 빠르게, 또는 적은 노력으로 동일한 속도를 유지할 수 있습니다.


❸ Cycling Performance

사이클링 퍼포먼스를 어떻게 정의할 수 있을까?

사이클링의 퍼포먼스는 투입하는 파워 대비 저항의 힘으로 나타낼 수 있습니다. 라이더가 자전거를 탈 때 나타나는 저항으로는 아래 여섯 가지가 있습니다.

• 구름저항 Rolling Resistance : RR
• 휠 베어링의 마찰저항 Wheel Bearing Friction : WB 
• 드라이브 트레인의 마찰저항 Drivetrain Friction
• 공기역학의 저항 Aerodynamic Drag : Aero
• 잠재적 에너지 Potential Energy: Energy you expend to climb : PE 
• 운동 에너지 Kinetic Energy : Energy you expend to accelerate : KE

이 여섯 가지는 사이클링 파워에 관한 방정식에 관한 것입니다. Martin 외 다수의 학자들에 의해 과학적으로 입증된 방정식(1998)이며, 아래와 같이 나열합니다.



이 계산식을 사용하면, 사이클링에서 저항을 일으키는 것들이 어떻게 상호작용이 되는지 살펴볼 수 있습니다. 이를 통해 각 요소가 사이클링의 퍼포먼스에 어느 정도의 영향을 미치는지 이해를 할 수 있게 되고, 크게 영향을 미치는 것들을 최소화할 수 있게 됩니다. 드라이브트래인의 효율은 단일 배수로 표시할 수 있습니다. η
 이는 드라이브트래인의 효율이 가장 일반적으로 투입되는 힘의 백분율로 표시되기 때문입니다.



속도와 파워

공기역학의 값은 속도의 삼차함수로 표현합니다. (이것은 이전 페이지의 동력 계산식에서 볼 수 있습니다.) 이는 다시 해석하자면 공기역학의 값은 다른 저항값들보다 매우 빠르게 증가할 수 있다는 것을 의미합니다. 이 사실은 현재 사이클링 커뮤니티에 일반적으로 알려져 있습니다. 모두가 생각하듯, 속도가 증가하면 공기역학의 저항값이 더 커지는 것은 사실입니다. 하지만 이 부분만 생각하면 '빨리 달릴 때만 공기저항에 영향을 받는다'고 오해할 수도 있습니다. 다시 말해 '천천히 달릴 때는 공기저항이든 뭐든 괜찮다'고 여긴다는 것이죠.
이렇게 접근하는 것보다는 살짝 방향을 바꿀 필요가 있습니다. 속도가 아닌 전체 파워에서 공기역학 저항의 비중을 고려하는 것이 필요합니다. 그림 2를 보면 알 수 있습니다.



그림 2를 보면 백분율로 표시했을 때 시속 15km 이상의 속도에서는 전체 파워의 50% 이상이 공기저항으로 소비되는 것을 알 수 있습니다. 이것은 공기저항이 모든 레벨에서 사이클링 퍼포먼스에 큰 영향을 미친다는 것을 의미합니다. 시속 15km가 그 지점이라는 것을 기억하세요. 시속 15km라면 대부분의 자전거와 대부분의 라이더에게 공기저항이 중요하게 작용한다는 것을 의미합니다. 공기역학은 속도를 결정하는 요소입니다. 여러분은 움직이기 시작하자마자 공기저항과 대립하는 것입니다.

이 데이터는 사이클링의 파워 계산식을 사용하였고, 일반적인 로드 사이클링 값을 사용하여 계산하였습니다. 이 예에서는 평지에서 주행하는 것만 고려하기 때문에, *잠재적인 에너지 또한 0입니다. *잠재적 에너지 Potential Energy : PE는 라이더가 언덕을 올라갈 때, 코스를 극복하기 위한 추가적인 에너지를 말합니다. 이렇게 설정하는 것은 일반적으로 많이 통용되는 가정이며, 사이클링 시나리오에 있어서도 합리적이라고 할 수 있는 계산 모델입니다. 이 계산식에 입력된 라이더의 값은 로드 라이더에 대한 *일반적인 값으로 하며, 이는 부록 A에 실려있습니다. *무게 대비 파워 4.0의 라이더

공기역학은 특정 속도 이상에서만 중요하다고 생각하는 사람들이 여전히 많습니다. 그러니 공기역학적으로 저항을 줄이는 것은 엘리트 선수들만 신경 써야 할 부분이라고 결정짓는 것이죠. 하지만 여기에서 한 가지 더 살펴보아야 할 것이 있습니다.
공기역학의 힘의 값은 속도의 3차 함수입니다. 이는 공기역학적으로 절감한다면, 속도가 빠른 라이더일수록 더 크게 힘을 아끼게 될 수 있음을 의미합니다. 하지만 시간 단축에서는 그 반대입니다. 속도가 느린 선수가 코스에서 보내는 시간이 더 많기 때문에, 속도가 빠른 선수와 느린 선수에게 똑같은 양의 공기저항이 감소된다면 느린 선수가 더 많은 시간을 단축하게 됩니다.
예를 들어 속도가 빠르고 느린 두 라이더가 공기저항을 각각 0.015m2 씩 절감하며 40km 거리의 타임트라이얼을 완주했다고 가정해봅시다. 이 이벤트에서 파워 절감과 시간 단축은 그림 3a와 3b로 표시하였습니다. 힘의 계산식에 대해서는 전형적인 투입 매개변수를 사용하였습니다. 이 데이터를 보면 파워가 낮은 라이더가 속도는 느리지만, 이들은 거리가 고정되어 있는 레이스에서는 더 많은 시간을 단축하는 것을 보여줍니다. 이로써 모든 로드 라이더들이 공기역학적으로 절감할 수 있는 혜택을 받을 수 있다는 것을 더욱 강조합니다.

경사도가 미치는 영향

지금까지 우리는 평지에서 증가하는 속도를 가지고 데이터를 살펴보았습니다. 그렇다면, '언덕을 오르면 공기역학은 어떻게 될까요?'
그림 4는 앞서 사용한 것과 동일한 접근 방식으로, 점점 가파르게 바뀌는 기울기에 대해서 파워 분포를 계산했습니다. 그래프 각각의 막대는 주어진 경사도에서 파워 분포를 나타냅니다. 이번 상황에서는 꾸준히 300와트를 출력하는 라이더로 고려했습니다. 그래프를 보면, 경사가 증가하면, 그 경사도를 극복하기 위해 더 많은 파워(PE)를 소비한다는 것을 볼 수 있습니다. 또한 이와 동시에 공기역학의 값이 감소하는 것도 보입니다. (Drag) 자세히 살펴보면 경사도가 높아질수록 구름 저항 또한 감소하고 있는 것을 볼 수 있습니다. (RR) 구름저항도 속도에 영향을 받기 때문에, 언덕에서 속도가 떨어지면 떨어질수록 구름저항이 미치는 값도 줄어들게 됩니다. 


힘의 계산식에서는 잠재적 에너지 (PE) 값이 가장 큰 주요 입력값이라는 것을 보여줍니다. 분명히 경사도와 속도가 중요하지만, 이는 도로에서 주어지는 값이지, 우리가 제어할 수 있는 부분이 아닙니다. 따라서 가장 큰 질문은 : 퍼포먼스를 높이기 위해서, 이들 중 어떤 것을 취하는 것이 가장 이득인지, 이것을 궁금해야 합니다. 공기역학에 올인해야 할까요? 아니면 중량(mass : 무게) 감량에 올인해야 할까요? 힘의 계산식에서 볼 수 있듯, 언제나 할 수 있는 한 중량을 낮게 가져가는 것이 좋습니다. 하지만 상황이 늘 같지는 않겠죠. 일반적으로 공기역학적으로 튜빙을 최적화 시키려면, 튜빙의 단면이 공기를 잘 통과하도록 모양을 만들어야 하기 때문에, 튜빙의 무게가 증가할 수밖에 없습니다. (*강성을 유지하면서 가장 가벼운 튜빙의 형태는 원형입니다. 형태가 물방울처럼 변할수록 강성을 위해 튜빙에 보강작업이 필요합니다.) 공기를 잘 통과하는 튜빙은 무게가 증가한다는 것을 의미합니다. 그러므로 튜빙의 무게를 줄이면서 공기역학적 저항을 줄이는 것이 전체적인 성능과 속도에 어떻게 유기적으로 작용하는지 생각해 보는 것이 중요합니다.



티핑 포인트 The Tipping Point

무게 감량과 공기역학이 서로 어떻게 작용하는지 살펴보려면, 두 가지의 상황에서 살펴보아야 합니다. 첫째는 평지입니다. 평지에서는 자전거의 무게가 퍼포먼스에 거의 영향을 미치지 않습니다. 공기역학적 저항을 절감시키는 것이 퍼포먼스에 지대한 영향을 미칩니다. 다른 상황은 오르막입니다. 경사도가 높아질수록 에어로 효과보다 자전거의 무게가 많은 영향을 미칩니다. 이때 공기역학적 저항이 절감되는 양과 무게 절감이 가져다주는 퍼포먼스가 동일한 지점, 즉 손익분기점을 찾아볼 수 있습니다. 다시 말하자면 그 손익분기점 이하의 경사도에서는 무게 절감보다는 에어로 효과가 의미가 있고, 이상의 경사도에서는 무게 절감이 의미가 있다는 것입니다.

아래 그림5는 시스템식스와 (전형적인 올라운드라 할 수 있는 이전previous 버전) 슈퍼식스에보를 비교한 것입니다. 일관성을 위해 두 자전거는 같은 휠을 사용했습니다. 이 둘은, 슈퍼식스에보가 시스템식스보다 1kg 더 가볍지만 공기역학적 드래그는 0.034m2 더 많이 받습니다. (1kg의 무게 차이는 우리 프로 선수들이 타는 슈퍼식스에보 림브레이크 버전과의 차이입니다.)





그림 5 - 현대식 올라운드 경량 바이크 (슈퍼식스에보 구버전)와 시스템식스 사이의 티핑 포인트
양수(+)는 시스템식스가 절약한 시간(s/km)을 나타낸다 

그림5는 시스템식스 vs. 슈퍼식스에보의 시간 절약(s/km)을 보여줍니다. 양수(+) 영역은 시스템식스가 현대식 경량 레이스 바이크보다 빠르다는 것을 보여줍니다. 하지만 음(-)의 영역은 반대입니다 : 더 가벼운 자전거가 우위를 차지합니다. 예를 들어, 경사도 0%에서 시스템식스는 슈퍼식스에보보다 3초/km를 절약합니다. 이 라이더는 무게 대비 파워 4w/kg입니다. 수평절편 (0s/km)은 두 자전거의 퍼포먼스가 동일해지는 경사도입니다. 그림 5에서 손익분기점은 경사도 6%에서 나타납니다. 6% 경사도라면 시스템식스와 슈퍼식스에보가 동등하게 빠르다는 것을 의미합니다. 가벼운 현대식 올라운드를 탈 작정이라면, 경사도 6% 이상.... 10% 정도 되어야 의미가 있을 것입니다. 이는 '언덕에서는 무조건 경량 올라운드가 최고'라고 생각했던 우리네 사이클리스트들에게는 새로운 개념입니다. 유럽의 알프스는 평균 7% 정도의 경사도입니다. 시스템식스가 최대 6% 경사도까지 올라운드보다 더 빠르다고 하니, 대부분의 라이더들은 생각보다 더 넓은 범위를 커버할 수 있을 겁니다.

이 티핑 포인트는 라이더의 질량(무게)과 파워에 영향을 받습니다. 무게 대비 파워가 높은 라이더(강한 라이더)라면 더 높은 경사도에서 티핑 포인트를 가집니다. 가지고 있는 파워가 높다는 건 언덕을 올라갈 수 있는 속도가 더 빨라진다는 것을 의미하기 때문에 공기역학적으로 에어로 바이크의 이점을 챙겨갈 수 있습니다. (*위에서 언급한 바와 같이 속도가 높아지면 공기역학적으로 저항을 더 많이 받게 됩니다.) 무게 대비 파워 5점대 이상으로 언덕을 오르는 우리 프로 라이더들의 티핑포인트는 7%에 가깝습니다. 아래 그림 6에 무게 대비 파워의 티핑 포인트에 대해 나와있습니다. 이 대목에서 중요한 점은, 일반적인 올라운드 경량 자전거보다 에어로 바이크가 언덕에서 빠를 수 있다는 것이 사실로 증명되었다는 것입니다. 

이런 결과는 그림 4에 표시된 파워의 분포를 보았을 때 흥미롭습니다. 6%의 기울기에서 클라이밍 파워(PE항)가 공기역학 드래그보다 훨씬 더 크다는 것을 알 수 있습니다. 하지만 6%에서 퍼포먼스는 동일합니다. 그 이유는 클라이밍 파워는 (라이더를 포함하여) 전체 질량의 함수이기 때문입니다. 자전거의 경우, 라이더는 본인의 자전거보다 더 많은 무게를 가집니다. 자전거에서 무게를 많이 감량시킨다고 해도, 상대적으로 전체 질량에서 줄어든 크기는 작습니다. 반대로 공기역학적으로 절감하는 부분에서는 라이더가 자전거에 앉아있음에도 자전거 자체의 공기역학적인 절감이 전체 시스템에 큰 부분을 차지할 수 있고, 전체적 성능에도 크게 영향을 미칠 수 있습니다.


경량이 필요한 부분

대부분의 라이더는, 대부분의 라이딩 시간을, 6% 미만의 티핑 포인트에서 보냅니다. 하지만 경사도 6%를 초과하는 언덕을 오를 때는 실제로 무엇을 희생하는지 생각해 볼 필요가 있습니다. 우리의 라이더 (무게 대비 파워 4.0)가 10% 경사도의 언덕을 오릅니다. 이 라이더는 12km/h가 조금 넘는 속도로 이동할 수 있습니다. 이 속도에서 더 무거운 시스템식스는 더 가벼운 슈퍼식스에보와 속도를 맞추기 위해 2.7와트 더 많은 파워가 필요합니다. 그럼 여기에서 다시 한번 스스로에게 물어봐야 합니다. 가파른 언덕에서 추가로 힘을 쓰며 차이를 벌릴지, 그보다 낮은 경사도와 높은 속도를 낼 수 있는 평지에서 충분히 크게 절약하며 휴식시간을 얻겠는지, 물어봐야 합니다. 우리 EF팀의 클라이머들과 GC라이더들은 7% 이상의 큰 언덕이 전체 스테이지에서 가장 중요한 순간이 될 수 있습니다. 이 라이더들과 일할 때, 우리는 레이스에서 가장 중요한 순간을 봅니다. 그들이 자신의 한계를 넘어서게 될 것을 아는 지점, 그 지점에 맞춰서 성능을 최적화해야 합니다. 7% 이상이 도처에 깔린 큰 산악 스테이지의 경우, 라이더가 아무것도 줄 여유가 없기 때문에 가벼운 무게의 슈퍼식스에보가 중요한 무기가 됩니다. 하지만 매일 HC 패스를 처리하지 않는 나머지 사람들에게는 6% 경사도까지의 성능에서 부스트를 얻게 해주는 시스템식스가 좋은 선택이 됩니다.


❺ On Road Performance 

우리는 테스트를 통해 각기 다른 매트릭스를 볼 수 있었지만, 실제 도로에서 퍼포먼스는 이런 요소들이 복합적으로 작용해서 하나의 시스템이 형성되는 것입니다. 이것이 바로 시스템식스가 설계된 방식입니다: 도로에서 실제 속도를 극대화하는 겁니다. 자전거에 있어서 퍼포먼스를 평가할 수 있는 다양한 상황에, 힘의 계산식을 적용해서 다양한 라이딩 시나리오에서 시뮬레이션을 해보았습니다.

매트릭스를 설계할 때, 자전거의 세 가지 주요 퍼포먼스 값은 : CDA - 공기역학적 퍼포먼스, CRR - 타이어 구름저항과 질량, 그리고 도로의 경사도입니다. 그리고 도출한 계산 값을 평가할 때는 파워를 절약하게 되거나, 속도가 올라가는 것을 보고 판단합니다. 만약 속도가 고정되어 있다면, 여러분은 장비와 셋업이 달라지면서 파워가 바뀌는 것을 볼 수 있을 겁니다. 또는 이것을 뒤집어서, 정해진 파워를 투입했을 때 라이더의 속도가 어떻게 변화하는지를 볼 수도 있습니다. 여러분은 이 두 가지로, 주어진 거리에서 시간 절약을 계산할 수 있습니다. 이러한 모델링 프로세스는 힘의 계산식에서 공기역학적인 부분으로 중요하게 사용되는 부분입니다. 우리는 이제 슈퍼식스에보(이전 버전)와 같은 현대식 올라운드와 비교했을 때 시스템식스가 부각될 수 있는 몇 가지 라이딩 시나리오를 살펴보겠습니다.


Sprints 

스프린트는 공기역학적으로 최적화를 시키는 것이 퍼포먼스에 지대한 영향을 미칠 수 있는, 시나리오입니다. 결승선에 다다르기 직전의 고속 스프린트에서는 공기역학적인 저항이 그 어떤 저항값보다 강력하게 작용합니다. 하지만 공기역학적으로 손실되는 힘을 아낀다는 것이 어느 정도의 차이가 있을지 알아볼 필요가 있습니다. 자- 시스템식스와 슈퍼식스에보를 비교해봅시다. 이 두 모델은 EF팀의 주력 무기입니다. 이 두 자전거로 마지막 순간, 결승선 200m를 남기고 평균속도 60km 주행한다고 생각해 보세요. 이때 라이더는 12초 동안 평균 1000w를 출력해야 합니다. 그러면 시스템식스를 탔을 경우 슈퍼식스에보보다 0.4초 앞서서 라인에 도달합니다. 이게 큰 차이처럼 보이지는 않지만, 시속 60km는 7.2m의 거리로 계산할 수 있고 자전거 4대를 이어붙인 길이와 동일합니다. 이 거리는 레이스의 마지막 200m 스프린트에서 매우 큰 차이입니다. 여기에, 시스템식스는 고속으로 피니시 라인을 향해 달릴 때도 적은 힘으로 갈 수 있고, 드래프팅으로 그곳에 도착한다고 해도 더 적은 힘으로 갈 수 있습니다.

Breakaways 

브레이크어웨이의 상황에서는 다양한 시나리오가 있습니다. 첫 번째는 온화한 바람을 등에 업고, 혼자서 BA를 할 때, 또는 1그룹을 따라잡으려고 쫓아갈 때입니다. 시스템식스로 평지를 시속 45km로 밟으면 슈퍼식스에보와 비교했을 때 40w 이상을 아낍니다. (테스트 라이더는 무게 대비 파워 4.0) 물론 두 자전거는 똑같은 하이림을 장착했습니다. 여러분, 이건 정말 힘을 크게 절약하는 겁니다.(얼마가 됐든, 짧은 길든) 일정 시간 동안 맨 앞자리에 나설 계획이라면, 40w 이상의 절감은 정말 큽니다. 하지만 BA의 상황에서 드래프팅을 하는 순간도 있죠. 프로 선수들은 드래프팅에서 와트를 절감하는 것은 본인들의 능력에 달렸다고 생각하기 때문에, 드래프팅에서의 공기역학적 성능은 약간 무시되는 경우가 있습니다. (와트 절감을 못했을 경우, 본인이 앞사람 뒤에 껌딱지처럼 붙지 못했기 때문이라고 생각하는 거죠.) 왜냐하면 프로 선수들은 그들의 한계 지점까지 라이딩 컨트롤을 잘 하기 때문입니다.

펠로톤 안의 라이더들은 가능한 한 많은 에너지를 비축하고 싶어 합니다. 자신의 차례가 되어 최선두에서 달릴 때를 대비해야 하기 때문에 힘을 아끼고 싶어 합니다. BA의 상황이건, 평화로운 펠로톤 안의 상황이건, 라이더는 힘을 비축하길 원하죠. 한 스테이지에서 GC 라이더들은 그들이 나서야하는 주요 스테이지나, 그들의 마지막 피니시 라인에서 스프린트로 힘을 쏟아붓기 위해, 레이스 내내 에너지를 보존하면서 달립니다.

우리가 흔히 경험을 통해 알 수 있었던 사실이지만, 이를 과학적으로 입증하고 있습니다. 드래프팅은 공기역학적 저항을 아주 훌륭하게 감소시켜줍니다. 첫 번째 포지션보다 두 번째 포지션에서 라이딩을 하는 것이 공기저항을 40% 적게 받을 수 있습니다. (Zdravkovich et al. 1996, Barry et al. 2014) 그리고 대규모 그룹 안에서 라이딩을 한다면 공기저항은 더 많이 줄어듭니다. 

이를 시스템식스와 슈퍼식스에보로 대입했을 때, 이 둘을 타고 시속 45km로 달리면 시스템식스는 24와트를 절약합니다. 그리고 드래프팅을 할 때도 시스템식스를 타는 것이 와트를 절감할 수 있습니다. 레이스라면 하루 종일 지속되는 긴 코스에서, 이렇게 아낀 와트로 시간을 벌어, 잠시 쉴 수 있는 순간을 얻을 수 있게 됩니다. 레이스 속도에서 시스템식스는 현대식 레이스 자전거보다 3s/km 줄입니다. 이는 고독하게 투쟁하는 BA 그룹에서 매우 큰 시간벌이가 됩니다. 그리고 BA의 마지막에도 어김없이 피니시 스프린트가 있을 겁니다. 스테이지가 마지막 10km 남았을 때, 시스템식스를 탄다면 현대식 경량올라운드(슈퍼식스에보)보다 30초 먼저 들어오게 됩니다.

BA그룹의 라이더에게 이 차이는, 피니시 라인에 먼저 도착하느냐, 펠로톤에게 삼켜지느냐의 차이가 될 수도 있습니다. 


Descending

자전거를 타는 시간에서 내리막길도 평지, 오르막과 똑같이 중요한 부분입니다. 특히 다운힐은 '매우 많은 거리차로 차이를 벌리느냐, 또는 그 차이로 놓치느냐'를 의미합니다. 우리는 일반적으로 두 가지 조건으로 다운힐 퍼포먼스를 봅니다. 첫째는 페달링 없이 내려가는 것 (rolling), 둘째는 페달링을 하면서 내려가는 것.

우선, 페달링 없이 내려가는 다운힐을 생각해 봅시다. 공기역학적 드래그가 이 종단속도(terminal velocity)를 정의하는 주요 요소가 됩니다. 라이더가 시스템식스로 6% 경사의 내리막을 내려올 때 종단속도는 63.6km/h입니다. 현대적 경량 바이크를 탄 라이더가 거의 같은 속도로 6% 내리막을 내려오면 130W의 파워를 추가로 주입해야 똑같이 내려올 수 있습니다.

자- 그럼 라이더가 완벽하게 오랫동안 페달링 하지 않고 내려올 수 있는 더 가파른 경사도를 생각해 봅시다. 8% 경사의 기술이 필요 없는 내리막(non-technical descent)에서 브레이킹을 하지 않고 내려온다면, 시스템식스는 74km/h의 종단속도로 내려옵니다. 현대적 경량 자전거를 탄 라이더는 이 경우에 속도가 5.4km/h 느립니다. 만약 이 구간이 1km 이상이라면 둘 사이의 시간차는 4초 정도, 길 위에서는 거의 80m의 거리 차이가 있습니다.

이제 페달을 밟아야 하는 내리막길의 레이싱 시나리오에 대해 생각해 봅시다. 200W로 5% 경사도의 내리막을 내려가면, 시스템식스를 탄 라이더는 시속 61km로 내려갑니다. 경량 올라운드 자전거로 같은 라이더가 이 속도를 맞추려면 310W가 필요합니다. 200W와 310W의 차이는, 어떤 라이더는 속도를 유지하면서도 내리막에서 회복을 할 수도 있고, 어떤 라이더는 내리막에서도 한계점까지 밀어붙이며 라이딩을 한다는 차이가 될 수 있습니다.


Climbing 

앞서 논의한 바와 같이, 티핑 포인트는 질량(무게)이 공기역학보다 더 중요해지는 경사도입니다. 이것은 두 가지의 각기 다른 자전거 셋업 사이에서 자전거의 업힐 퍼포먼스를 해석하는 유용한 방법입니다. 특정 구간에서 속도를 얻거나 잃는 것을 확인하는 것보다 경사도로 보는 것이 쉽습니다. 10페이지의 '티핑포인트'에서 말했듯, 얼마나 많은 파워가 언덕에서 무게를 운반하는 데에 필요한지 숫자로 표시할 가치가 있습니다. 티핑포인트의 각각의 샘플 라이드에서는 시스템식스와 슈퍼식스에보를 각각 똑같은 라이더가 운행합니다. 이 라이더가 300와트를 고정으로 출력한다면, 라이더의 속도가 어떻게 변화할까요? 시스템식스에서는 같은 속도를 만들 때 경사도에 따라 와트가 어떻게 변화할까요? 아래 그림10에서 이에 답할 수 있습니다. 우리는 낮은 경사도와 고속에서는 시스템식스가 와트 절감 효과가 더 크다는 것을 알 수 있습니다. 기울기가 0% 라면 거의 30와트, 시속으로는 40km를 절약합니다. 경사도가 증가하면서 티핑 포인트에 가까워지면, 절감액이 감소하다가 뒤집혀버립니다. 티핑포인트인 6%, 그 이상부터는 가벼운 자전거가 유리합니다. 하지만 보시다시피 절감액은 적습니다. 경사도가 10% 이상일 때, 자전거가 1kg 더 가볍다면, 3와트 미만을 절약할 수 있습니다. 시스템식스가 평지에서 29와트를 절감하는 것에 비교하면 매우 적은 숫자입니다.


Not Just For Racing 

레이싱이라는 시나리오는 시스템식스의 퍼포먼스 이점을 드러내기 위해서 매우 선명하고 명확한 샘플 시나리오를 제공합니다. 하지만 시스템식스가 엘리트 레이서들만을 위한 자전거는 아닙니다. 모든 레벨의 라이더에게 매우 큰 이점을 제공합니다. 평지에서 시속 30km로 주행하세요. 이 속도는 대부분의 로드 사이클리스트들에게 편안한 크루징 속도일 것입니다. 로우 프로파일의 휠을 장착한 올라운드 로드 바이크와 비교하면, 시스템식스는 공기역학적 저항에 있어서 대략 17w를 절약할 것입니다. 이 페이스는 여러분의 전체 파워의 10%를 절감하는 것과 동일합니다. 몇 시간 동안 훈련 라이드를 한다고 했을 때 이 숫자는 중요하지 않다고 말할 수 없을 숫자입니다. 라이딩 할 때 속도를 높이게 된다면, 절감 효과는 더 증가합니다. 32km 시속에서는 20와트, 35km에서는 26와트를 절감합니다.



Acceleration 

지금까지 보여준 분석은 정상 상태(steady state : 물리적으로 상태를 결정하는 제량이 불변으로 유지되는 때, 또는 생체에서 내외적 활동이 동적 평형을 이루는 상태) 조건에 초점을 맞추었습니다. 레이싱과 트레이닝으로 사이클링에서 많은 시나리오가 나누어질 때는 가속은 무시해도 될 정도였지만, 이것이 보편적인 경우는 아닙니다.

무게에 관해서 우리가 가장 많이 받는 질문 중 하나는, 가속에 관한 영향입니다. 이것은 클라이머들이 제기하는 더 높은 프로파일의 휠을 사용하는 것에 대한 보통의 비판입니다. 만약 우리가 또다시 사이클링의 파워 방정식을 고려한다면, 변화하는 운동(kinetic) 에너지로 가속에 관련된 용어가 있음을 알 수 있습니다.

2.5초 만에 시속 20km에서 25km로 가속하는 것을 고려하십시오. 이는 2m/s2의 강력한 가속입니다. 이 가속을 하려면 우리의 레퍼런스 라이더는 280w가 필요합니다. 이 숫자는 경사도와는 무관합니다. 경사도는 잠재적 에너지(PE)에 영향을 미치고, 증가하는 기울기를 극복하기 위해 파워가 요구되고, 속도와 함께 증가합니다. 하지만 이것은 가속 그 자체와는 무관합니다. 예를 들어 7% 경사도의 클라이밍에서 시속 25km로 달리는 것이, 시속 20km로 달리는 것보다 74w의 와트가 추가로 필요합니다.

가속은 클라이밍과 마찬가지로, 전체 질량의 함수입니다.(라이더와 자전거 전체 무게가 연관이 있는 함수입니다.) 따라서 대부분의 에너지는 여러분의 신체 질량(무게)을 가속화하는 데에 소비됩니다. 자전거는 그다음 문제입니다. 자전거에서 1kg 증가하면 2m/s2로 가속을 수행하기 위해서는 추가적으로 3.5w의 힘만 필요합니다. 전체 파워에서는 1.3%가 증가하는 것입니다. 몸무게 75kg의 라이더가 7kg의 자전거를 타고 있다면, 1kg의 질량이 증가하는 것이 전체 시스템(라이더+자전거) 질량의 1%를 살짝 웃돌 뿐입니다. 

휠셋의 질량 차이를 고려하면, 자전거의 무게 증가가 가속에 거의 영향을 미치지 않는다는 것이 분명해집니다. 최악의 경우에는 휠셋의 질량이 100g 증가하는 경우 가속에 0.7w의 추가적인 힘이 필요합니다. 이것은 병진 가속과 회전 가속을 모두 고려한 것입니다. 그리고 모든 회전하는 질량은 타이어의 외부 반경에 집중되어 있다고 가정합니다. 가속할수록 공기역학적 저항이 빠르게 올라간다는 사실도 기억하십시오. 시속 20km에서 25km로 바꾸면 공기역학적 힘은 두 배가 됩니다. 여기에서 모델링을 한 것처럼 언덕에서 가속을 하는 경우에도 경량 휠셋의 이점이 거의 또는 전혀 없습니다.

더 높은 프로파일이 휠은 경량 로우 프로파일 휠과 비교했을 때 핸들링 특성이 약간 다릅니다. 평면이 아닌 입체적인 상황에서 추가적인 림의 질량과 공기역학적 저항은 둘 다 자전거가 굴러가는 것에 영향을 줍니다. 자전거를 기울여보았을 때의 느낌은 어떤가요. 이것이 하이 프로파일의 휠의 느낌이 다르게 느껴지는 점이겠지만, 이 느낌은 자전거의 측면에서 오는 것입니다. 이것이 속도를 결정하는 자전거의 전진 동작에는 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않습니다.

❻ Weight 

대부분의 라이딩 시나리오에서 무게는 공기역학을 위해 부수적인 역할을 하지만, 여러분은 필요로 하는 것보다 더 많은 무게를 가질 필요는 없습니다. 모든 것이 동일하다면, 항상 무게는 적으면 적을 수록 좋습니다. 강성을 희생하지 않으면서 시스템식스의 무게를 가볍게 하기 위해, 우리는 Hi-mod 카본 파이버를 사용했습니다. 이는 프레임 전체에 있어서 가장 훌륭한 재료이며, 사용 가능한 최고 성능이 카본 섬유 유형 중 하나입니다. 캐논데일 (그리고 대부분의 사이클링 업계)에서 최고 등급의 카본입니다. 이러한 고성능의 재료를 사용함으로써 프레임의 튜빙을 더 납작하게 만들 수 있었고, 무게를 상당히 증가시키지 않고서도 공기저항을 줄일 수 있도록 했습니다. 그림11은 시스템식스 하이모드의 프레임 무게입니다. 이는 페인팅을 하기 전에 스몰파트도 붙이지 않은 날것의 제조 형태의 무게입니다. 스몰파트까지 합하면 65g 이상이 증가합니다. 페인트 무게도 테마에 따라 다르지만 최대 70g까지 더 올라갈 수 있습니다.


❼ Handling and Ride 

Character

자전거가 반응성이 좋은지, 핸들링이 좋은지는 프레임 지오메트리와 튜빙 강성에 의해 좌지우지되는 것입니다. 캐논데일의 모든 레이스 바이크는 스티어링 반응성과 강성이 좋습니다. 우리 슈퍼식스에보가 다른 모델들과 차별화되는, 트레이드마크이기도 합니다. 제작 초기부터 시스템식스는 우리의 엘리트 레이스 플랫폼에 맞춰 스티어링 지오메트리를 입증할 수 있도록 개발하였습니다. 두 가지의 다른 포크 오프셋(45와 55mm)을 사용하여 사이즈 범위 전체에서 일관된 느낌과 핸들링을 제공하고, 작은 라이더라고 할지라도 타협하지 않았습니다.


Geometry 

시스템식스는 엘리트 레이스에 적합한 스택과 리치를 제공합니다. 이를 통해 라이더는 공격적인 길고 낮은 자세를 취할 수 있습니다. 하지만, 조정 가능한 콕핏과 스페이서를 갖추고 있어서 시스템식스는 일상적인 라이딩을 즐기는 라이더들을 위해서도 좋습니다.



Stiffness 

자전거의 강성은 스티어링을 할 때 입력되는 값과, 페달에 힘을 실어 파워를 누르는 값, 이 두 가지 모두 프레임에서 반응성으로 나타나며 이 느낌이 굉장히 중요합니다. 시스템식스는 우리의 입증된 슈퍼식스 에보에 의해 세팅된 값을 벤치마크하여 헤드튜브와 바텀 브라켓의 강성을 개발하였습니다.

강성은 이상적인 핸들링을 위해 보든 라이더의 사이즈마다 최적화하였습니다. 평균적으로 키가 큰 라이더는 가벼운 라이더들보다 힘이 세고 무겁습니다. 그리고 큰 프레임의 긴 튜빙은 종종 작은 프레임보다 강하지 않다고 여겨집니다. 이상적으로 헤드튜브 강성은 프레임 사이즈마다 증가되어야 합니다. 그림 13은 시스템식스의 사이즈 범위에 따른 강성을 보여줍니다. 여러분은 헤드튜브 강성이 프레임 사이즈별로 증가되는 것을 볼 수 있습니다. 모든 사이즈별로 이상적인 강성, 그 이상으로 위치합니다. 비비 강성은 사이즈마다 달라지며, 우리의 이상적인 목표를 초과하여 달성했습니다. 하이모드와 카본 프레임 모두 같은 강성을 가지고 있습니다. 그들은 또한 지오메트리에서도 동일합니다. 유일한 차이점은 레이업인데 하이모드에 비교했을 때 카본 프레임의 무게가 약간 증가합니다. (140g)



Comfort and Ride Feel 

편안함과 승차감은 모든 자전거의 중요한 요소입니다. 시스템식스를 초기에 디자인하면서, 우리는 현대 레이스 자전거의 느낌을 그대로 유지하면서 최대 속도 향상을 제공할 수 있기를 원했습니다. 우리가 자전거의 편안함을 고려할 때 순응성에 대해서 이야기합니다. 이는 수직 강성을 말합니다.

자전거의 시스템은 라이더와 도로 사이를 연결해주는 많은 컴포넌트로 구성됩니다; 타이어, 휠, 프레임, 시트포스트, 그리고 안장. 이 각각의 요소는 그들 자신의 강성을 가지고 있으며, 자전거 시스템의 전반적인 강성에 기여합니다. 프레임과 포크가 이것에 영향을 미칠 수는 있지만, 리지드 프레임에서는 순응성에 있어서 타이어가 일반적으로 가장 큰 영향을 미칩니다. 그리고 우리는 타이어의 강성이 타이어의 압력에 의해 결정된다는 것을 알고 있습니다. 여기에 큰 타이어를 쓰는 것의 이점이 있습니다. 큰 볼륨의 타이어를 쓰는 것이 더 많은 높이를 얻을 수 있으므로, 림을 바닥으로 내리지 않고서도 더 낮은 압력으로 주행할 수 있습니다. 시스템식스를 구상하면서 우리는 일반적인 레이스 자전거에서 쓰이는 타이어보다 더 큰 타이어로 세계 최고의 공기 역학을 가진 자전거를 만들게 되었습니다. 수많은 요즘 세대의 레이스 바이크는 여전히 적은 볼륨의 타이어에 최적화되어 있습니다. 특히 윈드터널 데이터를 나타낼 때에, 큰 타이어보다 볼륨이 적은 타이어가 더 수행이 잘 되기 때문입니다. 우리는 우리의 테스트에서 이를 봤었고, 보고되었으며, FLO Cycling에 의한 것입니다. 시스템식스는 최소 26mm로 이를 시작하며 이러한 추세를 극복합니다. 큰 타이어를 쓰는 것에 의해 라이더는 낮은 프레셔로 더욱 탄력 있는 라이드를 할 수 있고, 노면의 느낌을 개선할 수 있고, 편안함을 향상시킬 수 있습니다.





옮긴이의 마무리

요즘은 좋아하는 분야에 대해 (내용이) 깊은 글을 발견하면, 괜히 반갑습니다.
텍스트를 즐기는 사람들이 점점 적어지다보니, 조금 관심 있는 글이 너무 짧아서 아쉬울 때가 있고, 진득한 포스트를 찾아내고 싶은데 건질만한 것을 찾는게 어려울 때가 많아서인듯 합니다.

부디 전문용어가 난무하지만, 시간을 들여 자세히 읽어보면, 재미있는 이 백서가 에어로에 관한 상식을 넓혀주는 매개 역할을 하길, 그리고 시스템식스의 매력을 탐닉할 수 있는 바탕을 만들어주기를. 피이-쓰




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