공기저항 및 강성을 고려한 선수용 자전거 프레임 설계

Abstract

경기력 향상을 위한 자전거 프레임을 제작하기 위하여 주행 시 자전거 프레임에 발생하는 항력을 고려한 공기역학적 설계가 필요하다. 이를 위해 국제 사이클연맹 규격에 맞추어 초기 프레임을 설계 및 제작을 하였고 프레임에 발생하는 항력을 정량적 척도로 판단하기 위하여 항력계수를 이용하였다. 자전거 프레임의 공기저항을 최소화하기 위해 프레임 단면의 파라미터 설계를 실시하여 최적의 프레임의 형상을 도출하였다. 또한 자전거 프레임은 주행 시 선수에 의한 하중을 견딜 수 있어야 한다. 구조적인 측면에서 안정성을 갖춘 프레임을 제작하기 위하여 국제 사이클 연맹규격에서 제시하는 하중조건을 근거로 프레임의 강성을 평가하였고 이를 통해 선수용 자전거 프레임을 개발하였다.

To improve cycling performance, the power output of the rider and the sources of resistance (e.g., air resistance, frame stiffness, and cycle mass) must be considered. From a mechanical viewpoint, we consider how the bike frame performance can be increased while decreasing the resistance. First, to improve the competitive ability of a racing track cycle, we should consider the stiffness of the bike frame including the pedal loading and aerodynamic effects when riding. Therefore, we obtained the cross-sectional area of each part of the bike frame and then aimed to minimize the drag force through an aerodynamic parametric study. In addition, the frame should remain safe under the loading applied by the rider. Under the guidelines of the UCI (union Cycliste Internationale) regulations, the bike frame has been evaluated under the proposed loading condition, and we developed a racing track cycle for elite cyclists.