스크랩 Cervelo Soloist Carbon 제작기

[엠티비매니아]

출처 : http://blog.naver.com/sjkima0/110046299583

Cervelo Soloist Carbon을 지른 기념으로 이 프레임이 어떻게 만들어지게 되었는가에 대한 슬라이드를 소개해 봅니다. ㅋ

FM28은 Soloist Carbon(현재 S2)의 프로젝트 이름이었습니다.
이 슬라이드에서는 FM28 프로젝트의 목표, 디자인, 연구 개발 과정, 테스트 과정에 대한 이야기가 소개 될 것입니다.

 

Soloist Team 모델은 2000년도 부터 개발이 시작되어 스마트월 기술등이 개발 되어
공기역학적이면서 어느정도 강성과 무게면에서 경쟁력있는 프레임을 만들게 됩니다.

2003년까지 몇가지 부분이 수정되어 Bjarne Riis에 의해 Team CSC의 스프링캠프에서부터 팀카로 사용되게 됩니다.
2년후 대회 우승 기록은 끝없이 늘어 났습니다.

( 무명의 Cervelo에서 Bjarne Riis에게 방문하여 처음에는 자신들이 스폰스 할 수 있게 해달라며 제안을 하였다고 합니다.
하지만 Riis는 그리 긍적정인 대답을 하지 않았다고 하네요. 아마도 실질적으로 거부 의사를 표했나 봅니다.
하지만 사무실을 나가면서 Soloist Team을 사무실 귀퉁이에 놓고 나갔다고 합니다.

그리고 몇 일후, Riis가 Cervelo에 연락해서 스폰서 계약을 하자고 연락이 왔었다고 합니다.
아마도 Riis가 남겨진 자전거를 호기심에 그냥 타보고 그 우수성을 알고 바로 계약을 한게 아닐까 합니다.
실제로 그 당시 이루어진 계약에는 추가 스폰스 금액이라던가 별도의 장비 공급에 대한 계약은 전혀 없고
오직 Cervelo는 프레임만 제공하는 방식으로 계약이 되어있었다고 합니다.

지금 진행되고 있는 Specialized와는 크게 다르다고 할 수 있죠. Specialized는 큰 금액을 별도로 지원하기로 계약되어 있습니다.)

R2.5는 Soloist Team과 함께 같이 이용되던 자전거 였습니다. 풀 카본 프레임이었는데, 카본 러그를 이용한 경량 바이크였죠.
위의 사진은 2003년도에 TDF stage 13에서 우승할 당시의 사진입니다.

R2.5의 마지막 버전은 1000g이 조금 넘는 수준이었다고 합니다. Paris-Roubaix에 사용될 만큼 충분히 견고했고,

산악 구간에 이용될 정도로 충분히 가볍기도 했었다고 합니다.

신규 제품의 목표는 극강의 로드 프레임을 만드는 것입니다. 기존 Soloist의 강점과 R2.5의 강점을 모두 갖춘 자전거 말입니다.

- 기존 Soloist 보다 좋은 공기역학적 성능
- R2.5보다 15% 이상의 BB 강성
- R2.5보다 15% 이상의 뒤틀림 강성
- R2.5의 무게

디자인 과제

1) 이미 바람이 흐트러져서 흐르게 되는 곳에서는 강성을 올리기 위해 튜빙을 오버 사이즈화 한다.(예를 들어 BB 부근)
2) 카본소재를 잘 골라서 두께등을 조절하여 배치한다. 스마크월 기술을 카본에 적용하여 두께를 다르게 적용한다.
   a) 튜빙 두께에 변화를 준다.
   b) 강성이 다른 카본을 적절히 이용한다. (일반적으로 강성이 높은 카본은 더 무겁습니다.)
   c) 방향성을 고려해서 카본을 배치한다.
3) 에어로 튜빙은 헤드튜브와 BB 그리고 싯튜브와 탑튜브가 만나는 곳에서 넓은 보강 가능한 면적을 제공한다.

무게 대 강성을 늘리는 가장 쉬운 방법은 오버사이즈화 하는 것이다. 하지만 Soloist Carbon의 공기역학적 설계 때문에
대부분의 공간에서는 오버사이즈화 하는 것이 불가능하다. 크게 공기역학적 성능에 영향을 주지 않고 오버사이즈가 가능한 곳은
몇 군데 있기는 하다.

이러한 설계는 자전거의 목적에 따라 달라진다. 무게/강성/공기역학성능 어느것이 중요하느냐에 따라 설계는 달라진다.
그래서 Soloist Carbon고 TT차인 P3 carbon의 BB 디자인이 다른 것이다.

그래서 Cervelo에서는 크게 공기역학적 성능을 감소시키지 않는 3군데에서 오버사이즈를 하였다.

BB 부위는 크랭크에 의해 이미 공기의 흐름이 흐트러져 있기 때문에 크게 공기역학적 성능을 기대하기 어렵다.
그래서 이곳을 68mm 까지 오버사이즈화 했다. 그리고 다운튜브와 싯튜브까지 부드럽게 연결 되도록 해서 힘이 보다

더 잘 전달 되도록 하였다.

이 설계로 Soloist와 R2.5를 뛰어넘는 성능을 가지게 된다.

 

BB와 체인스테이 연결부

대부분의 프레임은 BB에서 체인스테이로 부드럽게 연결되어 있지 않다.

이것은 BB에 걸리는 부하가 체인스테이에 효과적으로 옮겨지지 않음을 의미한다.

그건 이 부분에 보다 많은 스트레스를 주게 되고 동시에 필요이상으로 측면으로 비틀어지는 것을 만들게 된다.

Soloist Carbon의 BB의 크기를 키움으로서 BB에서 체인스테이까지를 부드럽게 연결이 가능하게 된다.

그로인해 추가 보강재 없이 강성이 보다 강해지는 것을 알 수 있다.

체인스테이

체인스테이는 가능한 오버사이즈 되었습니다. 하지만 한계는 있습니다.

바로 크랭크 등의 구동계와 문제를 일으킬 수 있기 때문입니다.
그래서 Cervelo에서는 크랭크 제조사들에게 spec이 아닌 실제 수치에 대하여 문의하였고 이를 바탕으로

구동계와 문제를 일으키지 않을정도까지만 체인스테이를 오버사이즈화했습니다.

이러한 오버 사이즈의 결과로 위의 그림과 같은 결과를 얻었습니다.
왼쪽은 기존 R2.5 오른쪽은 Soloist Carbon입니다.

R2.5대비 48%의 무게 대 강성비를 향상 시킬 수 있었습니다.

 

스마트월 카본

무게 대 강성을 최적화하기 위해서 카본에서도 알루미늄에서 적용된 스마트월의 기술을 이용하였습니다.
옆의 그림은 에어로 다운튜브입니다.

1) 그림상 아랫쪽과 위쪽에서 선이 만나 겹쳐지는 곳에서는 강성과 강도를 위해 보강할 필요가 없는 곳입니다.
   그래서 이곳은 두께를 얇게 만들었습니다. 이 곳은 두껍게 해봐야 수직으로 강성이 생겨 승차감만 나빠집니다.
2) 측면 강성을 위해 옆면에는 보강재료를 추가합니다.

* 실제 겹쳐지는 곳은 그림 보다 훨씬 복잡합니다. 그림은 설명을 위한 예일 뿐입니다.




스마트월 카본 - 강성

당신은 종종 프레임 메이커가 그들의 카본 프레임은 100% M30으로 만들었다거나 T700으로 100%만들었다는

이야기를 들었을 것입니다.

그러나 엔지니어라면 카본 프레임은 완전히 하나의 물질로 만들어서는 절대 좋은 프레임이 될 수 없다는 것을 알고 있습니다.
프레임의 다른 영역에는 그에 따른 다른 구조와 다른 물질 특성이 요구됩니다.

어떤 카본은 뛰어난 강성를 제공하지만 강도는 무척 나쁠 수 있습니다. 또 다른 것은 반대일 수 있고,

또 어떤 것은 그 중간쯤일 수도 있습니다.

모든 영역에 최상의 능력을 발휘하는 카본은 없습니다. 오른쪽에 나오는 선택표를 참조하세요.

넓게 겹치는 부분에 의해 이미 에어로 튜빙은 강도가 좋습니다.

그래서 스마트월 영역은 완전히 강성만을 신경써서 만들어 질 수 있습니다. 그래서 초고강성 카본을 쓸 수 있는 것입니다.

 

자전거 산업에서, 카본은 종종 검은 알루미늄으로 비유됩니다.
이것은 카본이 많이 다른 요구사항과 기회를 제공함에도 불구하고 자전거 산업이 얼마나 전통적 사고방식의 디자인이
얼마나 많은가를 보여줍니다.(즉 카본은 기존 알루미늄과는 완전 다른 것임에도 불구하고 기존 설계 방식으로
카본 소재를 그저 사용할 뿐이라는 이야기입니다.)

알루미늄은 모든 방향에 동일한 성질을 가지고 있는 물질입니다. 하지만 카본은 굉장히 방향적 특성을 가지고 있습니다.
특정 방향으로는 매우 강성이 높고 강도가 높을 수 있습니다. 하지만 다른 방향으로는 그렇지 않을 수 있습니다.

카본 스마트 월 - 배치

이러한 지식을 사용하는 간단한 방법은 에어로 튜브의 스마트월 부분에서 섬유를 하나의 축으로 정렬하는 것이다.

그러나 결과는 실제로는 참담했다.

그것은 이 영역의 강성을 올려 주지만, 나머지 다른 튜빙 부분과 겹쳐지는 나머지 부분의 부하가 스마트월 부분으로

전달이 되지 않고 다른 BB나 헤드튜브로도 전달이 되지 않았다.

그래서 12번째 프로토타입에서 주된 축에 정렬된 카본 섬유와 다른 영역으로 부터 오는 부하를 전달하기 위한 각도로

정렬되어 있는 카본 섬유들이 배치 되었다.

- 정확한 배치에 대한 내용은 기업 비밀입니다.



강성을 위한 보강재

에어로 튜빙에서 무게 대 강성을 최적화하기 위한 도전을 하는 동안, 어떤 영역에서는 에어로 튜빙으로 인해 약간의 도움이 되기도 했다.
커다란 수직의 튜브는 하나의 튜브에서 또 다른 튜브로 연결되는 곳에서 커다란 보강재 역활을 하게 된다.
여기에서는 헤드튜브, BB 그리고 싯 클러스터 부분이다.

(실제로 이러한 보강은 2009 Cannondale Supersix Hi-mod 프레임에서도 적용되어 헤드튜브 부근의 강성을 강하게 만들기 위해
헤드튜브,다운튜브, 탑튜브 간을 연결하는 얇고 넓은 보강재가 추가 되었습니다.)

고강성의 BB, 체인스테이 영역의 조합으로 R2.5보다 16.5% 더 강성이 높게 나왔습니다.




뒤틀림 강성은 R2.5보다 16.8%가 높게 나왔습니다.

 
프로토타입 만들기

FM-28은 Cervelo 프로젝트 사상 가장 빠르게 프로토타입 만드는 것이 되었습니다.
4월 중순(Giro가 시작되기 2주전)에서 6월 중순(TDF가 시작 되기 2주전)까지 이루어졌으며,
12개의 프로토타입이 만들어지고 연구소와 실제 도로상에서 테스트 되었습니다.




연구소 실험

한번 금형이 만들어지면, 연구소에서 실험을 하게 됩니다.
FEA에 의한 컴퓨터 분석보다 훨씬 빠르기 때문입니다.

이상적으로는 한번 금형이 만들어지면, 카본의 배치만 바꾸면서 테스트하지, 프레임 형상 자체는 변경하지 않습니다.
금형의 제조비가 많이 들기 때문인데요. Soloist Carbon의 경우 짧은 프로토타입 테스트 기간으로 인해
시간을 단축하기 위해서 금형을 추가로 다시 한번 만들었습니다.

로드 테스트

여러가지 개발 단계에서 Soloist carbon 프로토탑입은 계속 실제 도로에서 테스트 되었습니다. Team CSC에 의해서 100번이 넘는 실제
프로 투어 레이스를 거치게 됩니다.

이러한 도로 테스트에서 나온 의견들은 가치를 따질 수 없는 소중한 것들입니다.

 

결과물

프랑스 잡지 Le Cycle에서 실측 중량을 보았을때에 2005 TDF에 나온 자전거중 가장 가벼운 자전거로 Soloist Carbon을 꼽았습니다.
그리고 가장 가벼우면서도 유일한 에어로 디자인의 프레임이었습니다.

결과물들

각종 수상과 대회 기록들.....






각종 언론에서의 칭찬들....



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사실 Soloist Carbon이 출시 된 시점이 벌써 4~5년이 다 되어 갑니다.
그럼에도 불구하고 아직도 약간의 수정만 이루어진 상태로 계속 펠로톤 안에서 강력한 위용을 떨치고 있습니다.
(물론 모델 체인지는 크게 하지 않았지만 내부적으로는 계속 작은 개선이 이루어지고 있었을 겁니다. 좋은쪽으로든 나쁜쪽으로든 말이죠)

물론 프로레이스의 결과는 프로라이더들이 만드는 것이지 절대 장비가 만드는 것은 아닙니다.
하지만 최소한 발목을 잡는 장비는 아니라는 것을 증명하는 것이 아닐까 합니다.

제가 개인적으로 Cervelo를 좋아하는 이유는 그들은 그들이 왜 뛰어난지를 과감히 기술이나 정보를 공유하고 적극적으로 알립니다.
어떠한 추상적인 것이 아닌 구체적인 이유를 들어 왜 그들이 뛰어난지에 대해 설명하고 있습니다.

저는 그러한 것이 좋습니다.
단지 아련하게 다가오는 추상적인 뉘앙스가 아닌 실제적인 것
그리고 그 실제적인 것에 대하여 자신있게 알릴 수 있는 것
그리고 그들이 옳다고 믿었던 것들을 끝까지 고수하고 이러한 철학이나 방향을 몇년 후에 다른 업체 들이 따라 오는 것을 보는 것

사실 Cervelo는 커다란 업체가 아닙니다. 작은 자전거 회사입니다. 자전거 업계에서도 작은 회사에 속합니다.
그러나 그들은 그들이 우수하다고 이야기해왔던 것들이 정말 우수하다는 것을 다른 업체들을 통해서 보여주고 있습니다.

에어로 다이나믹 디자인을 로드 바이크에 도입하는 것 (Felt, Look, Ridley 등등)
무게 대 강성을 최대로 올리기 위한 사각 튜빙 ( giant 등등)

많은 회사들이 몇년 전에 이미 Cervelo에서 시도한 것들을 이제서야 따라서 하고 있습니다.
즉, 그들이 옳았다는 것을 이야기하는 듯 합니다.

여기서 멈추지 말고 Cervelo가 계속 이러한 작업들을 계속 해주었으면 하는 것이 개인적인 소망입니다.

결론은 Soloist 만쇄~~~~ 좋아염 ^^