奥运器材|打破传统设计 英国队Hope HB.T战车

克里斯·博德曼 (Chris Boardman) 在1992 年巴塞罗那奥运会上使用一台革命性变化的Lotus Type 108创造了4000米个人追逐赛的世界纪录。而在本次东京奥运会上，英国队所使用的场地车是备受关注独一无二的Hope HB.T场地自行车。全新的HB.T场地车是由三家英国公司Hope 和Lotus联合打造的，并由Renishaw提供3D打印钛部件，为英国场地车运动员提供最好的装备以取得更好的成绩。

Lotus Type 108

Lotus（路特斯）相信大家都不陌生，这是一家以制造轻量化空气动力学跑车而闻名的汽车公司，过去曾涉足 F1。创始人Colin Chapman以专注于轻量化而闻名，目前路特斯最新发布的一款纯电动超跑Evija可实现整车总重量只有1680公斤，2000匹马力。Hope HB.T场地车上，只有在前叉的位置能看到Lotus的LOGO。

Hope在公路领域涉及的零部件较少，在过去20年里，Hope专注于制造碟刹制动器、花鼓和中轴，全部采用CNC加工而成。几年前，Hope决定投资碳纤维，首先推出车把和座管，积极的推动碳纤维的发展，从而累积更多的经验技术。

Hope HB.T整车的设计较为激进，在设计初期所有的品牌厂商都在提高自行车本身的空气动力学性能，把自行车的气动效果提升到了极致。不过，当车手骑在上面时，气动效果会被完全破坏，车手占据了80%的阻力；上半身的阻力只能通过骑行服、头盔和骑姿来营造更好的气动效果，而下半身只能打破车架传统设计，结合骑手本身来打造一台人车合一拥有最佳气动效果的战车。

正如Hope设计工程师Sam Pendred所说：“提升自行车气动效果还需对车手腿部周围的空气阻力进行优化，与其设计空气动力学自行车，不如将自行车和骑手作为一个整体。”所以，在打造HB.T时考虑到，可以设计出一辆非常符合空气动力学的自行车，但骑手是主要问题，一旦骑手骑上自行车，这就成了空气动力学的主要问题，所以如果将骑手作为一个整体来设计自行车，可以得出一些不同的结论。

试图将骑手腿周围的空气排出，前叉和后叉同样采用刀片形状设计，与骑手的腿保持一致有助于优化周围的气流，从而减少阻力。

在正面看的话，前叉和后上叉在骑手踩踏板时与他们的腿成一直线，因此有助于有效地引导空气绕过骑手的腿，从而减少空气阻力。通常，大多数场地自行车会将前叉和后叉位置紧挨着，以减少正面撞风面积，但这次HB.T让我们看到前叉离车轮越远来提升整体的气动效果。

据称，与传统自行车相比，该设计可减少多达3%的阻力。这听起来可能不多，但是在这钟以毫秒为单位争夺的比赛中，3%可能会产生巨大的差异。

立管上的UCI贴纸表明该设计已获得UCI批准，这也是按UCI规则手册来管理自行车的设计，自行车的所有方面都必须遵守的严格参数。  

碳纤维车架的制造由Hope完成，该项目由复合材料工程师Chris Clark主导，他曾参与了最初British Cycling设计的场地自行车。

Hope制造车架，而Renishaw提供整车的3D打印钛合金部件，Lotus同时制造碳纤维前叉和钛合金车把，然后最终由Hope对整车进行组装调试。

复杂的工艺这将是一场制造噩梦，极端的管型和错综复杂的细节，Sam承认，与30年的CNC工艺相比，对于一家在碳纤维方面欠缺经验的公司来说，这绝对是一项挑战。

Sam：“对我们来说，总是会有挑战，因为这不是我们以前做过的事情。我们只生产过碳纤维山地自行车车架以及其他一些碳纤维产品。但事实上它是一辆场地自行车，与我们目前使用的碳纤维相比，它使用了不同类型的碳纤维，而且我们必须将后下叉作为一个整体成型融入到车架中，这表明它对我们来说是一个不同的挑战。”

Sam：“但我们有能力制造自己的模具，实际上在确认设计之前，我们已经制造了自己的测试模具，并在实际投入生产之前开发了自己的制造方法，以确保我们有能力生产这辆自行车。所以，过程中一路面临挑战，但我认为我们有能力，以及我们有专业的设施，使我们能够灵活地克服挑战。”

正如Sam所说，Hope公司真正在行的是在模具上进行CNC加工，从而能够完全控制整个过程，并且可以相对容易和低成本的进行快速修改。模具是为该车架实际生产的重要因素，Hope可以实现自己加工，制作各种不同尺寸的模具，从而为车架提供更大的灵活性，有效的制作生产车架。

制作碳纤维车架并不是一个快速的过程，首先需要花费时间来制作模具，然后再制作每个车架。从第一片碳纤维放入模具中，再到成型，其精度达到了奥运会上所期望的精度。

没有油漆增加重量，做工质量一目了然，制造过程中不仅要节省时间，还要确保再生产中达到最高质量的目标。必须提供足够的强度与硬度，以承受车手输出的强大力量。与此同时在保证车架刚性的同时还得平衡车架的重量。

刚性和重量显然会影响性能，因此在研究和开发中，需采用不同的外观设计和不同的管形和轮廓，以便实现该车架提供空气动力学特性，同时也要保证车架刚性和尽可能轻的重量。

碳纤维虽然被广泛运用，但它也有局限性，对于车架上复杂的零部件，则采用3D打印钛合金制作。HB.T车架上的钛制零部件是由Renishaw公司开发的，他们在自行车领域有一定的经验，联合Hope和Lotus为英国队联合打造场地自行车。

通过3D 打印钛合金可以将复杂的零部件完成生产，有效的保证重量和刚性的优势，这在碳纤维或金属加工中很难实现，再将这些3D打印部件在后叉及前叉和后管连接车架的位置粘合到碳纤结构上。

Hope不仅制造了碳纤维车架，还需制造轮组，为此开发了一种新工艺。通常，封闭碳轮是分成两部分，将车圈与花鼓粘合在一起制成的，但Hope开发了一种模具，可以一次性生产整个车轮，从而生产出碳壳式结构，这样不会破坏轮组的碳纤结构，获得更轻重量的同时还能使强度更高，车轮更圆。

该车架目前生产的其中大部分都是为东京奥运会制作，Hope也无法预测这辆自行车的需求量有多大，生产能力将是一个问题。在接下来的时间里，还会为其开发新的公路自行车系列及山地车自行车系列。

编辑：耀