О колесах… Часть 2, инерция

    • Filled in Tech Talk 23 Февраль 2011 в 8:30, author: Alexei
    • Views: 24 222.

    Продолжаем неделю велосипедных колес на astanafans.com. Первая часть была об аэродинамике.

    Это по-прежнему продолжение перевода статьи "Great wheel test 2008".

    Наша вторая установка используется для определения другой важной характеристики – инерции. Инерция имеет сильное влияние на общую производительность, также она должна рассматриваться в контексте общего веса байка и гонщика.

    Когда пересаживаешься с дешевого тяжелого комплекта колес на легкий, уровня high-end, необходимо меньше вращательной энергии и энергии поступательного движения.

    Требуется гораздо меньше сил на ускорение, да и в целом на езду на велосипеде. Попробуем определить, какой рост производительности можно ожидать.

    Протокол

    Колесо фиксируется горизонтально, ось располагается на подставке (упоре). Специальный ходовой вал с известным моментом инерции плоских сечений фиксируется к подставке и ободу колеса. Это действует, как торсионная пружина, как только колесо будет отпущено, оно будет двигаться с маятниковым движением. Этот период T будет записан.

    Мы можем вычислить инерцию колеса, в г/м², используя это значение.
    Чтобы представить измерения в Джоулях, мы посчитаем энергию, необходимую для ускорения с 0 до 30км/ч для каждого тестируемого набора колес:

    • С , скорость вращения колеса в радианах в секунду (рад/с). На 30км/ч это 24,54рад/с.
    • С , скорость в метрах за секунду (м/с). На 30км/ч, это 8,33м/с.
    • С m, массой соответствующих элементов, в кг.
    • С I, соответствующий момент вращения, в кг/м².

    В работе, необходимой для акселерации колеса с 0 до 30км/ч:

    • 40% вращательной энергии;
    • 60% энергии поступательного движения.

    Важен и выбор покрышек. В самом деле, раскручивание покрышки требует более половины вращательной энергии, потому что она располагается далеко от оси вращения: момент инерции компонента изменяется квадратично его дистанции от оси вращения (m x r²).

    Некоторые клинчеры требуют также флиппер (резиновая полоска, прокладываемая между ободом и камерой для предотвращения порезов камеры острыми краями спиц или спицевых отверстий), который добавляет 10-20г по периметру колеса. Очевидно, что возможно создать более легкие ободья на трубках, нежели аналогичные на клинчерах.

    Выбор покрышек, камер или трубок настолько же важен, как и выбор колес. В тесте использована 235 граммовая система (трубки или же набор клинчер + камера + флиппер).

    Результаты

    Мон-Венту

    Комплекты колес расставлены по порядку требуемой энергии:

    Энергия(Дж), необходимая для ускорения с 0 до 30 км/ч. Не ломайте глаза, дальше будет табличка

    Явно видно, что последние супер легкие колеса, типа Lew Racing, Lightweight, Tune KOM или Olympic Gold и Speedcomposites Sinus имеют наименьшую инерцию и требуют меньше энергии для ускорения.

    Lew Racing Pro VT-1 2008 Tune version: представитель группы отрыва и лидер текущего тестирования

    Первая группа от 77Дж до 88Дж создает небольшой отрыв до следующей группы, к примеру, до Mavic CCU.

    Очень легкие ободья, иногда высокие, дают преимущество в ускорениях по сравнению с более тяжелыми традиционными вилсетами.

    Первая группа: от 77Дж до 88Дж

    Тем не менее, несмотря на описанные преимущества, следует опасаться перекрестных ветров, так как легкие и высокие ободья начинают парусить в такой ситуации.
    В Lew придумали специальную вставку, которая по идее должна уменьшать удары воздуха, то есть, в теории, уменьшать эффект паруса.

    На Lightweight Ventoux, Reynolds KOM или Speedcomposites невысокий обод (менее 30мм) в большой степени уменьшает боковые силы, и управление не так сильно ухудшается на ветрах.

    Со стороны чистой аэродинамики такие колеса будут медленнее… но необходимо понять, что не существует идеальных колес на все случаи жизни!

    Если говорить о менее эксклюзивных колесах, то есть следующие наблюдения.

    Во второй группе от 95Дж до 115Дж, большинство имеют карбоновые ободья: Mavic CCU, Shimano carbon, Campagnolo carbon, Ritchey, Fulcrum, Easton, Corima, Zipp, Sonic, Vuelta, Citec Carbon, Ambrosio.

    Вторая группа: от 95Дж до 115Дж

    Единственный алюминиевый набор колес: Mavic R-SYS. Мавик использует здесь карбоновые спицы с низким натяжением, они это называют TraComp – дает возможность использовать меньше материала в ободе, как следствие, меньше инерция. В этой группе высокопроизводительные колеса, легкие и достаточно топовые в большинстве случаев.

    Далее группа более 115Дж в основном состоит из колес с алюминиевыми ободьями, за исключением нескольких прочных карбоновых колес (высокие тяжелые или сверхпрочные ободья).

    Колеса в этой группе самые обычные и разработаны для тренировок, любительских поездок, правда, цена на некоторые из них сравнима с топовыми гоночными моделями… Mavic Ksyrium, Specialized Roval особо не отличаются от American Classic 420 или Shimano, продающихся дешевле 300 или даже 200 евро. Мы говорим на данный момент только о такой характеристике как инерция, но ожидали большего от того, что производители называют "high-end wheelsets".

    Третья группа: более 115Дж

    Также очень дешевые колеса достаточно жесткие и относительно аэродинамичны… за их цену. Наиболее надежные и солидные из них: Campagnolo Scirocco, Fulcrum Racing 5 и т.д.

    Рост производительности?

    Если посмотреть на формулу Ньютона чуть выше, то мы можем вычислить энергию, сохраненную при использовании вилсета с небольшой инерцией в сравнении с тяжелыми колесами. Рассматриваем в контексте веса гонщика и велосипеда. Энергия поступательного движения важна, даже более важна, нежели энергия вращения.

    Для примера берем гонщика весом 70кг с байком в 5кг, экипированным набором Lew Racing Pro VT-1 Tune version 2007 и трубками в 235г. Общий вес байка и велосипедиста: 75кг.

    При смене вилсета на Mavic Aksium Race, то общий вес становится 76.74кг.

    В случае игнорирования сопротивления воздуха, трения в подшипниках и на дороге, а также цепи, то гонщик должен выдать 2649 Джоулей в первом случае для разгона с 0 до 30км/ч. Значит, необходимо выдать 265 Ватт для разгона до 30км/ч за 10 секунд.

    Если гонщик выбирает "тяжелые" колеса, ему необходимо примерно 2720 Джоулей, или 272 Ватта. По этому сценарию Lew имеют преимущество в 7 Ватт на 10 секунд, для разгона на небольшой скорости.

    Мы выбрали абсолютно противоположные примеры для иллюстрации. Очевидно, что разница меньше, если мы поменяем Campagnolo Hyperon на Eurus (около 3 Ватта).

    Далее можно увидеть результаты для 78 протестированных колес:

    Модель *Энергия (Дж) Вес (г) **Дополнительная мощность (Вт)
    Lew Racing Pro VT-1 2008 Tune version 74 820 0,00
    Lew Racing Pro VT-1 2007 Tune version 77 899 0,30
    Lew Racing Pro VT-1 2006 WI version 78 924 0,40
    Tune Skyline KOM 2006 79 885 0,50
    Lightweight Ventoux Obermayer 2006 81 933 0,70
    Lightweight Obermayer G1 2005 20/20 84 1065 1,00
    Lightweight Obermayer G3 2008 16/20 84 990 1,00
    Reynolds KOM 2008 85 1037 1,10
    Lightweight Standard G3 2008 16/20 86 1090 1,20
    Roval Alpiniste SL Carbon 2008 86 1039 1,20
    Lightweight Ventoux DT 2008 86 1039 1,20
    Lightweight Standard G3 2008 20/20 87 1103 1,30
    Speedcomposites Sinus 2007 24/28 87 1073 1,30
    Tune Olympic Gold 2005 88 1075 1,40
    Zipp 202 2008 89 1075 1,50
    Reynolds DV UL 46 2008 93 1164 1,90
    Topolino VX 4.0 2008 93 1169 1,90
    Mavic Cosmic Carbone Ultimate 2007 94 1205 2,00
    Shimano WH-7850 C24 TU 2008 96 1245 2,20
    Campagnolo Hyperon 2006/2008 97 1255 2,30
    Ritchey WCS Carbon 2005 97 1295 2,30
    Corima – Tune – Aerolite 2007 98 1245 2,40
    Shimano WH-7801 Carbon 2006 98 1305 2,40
    Easton EC90 SLX 2008 98 1256 2,40
    Zipp 404 2008 99 1274 2,50
    Sat Lite 5.8 2008 100 1328 2,60
    Bontrager Race XXX Lite 2008 100 1296 2,60
    Corima Aero 2007 101 1455 2,70
    Easton Tempest II Carbon 2005/EC90 Aero 2008 101 1380 2,70
    Fulcrum Racing Speed 2006/2008 102 1350 2,80
    FSA K-Force RD480 2008 102 1354 2,80
    Campagnolo Bora G3 2005/2008 103 1400 2,90
    Xentis Mark 1 2005 103 1455 2,90
    Bontrager Race X Lite Carbon Aero 2005 105 1420 3,10
    FRM FL-R 23 SD Aerolight 2006 105 1335 3,10
    Mavic R-SYS 2007 105 1374 3,10
    Zipp 808 2007 107 1455 3,30
    Fulcrum Racing Light 2008 107 1401 3,30
    Vuelta Carbon Pro WR 2006 108 1510 3,40
    Shimano WH-7850 C50 TU 2008 109 1489 3,50
    Shimano WH-7801 Carbon 50 2006 110 1540 3,60
    Sonic Hyper 50mm 2008 110 1436 3,60
    Corima Turbospoke 2006 111 1645 3,70
    Xentis Mark 1 TT 2007 111 1594 3,70
    Citec 6000 Cx Carbon 2007 112 1504 3,80
    Pro RC50 2008 112 1596 3,80
    Ambrosio X-Carbo 2005 114 1655 4,00
    CKT Splendor 2005 115 1565 4,10
    Bontrager Aeolus 5.0 2008 118 1545 4,40
    American Classic 420 2007 119 1553 4,50
    Mavic Ksyrium ES 2006 120 1545 4,60
    Xtreme Light Wheels 2007 120 1609 4,60
    A-Class ALX 440 SL 2007 121 1616 4,70
    Campagnolo Eurus 2006 123 1590 4,90
    FSA RD-600 2006 124 1650 5,00
    Spinergy Stealth Full Carbon C 2008 125 1698 5,10
    Citec 3000S Aero 16 rayons 2006 127 1625 5,30
    Citec 3000S Aero 2005 129 1695 5,50
    HED 3 2006 129 1940 5,50
    Shimano WH-R561 2007 129 1804 5,50
    Shimano WH-R550 2007 130 1824 5,60
    Easton Vista SL 2007 131 1775 5,70
    Specialized Roval Rapid Star Carbon 2007 131 1847 5,70
    Shimano WH-R560 2006 132 1840 5,80
    Mavic Cosmic Carbone SL Premium 2008 132 1849 5,80
    Mavic Ksyrium Equipe 2007 133 1856 5,90
    Fulcrum Racing 7 2007 134 1873 6,00
    Ritchey Pro 2007 135 1876 6,10
    Campagnolo Scirocco 2007 136 1869 6,20
    Fulcrum Racing 5 Evolution 2007 137 1888 6,30
    Campagnolo Vento 2007 139 1883 6,50
    Mavic Aksium race 2007 141 1973 6,70
    Mavic Aksium race 2006 143 1965 6,90
    Mavic Cosmic Carbone SL 2005 143 1985 6,90
    Ambrosio XXL 2008 145 2108 7,10
    Gipiemme Carbon 5-5 2005 148 2040 7,40
    Rose Aerospoke 2006 165 2450 9,10

    *Энергия, необходимая для ускорения с 0 до 30км/ч (в Джоулях). Включает энергию вращения и энергию поступательного движения.

    **Дополнительная энергия (Ватты), необходимая для ускорения с 0 до 30 км/ч за 10 секунд относительно лучших колес. Это включает гонщика 70кг и 4.1кг велосипед (без колес и 5 килограммовый велосипед с легчайшими вилсетами).

    Заметка: с 210г системой покрышек вместо 235г сохраняется около 4Дж энергии, то есть около 0.4Вт на каждое ускорение с 0 до 30км/ч.

    Выводы

    Мы можем вывести несколько важных заключений из данного сравнения. Определенно, лучше всего иметь два набора колес, оптимизированных для различных условий:

    • Первый алюминиевый, достаточно дешевый. Стоит помнить, что топовые колеса из алюминия у больших производителей не такие уж и дорогие. Тем не менее, разница в инерции между Campagnolo Eurus или Mavic Ksyrium ES (оба около 900 евро) и Shimano WH-R561 (менее 300 евро) близка к нулю. В аэродинамике мы продемонстрировали, что эти дорогие алюминиевые колеса медленнее малобюджетных вилсетов..!

      Еще представители третьей группы, >115Дж

    • Второй набор с карбоновым ободом. Здесь мы тратим сэкономленные на дешевых колесах средства, так как преимущества в производительности более заметные. Можно взять очень легкий wheelset, который поможет сберечь энергию благодаря высокопрофильным ободьям и небольшой инерции. Выбор среди группы от 95 до 115Дж, или же из "группы отрыва" (до 95Дж), в случае наличия финансовых возможностей. Кастомные колеса, изготовленные вручную, явно одни из лучших по соотношению производительность/цена.

    И последнее, но не менее важное. Не забывайте о покрышках! Они имеют большое влияние на общую производительность: их инерция составляет около половины легкого колеса, а сопротивление качению также важно, как и избыточный их вес.

    Глоссарий

    Кинетическая энергия: измеряется в Джоулях, это энергия, требуемая для изменения скорости объекта из величины скорости A в значение B. Кинетическая энергия растет квадратично скорости.

    Инерция: явление сохранения скорости тела в случае, если внешние воздействия на него отсутствуют или взаимно скомпенсированы. Инерция похожа не кинетическую энергию на данной скорости.

    Момент инерции: идентичен обычной инерции, только для движения вокруг оси.

    Момент инерции плоских сечений: свойство физической формы, которое используется для прогнозирования сопротивления к искривлению и отклонению (для спиц актуально).

    --

    Оглавление по частям:

  • Related Posts

      -- enable recent posts plugin --
  • Leave a Reply

    Анти-спам: выполните задание