Astana Cycling Team

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 w², скорость вращения колеса в радианах в секунду (рад/с). На 30км/ч это 24,54рад/с.
• С v², 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:

*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:

• Часть 1: аэродинамика
• Часть 2: инерция
• Часть 3: жесткость