Là vành khí động học có giá trị trọng lượng bổ sung?

Tôi đã có ấn tượng rằng giảm trọng lượng của bánh xe của bạn là quan trọng. Tuy nhiên, tôi nhận thấy rằng nhiều vành khí động học cực kỳ cao cấp thực sự nặng hơn so với vành rẻ hơn của cùng một nhà sản xuất.

Ví dụ:

• Đồng hồ bánh xe EA90 SLX tương đối cấp của Easton ở mức 1398 gram và khoảng 1000 đô la cho một cặp, trong khi EC90 TKO siêu cao cấp của họ là 1545 gram với giá gấp đôi.

• Các bánh xe Kysrium Elite S của Mavic là 1520g và rẻ hơn một phần ba so với các bánh xe Cosmic Carbone 80 cao cấp của họ ở mức 1640g.

• Móc khóa 30 của Zipp chỉ có giá 850 đô la cho một cặp ở mức 1655g trong khi Móc khóa Carbon 808 Firecrest® của họ có giá 3000 đô la và nặng 1730g.

Rõ ràng giá cả dường như ủng hộ ý tưởng rằng khí động học quan trọng hơn vài trăm gram trọng lượng, nhưng tại thời điểm nào thì trọng lượng tăng thêm bù đắp cho mức tăng? Hay là tầm quan trọng của việc giảm trọng lượng quay quá mức ?

Rõ ràng giá cả dường như ủng hộ ý tưởng rằng khí động học quan trọng hơn vài trăm gram trọng lượng, nhưng tại thời điểm nào thì trọng lượng tăng thêm bù đắp cho mức tăng?

Một phép tính chính xác sẽ phụ thuộc vào tổng khối lượng của bạn và chiếc xe đạp của bạn, tốc độ của bạn, gió, góc của nó, cho dù bạn đang leo, trên mặt phẳng hay đi xuống và tốc độ bạn đang đi (hoặc sức mạnh bạn ' đang đưa ra). Tuy nhiên, chúng ta có thể ước tính sân bóng của nhiều biến số đó để có câu trả lời gần đúng.

Giả sử bánh xe aero tăng thêm 100 gram tổng khối lượng so với bánh xe "cổ phiếu" và đổi lại, giảm diện tích kéo của bạn, CdA, bằng 0,005 m ^ 2. Đó là một cải tiến sân bóng cho bánh xe aero hợp lý so với vành hộp tiêu chuẩn, mặc dù đối với các bánh xe được thiết kế cực kỳ tốt, bạn có thể thấy có thể tăng gấp đôi sự khác biệt đó (~ 0,01 m ^ 2) hoặc nhiều hơn, đặc biệt là ở góc nghiêng cao.

Phương trình công suất cho một chiếc xe đạp được hiểu rõ và được đưa ra trong câu trả lời của Xe đạp Stackexchange này . Do đó, để xác định điểm thích hợp nhất để đánh đổi trọng lượng thấp hơn cho lực cản khí động học, chúng ta có thể thay thế các giá trị phù hợp cho khối lượng, tốc độ, độ dốc, v.v. và vẽ biểu đồ tiết kiệm năng lượng, như được thực hiện ở đây.

Hình dưới đây so sánh một tay đua 80 kg cộng với xe đạp với vành hộp tiêu chuẩn so với một tay đua 80,1 kg cộng với xe đạp với vành aero. Chúng tôi cho rằng vành aero tiết kiệm 0,005 m ^ 2 trong khu vực kéo so với vành tiêu chuẩn. Ba đường chấm chấm cho thấy mức tiết kiệm năng lượng khi leo lên 5%, đường bằng phẳng và giảm 5%. Trục x hiển thị tốc độ của người lái tính bằng km / h, trong khi trục y hiển thị mức tiết kiệm cho các bánh xe nhẹ hơn - khi đường chấm chấm nằm trên đường zero nằm ngang chắc chắn, tốt hơn là có bánh xe nhẹ hơn; khi đường chấm chấm nằm dưới đường zero nằm ngang chắc chắn, tốt hơn là có các bánh xe khí động học hơn.

Như bạn có thể thấy, chỉ khi leo dốc ở tốc độ thấp thì nên có bánh xe nhẹ hơn; tuy nhiên, đối với việc so sánh cụ thể này về tiết kiệm trọng lượng và tiết kiệm kéo aero, lợi ích là nhỏ, ít hơn một watt. Khi tốc độ tăng, đường chấm chấm cuối cùng xuống dưới 0 và tốt hơn là chọn cách tiết kiệm aero.

Đó là cho một ngọn đồi dốc. Trên mặt phẳng và cho con cháu, hầu như bạn sẽ luôn tốt hơn với bánh xe aero nhiều hơn.

Lưu ý rằng tiết kiệm trong quyền lực vẫn còn tương đối khiêm tốn. Khi đua, ngay cả những lợi ích nhỏ cũng có thể tích lũy để xác định thắng hay thua, nhưng đối với việc đi xe giải trí thông thường, bạn có thể muốn giữ cường độ của bánh xe nhẹ hơn so với bánh xe aero nhiều hơn, đặc biệt là nếu ngân sách của bạn bị hạn chế. Chỉ bạn mới có thể quyết định liệu lợi ích tương đối có hiệu quả chi phí hay không.

Nghĩ rằng tôi có thể thêm một số bình luận thêm vào những ví dụ rất hay và toàn diện về kịch bản trọng lượng aero v mà Robert đã cung cấp năm ngoái.

Cụ thể là kịch bản động của gia tốc trên địa hình bằng phẳng, phức tạp hơn một chút so với đạp xe ở trạng thái ổn định.

Một số người có thể nghĩ rằng bánh xe nhẹ sẽ tăng tốc tốt hơn so với bánh xe aero nặng hơn, nhưng nó không nhất thiết phải như vậy. Thật vậy, nhiều khả năng điều ngược lại là đúng, vì một khi bạn đang di chuyển với tốc độ, nhu cầu năng lượng bị chi phối bởi hai yếu tố; thay đổi trong động năng (bao gồm cả quay) và khắc phục lực cản không khí đáng kể và ngày càng tăng.

Nếu bạn giảm nhu cầu năng lượng để vượt qua lực cản của không khí, thì năng lượng cần thiết cho điều đó thay vào đó có thể được sử dụng để tăng động năng.

Cho dù điều đó có dẫn đến hiệu suất đạt được đến tốc độ khởi động hay không, thời gian tăng tốc kéo dài trong bao lâu, cũng như mức độ khác biệt về khí động học và khối lượng.

Tôi đi qua vấn đề này một số chi tiết trong bài đăng trên blog này tôi đã làm năm ngoái:

http: // alex- Motorcycle.blogspot.com.au/2013/02/the-sum-of-parts.html

Trong mục đó, tôi so sánh gia tốc dài 10 giây từ tốc độ 0 và từ tốc độ khởi động 30km / h. Trong các ví dụ tôi đã sử dụng một sự khác biệt khí động học điển hình mà tôi đã đo được giữa các bánh xe như vậy và sự khác biệt quá mức về khối lượng bánh xe là 0,5 kg.

Kết quả được vẽ trên biểu đồ.

Hóa ra nếu bạn đang bắt đầu chạy nước rút từ tốc độ (trong trường hợp này là 30km / h), người lái bánh xe aero nặng hơn sẽ vượt lên phía trước ngay lập tức và khả năng dẫn đầu của họ tiếp tục tăng lên. Bánh xe aero nặng hơn luôn là lựa chọn tốt hơn trong kịch bản đó (mặc dù có vô số các yếu tố lựa chọn bánh xe khác - mà tôi phác thảo trong bài được liên kết):

Tuy nhiên, nó hơi khác so với điểm dừng, trong đó người lái bánh xe nhẹ hơn có lợi thế ban đầu, tuy nhiên người lái bánh xe aero nặng hơn bắt đầu đuổi theo và vượt qua người lái bánh xe nhẹ hơn sau khoảng 7 giây, và sau đó lái xe ra khỏi người lái bánh xe nhẹ hơn .

Vì vậy, một hot dog crit với điểm dừng gần chết là một vấn đề nan giải thú vị, và có lẽ có thể được hưởng lợi từ đánh giá cá nhân hơn. Khác nếu cuộc đua không bao giờ thực sự làm chậm tất cả những gì cho các góc, thì một bánh xe aero hầu như sẽ luôn nhanh hơn và / hoặc cần ít năng lượng hơn, và tăng tốc nhanh hơn.

Tất nhiên kịch bản chính xác cho bất kỳ cá nhân nào phụ thuộc vào hình dạng sức mạnh nước rút của họ so với âm mưu thời gian vì một số tay đua có sức mạnh cực đại cao hơn, một số tay đua trải qua thời gian mất năng lượng nhanh hơn, v.v.

Tuy nhiên, các nguyên tắc không thay đổi, vì bản chất và hình dạng tổng thể của các ô sẽ tương tự nhau vì nguồn cung cấp năng lượng được cố định và nó sẽ vượt qua tổng số từng yếu tố nhu cầu năng lượng, tức là thay đổi động năng, vượt qua lực cản không khí, lực cản lăn , thay đổi năng lượng tiềm năng (trọng lực), ma sát hệ thống truyền lực. Yêu cầu ít năng lượng hơn cho một người, và nhiều hơn có sẵn cho những người khác.

Trong mục đó tôi cũng đề cập đến tác động của sự khác biệt về khối lượng bánh xe quay / mô men quán tính, hóa ra đó là một yếu tố nhỏ như vậy, nó gần như không đáng kể.

Tôi nghĩ rằng nó phụ thuộc vào khóa học bạn đang đi. Chuyên gia sẽ có nhiều bánh xe và sử dụng các bánh xe khác nhau tùy thuộc vào khóa học họ đang đi trong ngày. Trọng lượng thực sự chỉ tạo ra sự khác biệt lớn nếu bạn đang leo hoặc tăng tốc. Vì vậy, đối với một khóa học có nhiều điều kiện khí hậu, trong đó dù sao thì lực cản khí động học ở mức tối thiểu, họ thường sẽ chọn một bánh xe rất nhẹ mà không có vành khí động học. Trong khi trên các khóa học phẳng và thử nghiệm thời gian trong đó khí động học cho một lợi thế lớn hơn, họ sẽ đi với các bánh xe khí động học nặng hơn một chút.

Gần đây tôi đã thực hiện một số phân tích bổ sung về mô hình được đề cập trong câu trả lời trước của tôi, lần này sử dụng đường cong công suất thực tế để tăng tốc từ lúc bắt đầu đứng và từ hai kịch bản bắt đầu lăn, thay vì 1000W phẳng được sử dụng trong mô hình trước đó.

Liên kết đầy đủ có tại đây: http : // alex- Motorcycle.blogspot.com.au/2014/12/the-sum-of-parts-ii.html

Nhưng trong ngắn hạn, các kết luận là như nhau, chỉ là một sự khác biệt nhỏ trong thời gian chính xác khi aero trở nên thuận lợi hơn trong một khởi đầu đứng. Nếu đã lăn trên địa hình bằng phẳng, đó luôn là lựa chọn tốt hơn và tôi đã thêm một kịch bản thứ ba, tăng tốc lên một ngọn đồi từ tốc độ khởi động thấp (nghĩ về một tiêu chí quay đầu ở dưới chân đồi). Trong trường hợp đó, bánh xe aero vẫn thắng, trừ khi vạch kết thúc gần với ngã rẽ.

Lưu ý rằng tiết kiệm trong quyền lực vẫn còn tương đối khiêm tốn. Khi đua, ngay cả những lợi ích nhỏ cũng có thể tích lũy để xác định thắng hay thua, nhưng đối với việc đi xe giải trí thông thường, bạn có thể muốn giữ cường độ của bánh xe nhẹ hơn so với bánh xe aero nhiều hơn, đặc biệt là nếu ngân sách của bạn bị hạn chế. Chỉ bạn mới có thể quyết định liệu lợi ích tương đối có hiệu quả chi phí hay không.