Странные факты об аэродинамике колес

Модераторы: Borisovich:), Gorian, scourge

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение yurik » 03 сен 2013, 20:59

seven писал(а):старая статья о покрышах, можно поновее поискать такую же:
http://provelomag.ru/pdf/0-67-70.pdf

Большинство покрышек лежат в 10 ватт разницы (при 35 км/ч, при 41 км/ч это уже 12 ватт, при 45 - 13 ватт).

На КМС уровне 300 Ватт, на разделочном велосипеде (Cd*A=0.2848 m2, Cr=0.0033) прибавка 12 ватт увеличивает скорость с 41.4 до 42.0 км/ч.
Это 31 секунда выигрыша на 25 км дистанции.

На МС уровне 400 Ватт, +13 ватт увеличивают скорость с 45.9 до 46.4.
Это 21 секунда выигрыша на 25 км дистанции.

На КМС уровне 300 Ватт, на групповом велосипеде в нижнем хвате (Cd*A=0.3437 m2, Cr=0.0033) прибавка 12 ватт увеличивает скорость с 39.0 до 39.6 км/ч.
Это 35 секунд выигрыша на 25 км дистанции.

На МС уровне 400 Ватт, +12 ватт увеличивают скорость с 43.3 до 43.7.
Это 19 секунд выигрыша на 25 км дистанции.

На спринте 1200 Ватт, прибавка +18 Ватт увеличивает скорость с 63.6 до 63.9 км/ч
На 100м дистанции это выигрыш 26.8 мсек, или +48 см (3/4 колеса)
Аватара пользователя
yurik
V.I.P.
V.I.P.
 
Сообщения: 1017
Зарегистрирован: 23 сен 2011, 14:17
Заслуженная репутация: 5
Повысить репутацию yurikПонизить репутацию yurik


Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение freediving » 07 сен 2013, 12:32

Не понятно из этой таблицы http://www.biketechreview.com/tires_old ... g_rev9.pdf , какое значение watts per wheel лучше большее или меньшее?
freediving
 
Сообщения: 24
Зарегистрирован: 04 июл 2011, 17:38
Заслуженная репутация: 0
Повысить репутацию freedivingПонизить репутацию freediving

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение seven » 07 сен 2013, 14:21

меньшее
seven
100
100
 
Сообщения: 236
Зарегистрирован: 17 дек 2010, 12:28
Заслуженная репутация: 0
Повысить репутацию sevenПонизить репутацию seven

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение yurik » 07 сен 2013, 20:00

watts per wheel лучше большее или меньшее?

watts per wheel в этом тесте показывает какую мощность надо было сообщить колесу, чтобы под нагрузкой 100 фунтов (45.4 кг), раскрутить его до 25 миль/час (40 км/ч)
Аватара пользователя
yurik
V.I.P.
V.I.P.
 
Сообщения: 1017
Зарегистрирован: 23 сен 2011, 14:17
Заслуженная репутация: 5
Повысить репутацию yurikПонизить репутацию yurik

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение seven » 07 сен 2013, 20:14

..при опоре на стальной барабан.
seven
100
100
 
Сообщения: 236
Зарегистрирован: 17 дек 2010, 12:28
Заслуженная репутация: 0
Повысить репутацию sevenПонизить репутацию seven

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение seven » 07 сен 2013, 20:24

[сообщение не актуально]
В последнее время появляется много сообщений о том, что меньшая ширина покрышки при прочих равных может в некоторых случаях увеличивать коэффициент трения качения. В этой связи также обращают внимание на ширину обода: более широкий в некоторых случаях даёт меньшее сопротивление качению. Это всё не говоря уже о том, что при разном качестве покрытия соотношения ширины покрышки, ширины обода и давления также нужно оптимизировать.
Последний раз редактировалось seven 08 сен 2013, 14:43, всего редактировалось 2 раз(а).
seven
100
100
 
Сообщения: 236
Зарегистрирован: 17 дек 2010, 12:28
Заслуженная репутация: 0
Повысить репутацию sevenПонизить репутацию seven

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение yurik » 07 сен 2013, 20:33

Меньшая ширина при прочих равных всегда увеличивает Crr.
Аватара пользователя
yurik
V.I.P.
V.I.P.
 
Сообщения: 1017
Зарегистрирован: 23 сен 2011, 14:17
Заслуженная репутация: 5
Повысить репутацию yurikПонизить репутацию yurik

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение seven » 07 сен 2013, 20:50

[третье предложение - заблуждение]
Crr это коэффициент трения качения. Чем он больше - тем хуже. Если уменьшение ширины покрышки увеличивало бы Crr, то у велосипеда была бы мотоциклетная ширина покрышек. Описка?
Последний раз редактировалось seven 08 сен 2013, 14:51, всего редактировалось 2 раз(а).
seven
100
100
 
Сообщения: 236
Зарегистрирован: 17 дек 2010, 12:28
Заслуженная репутация: 0
Повысить репутацию sevenПонизить репутацию seven

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение yurik » 07 сен 2013, 20:55

seven писал(а):Crr это коэффициент трения качения. Чем он больше - тем хуже. Если уменьшение ширины покрышки увеличивало бы Crr, то у велосипеда была бы мотоциклетная ширина покрышек. Описка?

При прочих равных всегда и без вариантов увеличивается Crr.
Но т.к. прочие всегда неравные (и очень сильно неравные!) Crr в первую очередь зависит от "прочих неравных", а потом от ширины.

Ширину покрышки уменьшают чтобы сделать прочие неравными, компенсировать (желательно с лихвой) увеличение Crr от уменьшения ширины.

Самым главным "прочим неравным" является давление. На каждый сантиметр квадратный общей площади покрышки действует давление в камере. Ширина покрышки Panaracer 700x23 составляет ~5 см, длина ~2.1м, площадь ~1050 см2. При давлении 8 кгс/см2 на покрышку действует разрывная (направленное от корда) сила 8400 кгс (8.4 тонны), или 40 кгс на каждый погонный сантиметр.
Если уменьшить ширину полотна покрышки с 5 до 4 см, то при равной конструкционной прочности 40 кгс на отрыв от корда, давление можно будет увеличить с 8 до 10 кгс/см2.

Увеличение давления возможно перекроет уменьшение ширины покрышки, а возможно и не перекроет (тут надо расчеты).
Последний раз редактировалось yurik 07 сен 2013, 21:05, всего редактировалось 1 раз.
Аватара пользователя
yurik
V.I.P.
V.I.P.
 
Сообщения: 1017
Зарегистрирован: 23 сен 2011, 14:17
Заслуженная репутация: 5
Повысить репутацию yurikПонизить репутацию yurik

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение seven » 07 сен 2013, 21:00

Буду благодарен за пояснения что Вы имеете в виду.
Последний раз редактировалось seven 07 сен 2013, 21:05, всего редактировалось 1 раз.
seven
100
100
 
Сообщения: 236
Зарегистрирован: 17 дек 2010, 12:28
Заслуженная репутация: 0
Повысить репутацию sevenПонизить репутацию seven

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение al_giorno » 07 сен 2013, 21:02

yurik писал(а):
watts per wheel лучше большее или меньшее?

watts per wheel в этом тесте показывает какую мощность надо было сообщить колесу, чтобы под нагрузкой 100 фунтов (45.4 кг), раскрутить его до 25 миль/час (40 км/ч)

Может не "раскрутить", а "поддерживать" ?
al_giorno
 
Сообщения: 41
Зарегистрирован: 22 май 2013, 18:53
Заслуженная репутация: 0
Повысить репутацию al_giornoПонизить репутацию al_giorno

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение seven » 07 сен 2013, 21:06

yurik писал(а):При прочих равных всегда и без вариантов увеличивается Crr.


Сила трения на единицу площади системы "колесо-поверхность" согласен. Что Crr - нет. Позже мне стало ясно, что это заблждение
Последний раз редактировалось seven 08 сен 2013, 14:50, всего редактировалось 2 раз(а).
seven
100
100
 
Сообщения: 236
Зарегистрирован: 17 дек 2010, 12:28
Заслуженная репутация: 0
Повысить репутацию sevenПонизить репутацию seven

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение yurik » 07 сен 2013, 21:06

al_giorno писал(а):
yurik писал(а):
watts per wheel лучше большее или меньшее?

watts per wheel в этом тесте показывает какую мощность надо было сообщить колесу, чтобы под нагрузкой 100 фунтов (45.4 кг), раскрутить его до 25 миль/час (40 км/ч)

Может не "раскрутить", а "поддерживать" ?

ну или поддерживать (а то слово раскрутить ассоциируется с маховиком). сам тест проводится плавным увеличением мощности. подали 10 ватт, не раскрутилось до 40 км/ч, поддали до 11 ватт, не раскрутилось. поддали до 12 ватт, раскрутилось, остановили тест
Аватара пользователя
yurik
V.I.P.
V.I.P.
 
Сообщения: 1017
Зарегистрирован: 23 сен 2011, 14:17
Заслуженная репутация: 5
Повысить репутацию yurikПонизить репутацию yurik

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение yurik » 07 сен 2013, 21:15

seven писал(а):Сила трения на единицу площади системы "колесо-поверхность" согласен.

Единица площади колесо-поверхность не зависит вообще ни от чего, кроме давления.
Если на колесо сверху нагружено 50 кг, а давление в колесе 5 кгс/см2, то площадь контакта с поверхностью составит 10 см2 и не зависит от геометрии покрышки (справедливо только для твердых поверхностей)

Вообще что за такая формулировка "трение колесо-поверхность" не совсем понятно, см пояснение ниже ***

seven писал(а):Что Crr - нет.

При прочих равных (то же давление и те же характеристики материала покрышки/камеры) снижание ширины автоматически увеличивает длину пятна контакта с поверхностью.
Если для вышеприведенного колеса ширина покрышки такова, что с поверхностью соприкасается 2 см, то длина пятна контакта составит 5 см.
Для покрышки с шириной 1 см (на контакте с поверхностью) длина пятна контакта будет уже 10 см.
При равном радиусе колеса, хорда длиной 10 см будет ближе к центру чем хорда 5 см. Это значит что покрышка продавливается при вращении на ~2 раза больше глубину, и силы трения материала которые в ней возникают, увеличатся тоже в ~2 раза. (deflection amount на картинке ниже)

Чтобы этого не произошло, давление в тонкой покрышке надо поднять в 2 раза до 10 кгс/см2, тогда длина пятна контакта останется 5 см, и продавливание будет таким же как у более широкой.

На практике увеличание давления надо меньше чем в 2 раза, т.к. на широкой покрышке хоть продавливалось на меньшую глубину, но количество (и вес) материала были тоже больше (т.к. шире), но т.к. трения больше возникают на боковых поверхностях (поперечный изгиб материала), а на нижней поверхности менее значителен (продольный изгиб деформируется легко), то разница не очень большая.

*** трение возникает там где красные линии на покрышке. Это внутренние силы трения внутри покрышки (включая камеру). Впереди где колесо набегает на поверхность, покрышка начинает прогибаться, в основном этому противодействуют sidewall. deflection amount плавно увеличивается и достигает максимума по центру. потом он плавно снижается. Если бы материал покрышки был "идеальным", не имел внутреннего трения (типа как сверхтекучий гелий), Crr был бы равен 0.
Трение нижней поверхности покрышки, которая контактирует с подстилающей, значительно ниже чем у sidewall. Так, добавление антипрокольной ленты, которая скажем вдвое увеличивает толщину покрышки снизу, не сильно увеличивает силы трения. Вдоль резина или плетение изгибаются легко. sidewall гнется значительно хуже (сравните как гнется просто лист материала, и П-рейка из того же материала), т.к. направление изгибания находится внутри плоскости полотна, материал и толщина и тип плетения здесь уже играют значительную роль на Crr.
Т.к. узкие покрышки как правило работают на более высоком давлении, то и sidewall у них проектируется более прочным, и при том же deflection amount имеет больше трение (если не бороться с этим более высокотехнологичными материалами)
Формулировка "трение на единицу площади контакта" не совсем понятно и уместно в этой модели.

Изображение
Аватара пользователя
yurik
V.I.P.
V.I.P.
 
Сообщения: 1017
Зарегистрирован: 23 сен 2011, 14:17
Заслуженная репутация: 5
Повысить репутацию yurikПонизить репутацию yurik

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение seven » 07 сен 2013, 21:45

разве "объем прогибания" не будет одинаков?
Да, давление очевидно нельзя включать в прочие равные.
seven
100
100
 
Сообщения: 236
Зарегистрирован: 17 дек 2010, 12:28
Заслуженная репутация: 0
Повысить репутацию sevenПонизить репутацию seven

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение yurik » 07 сен 2013, 21:54

seven писал(а):разве "объем прогибания" не будет одинаков?

объем прогибания будет одинаков только при условии что в 2 раза выше давление в тонкой покрышке (что на практике обычно имеет место).
Если в обе покрышки накачать одинаковое давление, то "deflection amount" будет больше в узкой покрышке.

Так, при диаметре внешнем колеса 700С, удлинение пятна контакта с 5 до 10 см, увеличивает "deflection amount" с 0.89 до 3.59 мм - в 4 раза

"deflected area" на узком колесе будет иметь вид равнобедренного треугольника с основой 10 см и высотой 3.59 мм
на широком колесе с основой 5 см и высотой 0.89 мм

Площадь деформированного сайдволл - 179,5 мм2 на узкой и 22,25 мм2 на широкой.
Разница в площади деформированного - 8 раз!

P.S. на самом деле там нету явно выраженного треугольника, деформация плавно угасает, но для оценки количества деформации треугольники годятся

P.P.S. Это всё справедливо при плоской подстилающей поверхности. Как изменится модель если плоскую дорогу заменить на стальной цилиндр - я не задумывался. Скорее всего изменение будет в худшую сторону, "deflected area" примет вид "обвислого треугольника", т.е. по центру (в месте касательной к цилиндру) прогиб ещё больше увеличится, а в местах набега/сбега уменьшится.
Аватара пользователя
yurik
V.I.P.
V.I.P.
 
Сообщения: 1017
Зарегистрирован: 23 сен 2011, 14:17
Заслуженная репутация: 5
Повысить репутацию yurikПонизить репутацию yurik

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение seven » 07 сен 2013, 22:18

Так почему Вы говорите покрышки делают узкими? Чтобы иметь возможность увеличивать давление в первую очередь я так понимаю.
seven
100
100
 
Сообщения: 236
Зарегистрирован: 17 дек 2010, 12:28
Заслуженная репутация: 0
Повысить репутацию sevenПонизить репутацию seven

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение yurik » 07 сен 2013, 22:36

. Если уменьшение ширины покрышки увеличивало бы Crr, то у велосипеда была бы мотоциклетная ширина

Crr не единственная и даже не главная сила, противодействующая движению велосипеда.
Crr сликовых покрышек на практике очень мало зависит от ширины (не более чем он отличается между разными моделями покрышек одной и той же ширины).
Например Michelin Ecorun 1.75" имеет Crr 0.0028, что ниже чем у большинства шоссейных про-покрышек.

Главная причина, почему в велосипедах стремятся сделать как можно тоньше покрышку (а в разделочных/трековых ставят особенно тонкие у которых практический Crr выше чем у 23-мм) - это площадь лобового сопротивления.

Замена 23-мм шоссейной покрышки на групповом велосипеде в нижнем хвате, у которого с некоторым гонщиком действующая площадь Cd*A равна 0.34 м2, на широкий 1.75" слик увеличивает Cd*A до 0.40 м2, при том что Crr упадет с 0.0033 до 0.0029.
Несмотря на уменьшение потерь в покрышках, требуемая мощность для скорости 40 км/ч увеличится с 320 до 367 Ватт. Очень внушительные +47 Ватт
Для спринтерской скорости 60 км/ч требования к мощности растут с 1005 до 1170W. Немалые +165 Ватт

Так почему Вы говорите покрышки делают узкими? Чтобы иметь возможность увеличивать давление в первую очередь я так понимаю.

Чтобы снизить Cd*A, а также чтобы снизить вес.
Чтобы при этом не ухудшался Crr приходится увеличивать давление.
Кроме того давление приходится увеличивать в любом случае (даже если Crrr неважен), чтобы избежать закусывания об обод.
Аватара пользователя
yurik
V.I.P.
V.I.P.
 
Сообщения: 1017
Зарегистрирован: 23 сен 2011, 14:17
Заслуженная репутация: 5
Повысить репутацию yurikПонизить репутацию yurik

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение seven » 07 сен 2013, 22:47

Колеса можно укрыть под обтекателем, если речь идет о построении не извращенной правилами велоспорта велотехнике. Об аэродинамике мне подробно рассказывать не нужно, я ориентируюсь в этой теме достаточно хорошо.
Последний раз редактировалось seven 07 сен 2013, 22:54, всего редактировалось 3 раз(а).
seven
100
100
 
Сообщения: 236
Зарегистрирован: 17 дек 2010, 12:28
Заслуженная репутация: 0
Повысить репутацию sevenПонизить репутацию seven

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение SHIN » 07 сен 2013, 22:48

До 35-40 км в час если не встречный ветер, покрышки 23 будут иметь преимущество перед более узкими за счет меньшего "пятна", а значит меньшего сопротивления качению.
Но за счет того что сопротивление качению увеличивается пропорционально скорости, а аэродинамическое сопротивление возрастает в кубической зависимости. То на скоростях свыше 35 км/час еффективность более широкой теряет преимущество, особенно на переднем колесе, потому как заднее немного прячется за подседельной трубой.
Отсюда появившиеся в последнее время комплекты покрышек Котиненталь, одна 23 другая 22 или 20.
Аватара пользователя
SHIN
100
100
 
Сообщения: 176
Зарегистрирован: 19 апр 2011, 21:22
Откуда: 11
Заслуженная репутация: 7
Повысить репутацию SHINПонизить репутацию SHIN

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение yurik » 07 сен 2013, 22:55

seven писал(а):Колеса можно укрыть под обтекателем, если речь идет о построении не извращенной правилами велоспорта велотехнике. Об аэродинамике мне подробно рассказывать не нужно, я ориентируюсь в этой теме достаточно хорошо.

вот потому всякие веломобили ездят на Койаках и Екоранах

Но за счет того что сопротивление качению увеличивается пропорционально скорости, а аэродинамическое сопротивление возрастает в кубической зависимости.

чуть формулировку уточню (сила vs мощность, ньютоны vs ватты)
Сила (которая в Ньютонах или в грамм-силах, т.е. если впереди за шнурок тянуть велосипед и мерить силу безменом) для Crr не зависит от скорости (зависит только от веса, тянуть в вакууме тележку со скоростью 10 км/ч и 100 км/ч шнурок будет натянут одинаково). И пропорционально квадрату скорости для аэродинамического сопротивления.

Мощность (которая в Ваттах) это F*v, т.к. ещё раз умножаем на скорость, то требования к мощности для Crr растут линейно, а для аэродинамики - кубически.
Последний раз редактировалось yurik 07 сен 2013, 23:05, всего редактировалось 2 раз(а).
Аватара пользователя
yurik
V.I.P.
V.I.P.
 
Сообщения: 1017
Зарегистрирован: 23 сен 2011, 14:17
Заслуженная репутация: 5
Повысить репутацию yurikПонизить репутацию yurik

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение seven » 07 сен 2013, 22:57

Почему не на толстых (2.0 и больше) сликах я хочу спросить? Schwalbe Kojak?
"Milan" на довольно узких покрышках. Видимо они сами не знают секрет...

Всё это в голове не очень укладывается. Я думал тот рисуночек это часный случай, а тут общефизическое явление.
seven
100
100
 
Сообщения: 236
Зарегистрирован: 17 дек 2010, 12:28
Заслуженная репутация: 0
Повысить репутацию sevenПонизить репутацию seven

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение yurik » 07 сен 2013, 23:22

2.0+ будет тяжелее, требует шире обод. И не снизит Crr.
Разная форма пятна контакта по разному ведет себя на неидеальных покрытиях. Так например, при равном давлении, более узкие шины имеют лучше проходимость (по пробуксовке) на зимних дорогах, более тонкая и длинная форма пятна контакта утрамбовывает снег/лед лучше и формирует "колею", тогда как более широкая будет ездить как надувная лодка и не формировать колею.
Аватара пользователя
yurik
V.I.P.
V.I.P.
 
Сообщения: 1017
Зарегистрирован: 23 сен 2011, 14:17
Заслуженная репутация: 5
Повысить репутацию yurikПонизить репутацию yurik

Re: Странные факты об аэродинамике колес

Сообщение seven » 08 сен 2013, 11:30

http://www.fietsersbond.nl/sites/defaul ... hwalbe.pdf

Если я не ошибаюсь, последний столбец в певой таблице это длина периметра пятна касания. Имеет значение и форма пятна касания: у узкой покрышки она хуже при одинаковом давлении: в деформацию в большей мере вовлечена боковина, чем протекторная поверхность, что хуже (смотрите рисунок выше).
[не актуально]
Но из данных таблицы видно, что первенство в категории "самое низкое сопротивление качению при одинаковом давлении" имеют из всех приведенных в таблице покрышек именно узкие: №20 Gran Bois 30-622 и №13 Vittoria Randonneur Hyper Folding 37-622. У №13 периметр пятна касания при равном давлении наименьший. Вместе с тем, и широкие покрышки показали довольно низкий Crr при той же величине периметра пятна касания, что и у узких, и том же давлении.


Редактировано: при давлении 4 ати, №13 не намного отличается от лучших из приведенных мтбшных 20,5 и 22 соответственно. А №20 20,7.
Последний раз редактировалось seven 08 сен 2013, 18:53, всего редактировалось 7 раз(а).
seven
100
100
 
Сообщения: 236
Зарегистрирован: 17 дек 2010, 12:28
Заслуженная репутация: 0
Повысить репутацию sevenПонизить репутацию seven

Пред.След.

Вернуться в Вилсет

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 6

  • Наши партнёры
cron