題:
空氣動力學輪輞值得增加重量嗎?
user229044
2013-04-01 18:12:56 UTC
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我的印像是減輕車輪的重量很重要。但是,我注意到許多高端空氣動力學輪輞實際上比同一製造商的便宜輪輞還要重。

例如:

顯然,價格似乎支持空氣動力學比數百克重更重要的想法,增加的重量會抵消增益的哪一點?還是降低過高的旋轉重量的重要性

車輪旋轉重量對加速度的影響最多是自行車上其他任何地方的重量的兩倍:http://physics.stackexchange.com/questions/18725/how-much-effect-does-the-mass-of-a-bicycle-tire加速-http://bicycles.stackexchange.com/questions/7428/what-is-the-effect-of-adding-weight-to-a-wheel-vs-adding-it-to-框架
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能夠在航空位置停留更長時間的輕質車身比任何車輪都更具優勢。甚至更緊身的球衣也能帶來更多好處!
@user11312這個F1團隊花了X歐元來減少一個組件的重量幾克,情況如何呢?然後簡森·巴頓(Jenson Button)留了鬍子:)
儘管車輪在高速旋轉時很重要,但車輪已經在旋轉時,它們的重量沒有影響。因此,更輕的車輪將使加速更快,而更多的空氣車輪將使在高速行駛時更容易進行巡航,而重量根本不影響這種能力。
此處缺少的信息是權重的分配方式。輪轂中的多余克數與輪輞中的克無關緊要。輪轂中的質量旋轉加速度可以忽略不計,因為它與半徑的平方成比例。距中心1“處的一塊質量的慣性矩是距中心1”處的相同質量的慣性矩的169倍。這些重量數字適用於整個內置車輪,對不對?輻條,樞紐及所有。
五 答案:
R. Chung
2013-04-03 08:57:34 UTC
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顯然,價格似乎支持空氣動力學比數百克重量更重要的想法,但是增加的重量在什麼時候抵消了收益?

An確切的計算將取決於您和您的自行車的總質量,速度,風向,角度,是否攀爬,在平坦或下降的位置以及行駛的速度(或行駛的功率)撲滅)。但是,我們可以對許多這些變量進行估算,以獲得近似答案。

比方說,“車輪”比“普通”車輪增加了100克的總質量,相應地,阻力區域CdA減小了0.005 m ^ 2。與標準的框形輪輞相比,這是對合理的空氣車輪的改進,儘管對於設計精良的車輪,您可能會看到兩倍的差異(〜.01 m ^ 2)或更大,尤其是在偏航角較大時。

Bicycles Stackexchange答案中給出了自行車的功率方程,這是一個很好理解的概念。因此,為了確定最好選擇較輕的重量代替氣動阻力的點,我們可以用合適的值代替質量,速度,坡度等,並繪製功率節省圖,如此處所做的。

下圖比較了具有標準框框的80公斤車手和帶有航空框的80.1公斤的車手和自行車。我們認為,與標準輪輞相比,航空輪輞在阻力區域可節省0.005 m ^ 2。三條虛線表示在5%的坡度,平坦的路面和5%的下降坡度下的節電效果。 x軸表示騎手的速度,以km / h為單位,而y軸表示較輕的車輪可節省的費用–當虛線在實心水平零線上方時,最好使用較輕的車輪;當虛線降到實線水平零線以下時,最好使用空氣動力學更好的車輪。

weight vs. aero drag comparison

如您所見,只有在低速下進行陡坡攀爬時,才建議使用更輕的車輪。但是,對於重量減輕和空氣阻力節省的這種特殊比較,好處很小,不到一瓦。隨著速度的增加,虛線最終會下降到零以下,因此選擇節省空氣變得更好。

那是一個陡峭的小山。在平坦的地方和下降的地方,使用更多的空氣輪轂幾乎總是會更好。

請注意,功率節省仍然相對較少。賽車時,即使是很小的好處也可能會決定勝利或失敗,但是對於正常的休閒騎行,您可能需要考慮更輕的車輪和更多的空氣車輪的大小,特別是在預算有限的情況下。只有您可以決定相對利益是否具有成本效益。

alexsimmons
2014-08-18 08:52:09 UTC
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我想對羅伯特去年提供的航空重量重量場景的非常好而全面的示例添加一些額外的評論。

尤其是在平坦地形上的動態加速度場景,這是一個

有些人可能認為輕型車輪的加速比重型車輪的加速要好,但不一定如此。的確,相反的情況很可能是正確的,因為一旦您以高速行駛,能量需求就由兩個因素決定;動能的變化(包括旋轉動能)克服了不斷增加的空氣阻力。

如果減少克服空氣阻力的能量需求,則可以將其所需的能量用於增加動能。

無論是否會導致性能提升,直到開始的速度,加速持續的時間以及空氣動力學和質量差異的大小。

我在我去年做的這篇博客文章中詳細介紹了這個問題:

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

在該項目中我比較了零速度和30km / h的起始速度下的10秒長加速。在示例中,我使用了我在這些車輪之間測得的典型空氣動力學差異,車輪質量的誇張差異為0.5 kg。

結果繪製在圖表上。

結果表明如果您從速度(在本例中為30 km / h)開始加速沖刺,則較重的空氣輪滑手會立即向前衝,並且其領先優勢會繼續增長。在這種情況下,較重的空氣車輪始終是更好的選擇(儘管有許多其他的車輪選擇因素-我在鏈接的文章中對此進行了概述):

Acceleration of light v aero wheels rolling start

但是,它與死點停止點稍有不同,死點停止點是打火機車手具有最初的優勢,但是較重的氣墊輪車手開始追趕,並在大約7秒鐘後接管了打火機車手,然後從

Acceleration of light v aero wheels standing start

因此,熱狗的爆擊和近乎停止的轉彎帶來了一個有趣的困境,也許可以從更個性化的評估中受益。否則,如果賽車從未真正在彎道上放慢所有速度,那麼空氣輪對幾乎總是會更快和/或需要更少的能量,而則加速得更快。

當然,任何人的確切情況都取決於他們的衝刺力量與時間圖的形狀,因為有些騎手的峰值功率更高,有些騎手的力量衰減更快,依此類推。

原理但是不要改變,因為圖的性質和整體形狀將是相似的,因為能源供應是固定的,它要克服每個能源需求因子的總和,即動能變化,克服空氣阻力,滾動阻力,勢能能量變化(重力),傳動系統摩擦。一個需要較少的能量,而其他則需要更多的能量。

在該項目中,我還介紹了旋轉輪質量/慣性矩差異的影響,事實證明,它很小幾乎可以忽略不計。

Kibbee
2013-04-01 18:25:26 UTC
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我認為這取決於您所騎的路線。專業人士將擁有多個輪組,並根據當天的騎行路線使用不同的輪。體重確實只會在您攀爬或加速時產生很大的不同。因此,對於一門彎彎彎彎曲曲的課程而言,無論如何空氣阻力最小,他們通常會選擇非常輕的輪組而沒有空氣動力學的輪輞。在空氣動力學具有更大優勢的平坦路線和計時賽中,它們將使用略重的空氣動力學車輪。

側風也是一個問題。
alexsimmons
2014-12-23 01:59:04 UTC
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我最近對上一個答案中提到的建模做了一些額外的分析,這次使用了實際功率輸出曲線來表示從站立起步和從兩個滾動起步場景的加速度,而不是之前的假設平坦的1000W

完整鏈接在這裡: http://alex-cycle.blogspot.com.au/2014/12/the-sum-of-parts-ii.html

但是總之,結論是相同的,只是航空在起步時變得更有利的確切時間略有不同。如果已經在平坦的地形上滾動,那總是更好的選擇,我添加了第三種情況,即從低啟動速度(例如,在山底處進行標準U形轉彎)加速爬坡。在那種情況下,除非終點線接近轉彎,否則空氣車輪仍會獲勝。

jenny
2013-04-09 20:49:38 UTC
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請注意,功率節省仍然相對較少。賽車時,即使是很小的好處也可能會決定勝利或失敗,但是對於正常的休閒騎行,您可能需要考慮更輕的車輪和更多的空氣車輪的大小,尤其是在您的預算有限的情況下。只有您可以決定相對利益是否具有成本效益。

對於普通的休閒自行車,您可以花1500美元買一對輪子,自己買三輛非常不錯的自行車。或者,購買一輛自行車,將剩餘的錢投入到投資基金中,該基金將在到期時用於替換該自行車,其餘的則重新投資以準備第三輛自行車。


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