Amata

Сообщение от Sersus

ДАВАЙТЕ СДЕЛАЕМ ВЫВОДЫ или СЛАГАЕМЫЕ УСПЕХА КАТЯЩЕГО ВЕЛОСИПЕДА

Как избежать потерь в подвеске, какая нужна ширина покрышек, выбор оптимального давления, что дают облегчённые колёса и как же всё это добро влияет на накат?

Теоретизировали-теоретизировали, да не вытеризеро... вытеорите... вытезерио... Тьфу! Я даже написать эту скороговорку быстро и правильно не могу!

Для начала, как обычно, пара исследований.
Курсивом ниже будет перевод, простым текстом – отсебятина. Вдохновившись научными изысканиями, я попробую немного обобщить выводы и вплести несколько своих мыслей в общую паутину познаний, связав воедино понятое о покрышках, давлении, двухподвесах и как лучше понять то, что происходит с байком в движении.


"НАКАТ" - КАК МНОГО В ЭТОМ ЗВУКЕ!

Очень интересный график пропорций, в которых мы тратим нашу энергию на преодоление тех или иных сил.
Условия: МТБ-покрышки с шипами на твёрдом покрытии; общий вес байка и наездника = 82кг; КПД привода 97%; мощность, выдаваемая наездником, 300Вт.
Оранжевый – гравитация, фиолетовый – потери в приводе, красный – сопротивление качению (тот самый накат), залёный – сопротивление воздуха. И синяя линия – график потери скорости.
Горизонтальная линия – угол подъёма.



Как видим, по плоскачу 62% нашей энергии отнимает аэродинамика, 35% - сопротивление качению. И с увеличением угла подъёма аэродинамика сходит почти на нет, а вот сопротивление накату остаётся всегда с вами.

Согласно исследованиям немецких исследователей, взятым на вооружение немецкими исследователями из Schwalbe, сопротивление качению на асфальте отнимает 12% общих усилий, на гравии 24%, а на траве – ахтунг! – 46%.
Там же пришли к выводу, что на асфальте большее значение имеет рисунок (более ровная центральная дорожка катит лучше), тогда как по гравию большее значение играет мягкость каркаса. Так же на гравии, чем шире покрышка и чем меньше в ней давление – тем лучше накат. При выкате на траву цифры разницы в сопротивлению накату достигают грандиозных размеров до 50Вт!

Для кросс-кантри и марафонов с небольшим количеством асфальта широкие покрышки с низким давлением – лучшее решение. Правда, наибольший критицизм в этом совете вызывает увеличение веса покрышек. Но для того, чтобы разогнать пару покрышек, которые аж на 500 грамм тяжелее с нуля до 25кмч за четыре секунды требуется всего дополнительных 4.2 ватт энергии, тогда как на травянистой поверхности с более широкой покрышкой вы сэкономите 15.5 ватт против узкой при небольшой скорости 9.5кмч. Плюс сопротивление накату при езде у вас постоянное, тогда как увеличенный вес играет роль лишь при ускорениях.


ОБЩИЕ ПОТЕРИ В ПОДВЕСКЕ

Комфорт = скорость

Когда ваш байк вибрирует, энергия рассеивается в трении. Энергия может поступать откуда угодно, но энергия вибраций уже не работает на то, чтобы двигать байк вперед, а только замедляет его. Вот почему велосипед едет быстрее на ровном асфальте, а не на грунте.
В предыдущих исследованиях мы выяснили, что увеличение давления в покрышках не делает ваш байк быстрее (быстрее он может быть только в лабораторных тестах на барабане, но не в реальной жизни). Осталось понять, как именно вибрации замедляют наш байк.

Итак, энергия не может взять и исчезнуть. Единственный способ её «потерять» - это конвертировать её в тепло путём трения. При заезде в подъём вы, в основном, вкладываете энергию в набор высоты. Когда вы съезжаете даунхилл, вы делаете это без педалирования, но огромная часть энергии забирается аэродинамическим сопротивлением. И с ускорением вы скатываетесь ровно до тех пор, пока входящая энергия от потери высоты не уравняется с энергией, забираемой аэродинамикой.
Это объясняет, откуда и куда девается энергия на горных грунтах, но не объясняет происходящее с байком на ровных дорогах.



Опять-таки, в предыдущих описаниях мы выяснили, что вибрации на ровных дорогах отнимают огромную часть энергии. Гипертрофируя эксперимент, мы проезжали по перпендикулярным полосам, отжирающим аж 290 дополнительных ватт энергии для преодоления.
Представим: мы едем по ровному асфальту с ровной скоростью и ровным аэродинамическим сопротивлением, когда внезапно нам надо потратить ещё дополнительно 290Ватт. Что будет происходить с энергией?



В нагрев уйдёт совсем немного, так как покрышка сжимается-разжимается, но пневмонические покрышки не вбирают много энергии даже когда подпрыгивают. Представим баскетбол. Падающий мяч подпрыгивает почти так же высоко, ибо теряется не так много энергии, хоть эта энергия и отражается обратно при ударе. При столкновении с землёй мяч превращается в воздушную пружину и, возвращая бОльшую часть энергии, подкидывает мяч почти так же высоко.



Покрышки работают по этому же принципу. Покрышка (слева на рисунке) ударяется о препятствие, сжимается, и (справа на рисунке) сохранённую энергию возвращает обратно. Потери энергии при этом малы.
Но если потери энергии в самой покрышке малы, куда уходит всё остальное?



Ответ прост: так как тело наездника вибрирует, мягкие и не очень ткани тела трутся друг о друга, переводя огромную часть энергии в тепло. Сколько именно? В исследовании эффекта вибрирующих кресел в танках армии США подсчитали, что человеческое туловище может поглотить вплоть до 2000Ватт до того момента, пока вибрации становятся с трудом переносимы. Дискомфорт был прямо пропорционален потерям энергии.

2000 Ватт, мативо! Это больше, чем выдаёт профессиональный гонщик. И технический термин для этого – «потери подвески». Тоже самое происходит в автомобиле: раллийная подвеска вбирает так много энергии, что становится горячей и требует специального выделенного охлаждения.

Наши же велосипедные исследования доказали, что потери в подвеске происходят даже на ровном асфальте, а улучшить накат и ощутимо уменьшить потери позволяют как более мягкие покрышки, так и простейшие амортизационные вилки.

Одним словом, если вибрации байка некомфортны, то это потому, что ваша энергия конвертируется в тепло в вашем теле. И отнимается эта энергия от движения вперед. А дискомфорт от вибраций также вас замедляет.
Чем более комфортабелен ваш байк, тем меньше потерь подвески происходит, тем больше энергии уходит на движение вперед. Мы вернулись к началу статьи:

Комфорт = скорость

Ага, вот так вот просто. Широкие, мягкие, не набитые до звона покрышки быстрее, потому что меньше вибрируют. Передняя вилка – воздушная или хоть эластомерная – будет абсорбировать неровности дороги и делать байк быстрее даже на относительно ровном асфальте, так как она уменьшает вибрации.
Так что, лучший апгрейд для вседорожного байка – это широкие и мягкие покрышки. Мягкие – это с такими стенками в нижней части, которые легко проминаются. Это даёт два преимущества:

• Мягкие покрышки, как легко проминающиеся, передают меньше вибраций (а это меньше потерь подвески).
• Они требуют меньше энергии для своей деформации (меньше гистерезисных потерь), больше возвращая назад при перекатываниях препятствий.

Широкие же покрышки передают меньше вибраций, что тоже делает их более быстрыми. Но мы выяснили, что мягкий каркас более важен, чем ширина. Мягкая 26мм покрышка будет намного быстрее и комфортнее, чем её жёсткий 38мм собрат. Так что, в идеале лучше иметь 38 мягких миллиметров





ВЫВОДЫ, ВЫВОДЫ, ВЫВОДЫ

Суммируем полученные знания и пробуем определить важные слагаемые велосипеда, который должен катить. В поисках велосипедного дзэна!

"В конце концов, среди концов нашли конец мы, наконец.
Он был концом того конца, что мы искали без конца" (с)

Возвратимся к подвеске в лице передних вилок и амортизаторов. (С чего, собственно, и начинались мои поиски потерь энергии на велосипеде прямо на первой странице.)

Как показали исследования, наличие передней вилки улучшает накат даже по асфальту, что полностью опровергает утверждения, будто быстрый городской байк – это обязательно ригид, а вилка, типа, отжирает энергию педалирования. Утверждение верно только для зеркально ровного асфальта.
Другие исследования показали, что задняя подвеска так же не отнимает энергию педалирования, как гласят веломанские мифы. По крайней мере, заметные потери могут начаться при натурально гоночном использовании и мощностях намного выше среднего, которые способен выдавать наездник.
Единственная проблема с передней и задней подвеской – это их вес. И если вилка утяжеляет не так критично, плюс находится она в менее загруженной передней части байка, то для заднего амортизатора требуется ещё и другая, более тяжёлая конструкция рамы. И вот тут профит от двухподвеса начинает нивелироваться недостатком его веса, что и показали исследования ранее.

Таким образом, гоночный байк вполне может обойтись одной лёгкой амовилкой, а "потери подвески" нивелируются вставанием на педалях и затратой бОльших усилий во время езды по грунтовым дорогам и ухабам. Банально, в гору лёгкий байк тоже легче закатывать, несмотря на то, что задняя подвеска могла бы облегчить набор. А вот блокировать вилку на неровной поверхности совсем не надо – что вверх, что по горизонтали. При одинаковых усилиях педалирования, залоченная вилка лишь увеличивает потери в подвеске, не поглощая препятствия, а заставляя вас тратить энергию на приподнимание байка на них.

Выгода двухподвеса же в том, что он максимально эффективно предотвращает те самые "потери в подвеске", поглощая энергию вибраций в себе как раз в самой нагруженной задней части байка, не передавая её вам. Таким образом, вы меньше устанете при долгих поездках, так как вас тупо меньше растрясёт. Если исключить, что вы тренированный спортсмен или спортсмен-любитель, на более длительные грунтовые дистанции вы заедете с куда большим комфортом, сохраняя больше сил и собственной энергии именно на двухподвесе.

А теперь о покрышках.

Выражение «байк не катит», в большинстве случаев, лечится установкой правильных баллонов с правильным давлением, ибо покрышки – чуть ли не главное, что определяет тот самый «накат».
Чем тоньше каркас покрышки – тем лучше она катит. И по ровному асфальту, в том числе. Дальше производители бьются за компромиссы между разрыво- проколо-устойчивостью и гибкостью. Например, Continental делает максимально гибкую защиту по всей окружности каркаса в вариантах ProTection, а Schwalbe делает толстыми стенки, но оставляет гибкий низ в своих Snake Skin версиях.
Самые же дешёвые и простые покрышки катят хуже всего именно потому, что у них дубовые стенки.

До определённого лимита, чем шире покрышка – тем также она лучше катит, так как туда не надо набивать большое давление. Увеличение давления уменьшает флекс стенок и заставляет байк приподниматься на каждом препятствии, а уменьшение давления позволяет покрышке поглощать и, во многом, отдавать энергию обратно в накат, вместо приподнимания. Но сама по себе ширина ничего не даёт: толстая, но твёрдая покрышка будет медленнее, чем узкая, но гибкая. Поэтому, идеал – это широкая и мягкая покрышка. Асфальта это тоже касается не меньше.

Формула «Чем больше асфальта, тем больше должно быть давление в покрышке» устарела. Набитые до звона дорожные покрышки ощутимо отъедают вашу энергию. Но и спущенные донельзя они также отнимают энергию плюс изнашивают свой каркас. Лучшее давление, когда низ покрышки немного проседает, но боковые стенки нормально держат округлую форму, и давление это зависит от конструкции покрышек, их ширины и веса ездока. Опять-таки, это касается как грунтов, так и асфальта.

За плюш на мелких неровностях, типа гравия, отвечают, в первую очередь, покрышки, потому что вилка, в силу конструктивных особенностей, не должна отрабатывать с частотой отбойного молотка, поэтому единственно верная стратегия в подавлении и устранении вибрации – делать это именно там, где они возникают, у поверхности, с помощью гибкого каркаса.

Вес покрышек и колёс в разрезе «учите физику про раскручивание» на велосипеде не имеет значения. Как бы часто вы не ускорялись, облегчение именно колёс и покрышек в плане потерь инерции и затрат на ускорение в общих затратах энергии присутствуют в сотых долях процента. Поэтому вес покрышки играет роль исключительно в плане её гибкости, ведь очевидно, что более гибкая и технологичная покрышка будет и весить меньше. Плюс вес, сброшенный с колёс, уменьшает неподрессоренную массу, что позволяет амортизатору лучше работать. Вот почему, если за одни и те же деньги вы можете сбросить, грубо говоря, 20г с руля или 10г с обода – лучше сбросить с руля, будет больше пользы.

Аэродинамические потери на скоростях выше 20кмч будут наблюдаться только у широких шипастых покрышек. Измерения сопротивлений дорожных гладких сликов показали, что потери там статистически незаметны даже до 40кмч.

При смешанном режиме езды в разных пропорциях асфальт/грунт всё равно более широкая покрышка будет предпочтительнее: экономия веса на «вращающихся массах» ни о чём, зато возможность слабее накачивать покрышку даст реальный выигрыш в накате по асфальту и ещё больше по грунту. Чуть более широкая и тяжёлая покрышка относительно такой же узкой реально сэкономит вам больше усилий – потому что экономия на весе, вращающихся массах и некоторое улучшение аэродинамики даёт чуть ли не стократно меньший эффект в сравнении от уменьшения сопротивления качению.

Чем толще камеры при камерной установке покрышки – тем больше энергии (гистерезисные потери) они отнимают. Самая энергоэффективная камера – латексная, как самая тонкая и эластичная. Бескамерка – вне конкуренции

Интересно, а как с накатом у фэтбайков?