Продолжаем размышления про скорость... - Дневники - Форум Velomania.ru
RSS лента

Amata

Продолжаем размышления про скорость...

Рейтинг: 4.00. Голосов: 2.
Мощность велосипедиста

Дата: 15 Май 2015 Рубрика: Советы начинающим Комментарии: Нет комментариев



Когда борьба за аэродинамику может навредить.
Безусловно, повышение аэродинамических характеристики один из лучших способов увеличить скорость движения. На эту цель работает огромная индустрия. Разработками занимаются производители, которые выпускают самые эффективные рамы и компоненты. С другой стороны ученые изучают влияние таких факторов, как положение гонщика на аэродинамику. Но всегда ли борьба за самую эффективную позицию бывает оправдана?
Использование аэродинамических рулей и наклон корпуса к верхней трубе снижает фронтальное сопротивление и помогает легче рассекать воздух, что повышает скорость движения. Но одно из последних исследований указывает на то, что сильный наклон может негативно повлиять на показатели выходной мощности из-за того, что у гонщики снижается способность эффективно дышать и более продуктивно педалировать.
Группа британских исследователей выбрала 19 подготовленных гонщиков для проведения набора испытаний при различном угле наклона, начиная от 24 градусов и постепенно снижаясь до нуля (или приблизиться к этому показателю, так как не каждый смог так опуститься). На каждом этапе фиксировались одни и те же данные, включая эффективность, частоту сердечных сокращений, частоту вращений педалей, V02 max и пиковую выходную мощность. Многие из этих параметров ухудшились по мере занятия все более аэродинамического положения. Например, выходная мощность упала на 14% на низкой позиции в сравнении с начальной.
Конечно, площадь фронтального сопротивления также снизилась в процессе эксперимента, но ученые пришли к выводу, что самого низкого положения (0 градусов) должны избегать даже соревнующиеся велосипедисты. Что касается промежуточных точек между 24 и 0 градусами, то гонщики должны искать для себя компромисс, при котором потери производительности будут меньше, чем выигрыш от аэродинамики. При желании, можно провести самостоятельно тестирование с помощью измерителя мощности.
Скорость велосипеда: как ехать быстрее
Есть ряд факторов, которые влияют на скорость Вашего велосипеда. Самый важный, безусловно, это выходная мощность. После идут позиция гонщика, экипировка, оборудование велосипеда (например, состояние подшипников и сопротивление покрышек), а также вес велосипедиста. Есть более мелкие по значимости факторы, которые могут влиять на скорость. Также на скорость может влиять техника педалирования и симметричность вращения педалей.
Аэродинамика и скорость
Стать максимально аэродинамичным это, несомненно, лучший способ повысить свою скорость с наименьшим количеством усилий. График ниже показывает, как скорость зависит от выходной мощности и положения тела велосипедиста на велосипеде.Прогрессивно требуется больше мощности на получения каждого дополнительного км/час.


Два важных момента: линии графика не являются линейными, линии скорости велосипеда находятся близко друг от друга и постепенно отдаляются при увеличении скорости. С каждым дополнительным ваттом скорость при аэродинамической позиции увеличивается больше, чем при высоком положении.
Значение оборудования и веса на скорость
Установка аэродинамического оборудования оказывает значительно больший эффект, чем снижение веса стандартного оборудования. Так в одном эксперименте, снижение на 2 килограмма веса руля дало экономию в 3,6 секунд, в то время как, замена вилки на аэродинамичную снизило время на 30 секунд, а если сравнивать с большой круглой вилкой, то выигрыш составил все 50 секунд.
Вес играет важную роль для ускорения вращающихся деталей, таких как колеса, обувь, педали и шатуны. Проще говоря, чем легче, тем лучше. Но помните, что при достижении определенной скорости значение веса существенно снижается. После того, как Вы преодолели барьер в 15-20 км/час, решающим фактором становится аэродинамика. При меньшей скорости аэродинамика оказывает малое влияние.
Влияние покрышек на скорость велосипеда
На рисунках ниже фанаты технических аспектов велогонок могут видеть как покрышки влияют на скорость.

Как видно, узкие шины имеют большее сопротивление качению, но являются более быстрыми из-за аэродинамических свойств.

На это графике видно, что трубчатые шины имеют меньше сопротивление качению, по сравнению с клинчерными. Поэтому трубчатые быстрее, легче, но и стоят дороже.
Многим будет полезен калькулятор, который высчитывает производительность велосипеда.
Калькулятор мощности
Вы можете увидеть влияние веса, ветра, силы, температуры, высоты, положения и покрышек на производительность. После ввода нескольких значений это программа определит Вашу скорость, время, калории и потерю веса. Хотя это всего лишь модель, которая имеет свои отклонения, но будет очень полезна, что-бы сделать общие выводы.
Выводы
Подводя итог, аэродинамический руль более ценен, чем более легкие покрышки. Вес играет большую роль во время ускорения и подъема на вершину (особенно важен вес вращающихся деталей). На равнине вес колес и других компонентов после набора скорости на так важен, как, например, аэродинамические колеса.
Гонщику целесообразно все время ехать в аэродинамическом положении после достижения скорости в 15-20 км/час. Интенсивное педалирование при спуске вниз не очень продуктивно. Целесообразнее поддерживать среднюю скорость прикладывая больше усилий на подъемах и значительно снижая на спусках, чем поддерживать одну мощность всю дистанцию.
Важно при тренировках применять различные устройства, которые помогут в измерениях, так как не правильно полагаться только на свои ощущения.

http://boldarev.ru/moshhnost-velosipedista/

--------------
СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ ВЕЛОСИПЕДА И ДИАМЕТР КОЛЕСА

.
.
При увлечении велосипедом, как и при любом другом серьезном увлечении, важна идеология процесса.
Многих велосипедистов, обремененных деньгами и/или мыслительным центром волнуют вопросы энергетической эффективности передвижения на велосипеде.
Рассуждения ниже касаются передвижения системы велосипед-наездник по грунту умеренного рельефа, в умеренном темпе и на значительные расстояния (марафон, 250-500км). Предполагается, что наездник физически и психологически подготовлен провести в седле 20-30 часов, правильно одет и обут, правильно посажен на велосипед, у него хватило везения и ума выбрать правильное седло.
Суммарное сопротивление складывается из пяти основных составляющих (Рис.1):
1. аэродинамическое сопротивление,
2. сопротивление качению шин,
3. потери в трансмиссии,
4. сила инерции.
5. потери на деформацию велосипеда (рама, вилка, колеса)


Рис. 1. Силы сопротивления движению велосипеда (по Швальбе )
Важно минимизировать энергетические затраты на преодоление сопротивления движению, сделав это с умом и минимально необходимыми затратами.
Сопротивление воздуха возрастает пропорционально квадрату увеличения скорости. Поэтому на прямой при скорости выше 20км/ч сопротивление воздуха является основной противодействующей силой. Оптимальные затраты энергии получаются при скорости движения до 25 км.ч.
Когда едете на подъем основной силой сопротивления будет преодоление уклона.
За пределы обсуждения (пока) выносится вопрос потерь на деформацию рамы и вилки.
Вопрос не так прост, как кажется и требует дополнительного исследования: О жесткости рам (с таблицами). Как она влияет на скорость?
Предполагается, что рама - правильная и потери в ней невелики. При медленном равномерном движении на велосипеде потери в раме - малы. Смысла в покупке дорогой сверхжесткой гоночной рамы для повседневного катания и длительных выездов - нет. Поведение одной и той же рамы при мощности гонщика 150-200ватт и 400-500ватт кардинально различается, и преимущества гоночной рамы, ее характер проявляются именно на большой мощности педалирования. Не рассчитывайте, что купив гоночную раму, вы поедете быстрее. Для этого придуманы тренировки и уколы!
Многим начинающим велосипедистам стоит осознать, что Самая Правильная Рама для длительных поездок - подходящего Вам размера, а не титановая (стальная, карбоновая, алюминиевая, магниевая).
Сила инерции появляется всегда, когда изменяется скорость движения. И ее величина тем больше, чем больше общая масса системы наездник-велосипед. Увеличивается скорость движения, увеличивается и сила инерции, препятствуя развитию скорости, т. е. становится силой сопротивления. Для преодоления ее расходуется часть тяговой силы. Следовательно, необходимо двигаться с равномерной скоростью.
Вес колес играет не такую большую роль, как это принято считать. Поднимаясь в гору на велосипеде с колесами, вес которых на четыреста грамм превышает вес вашего стандартного комплекта, вы потратите энергии больше всего на 0,5-0,9 процента. То, что это вращающаяся масса, в данном случае не имеет значения. При езде по прямой с постоянной скоростью вы вообще ничего не потеряете (вспомните законы механики).
Вес колес важен только при езде с чередующимися разгонами и торможениями. Таким образом, если вы не гонщик, вес колес не должен вас очень сильно интересовать, а должна интересовать прочность, угол атаки, проходимость колеса и сопротивление качению.
Есть еще сила трения цепи и других движущихся частей. В хорошо настроеном и смазанном велосипеде их влияние будет минимальным в общей составляющей сил сопротивления. Наименьшие потери достигаются в синглспиде, особенно в грязи и при низких температурах.
Наибольшее влияние оказывает вес наездника. Нужно меньше жрать и больше тренироваться.
Фанатичное облегчение велосипеда - худшее решение из возможных. При равномерном движении практически нет разницы, как скидывать вес - взять поясную сумку вместо рюкзака, похудеть на 3 кг или потратить 2000 USD на облегчение велосипеда.
Особенной бессмысленностью отличается апгрейд трансмиссии до Х0-ХТЯ, ибо потери в трансмиссии в десятки раз меньше потерь на сопротивление качению. Если и тратить деньги - то на правильные колеса (естественно, 700С) и покрышки.
Сопротивление качению
Сопротивление качению складывается из таких составляющих:
1. Наездник часто и без необходимости тормозит. Нужно ехать, а не тормозить.
2. Деформация грунта (асфальт практически не деформируется)
3. Деформация шины (в шине с хорошим гибким каркасом и низкогистерезисным нано компаундом потери минимальны)
4. Деформация колеса (обод, спицы - колесо на 32 спицы лучше катит. не забывайте, что втулка - стоит на нижних спицах)
5. Потери во втулках (я выбрал промы).
6. Потери на преодоление микрорельефа (неровности дороги).
Величина сопротивления качению зависит главным образом от веса системы наездник-велосипед. Нужно меньше жрать и больше тренироваться.
При качении колеса по мягкому грунту происходит деформация не только шины, но грунта, в результате чего сила сопротивления качения увеличивается – добавляется бесполезная работа по перемещению и уплотнению грунта.
Движение по грунту сопровождается образованием колеи, глубина которой оказывает непосредственное влияние на сопротивление качению. Глубина колеи зависит от диаметра колеса, ширины профиля и нагрузки на колесо. Этими параметрами определяется среднее давление колеса на грунт. Если бы шина была абсолютно эластичной, давление колеса на грунт определялось бы давлением воздуха в шине. Поскольку часть нагрузки передается через каркас шины, давление на грунт зависит от соотношения жесткости шины и грунта.
Если жесткость шины больше, чем жесткость грунта, она будет погружаться в грунт не деформируясь, т. е. пневматическая шина будет работать как жесткое колесо. Если же жесткость шины меньше жесткости грунта, шина деформируется. Это приведет к увеличению поверхности контакта шины с грунтом, уменьшению на него давления и сопротивления качению. На деформируемых грунтах площадь опорной поверхности может быть увеличена за счет увеличения ширины шины и ее диаметра и уменьшения давления воздуха в ней.
Наиболее предпочтительным является увеличение диаметра колеса и снижение внутреннего давления в шине, так как с увеличением ее ширины растет объем деформируемого грунта и тем самым увеличивается сопротивление качению. При уменьшении давления воздуха в шине площадь контакта растет в большей степени по длине.
Коэффициент сопротивления качению по деформируемым грунтам определяется гистерезисными потерями энергии в шине и затратами ее на перемещение и деформацию грунта. Минимальное сопротивление качению соответствует определенному давлению воздуха в шине. При увеличении давления воздуха в шине свыше этого значения сопротив­ление качению возрастает из-за увеличения глубины следа (колеи), а при уменьшении — из-за большой деформации шины.
Очевидно, что для каждого типа и состояния грунта может быть найдено оптимальное давление воздуха в шине, при котором сопротивление качению будет минимальным.
Увеличение диаметра колеса приводит к уменьшению коэффициента сопротивления качению. На ровных дорогах с твердым покрытием уменьшение небольшое. Чем больше размеры и число неровностей на дороге и чем больше на таких дорогах скорость движения, тем значительнее влияние диаметра колеса на коэффициент сопротивления качению. Особенно сильно снижается коэффициент сопротивления качению на деформируемых опорных поверхностях (песок).
Формула для силы сопротивления деформации грунта недеформируемого колеса, так тревожащая пытливые умы:

Эмпирические зависимости коеффициента сопротивления качения колеса автомобиля от: в - давления воздуха в шине на твердой поверхности, г - диаметра шины (1 - при контакте с бетонным покрытием, 2 - грунтом средней плотности, 3 - песчаным).

Источник всего этого богатства: Гришкевич А.И. Автомобили: Теория: Учебник для вузов, 1986г.
Велосипед создает значительно большее удельное давление на грунт, поэтому зависимость будет ярче.
Schwalbe и Rolling resistance (почему широкие покрышки катят лучше, чем узкие?)
Апологеты широких покрышек обычно приводят в качестве примера "исследования" Швальбе:
http://www.schwalbe.com.ua/tech/

Ответ на этот вопрос кроется в прогибании покрышки. Каждая шина расплющивается немного под нагрузкой, это создает плоскость контакта.
При одинаковом давлении широкая и узкая покрышки будут иметь одинаковую площадь контакта.
При этом широкая покрышка сплющивается больше по ширине, чем по длине, и по этому легче катится.
Узкая шина будет иметь более вытянутое пятно контакта. Поэтому, во время вращения узкие шины больше деформируются по окружности, чем широкие.
У широкой шины радиальная длина пятна контакта короче, что делает такую шину более "округлой" и накатистой.
Чем меньше шина деформируется по окружности, тем легче она катится.

Что говорит классик?
http://www.sheldonbrown.com/tires.html
Шелдон Браун утверждает, что сравнение покрышек разной ширины при одинаковом давлении не имеет практической ценности. Покрышка большего диаметра будет работать с оптимальным давлением, а меньшего - недокачана, соответсвенно покажет худший результат. Нужно сравнивать покрышки с оптимальным давлением.
Беда также в том, что Швальбе, насколько мне известно, никогда не публиковала результатов такого "исследования", хотя имеет все технические возможности.
Вы не поверите, но десятилетия опыта (компания основана в 1922 году) Швальбе вылились в подозрительный график, на котором сравнивают непонятно что непонятно с чем при непонятных условиях:
1. Вот покрышка 60-622 Big Apple, покрышка-баллун гигантского размера.
Рекомендуемый диапазон давления - 1,5-4,0 bar.
2. Вот покрышка 37-622 Road Cruiser, наиболее популярная, стандартная покрышка Швальбе.
Рекомендуемый диапазон давления - 2,5-4,5 bar.
Есть мнение, что при одинаковом давлении, каркас, компаунд и рисунок протектора имеют значительно большее влияние на сопротивление качения покрышки, чем ее ширина.
В примере выше - применяется различный компаунд, различная технология защиты от проколов (Race Guard и Kevlar Guard), различная плотность плетения каркаса - 24 tpi против 67 tpi и различный рисунок протектора. Плюс испытуемые покрышки - различного диаметра, та, которая катит легче - больше.
На основании этого подозрительного испытания делается вывод, который неокрепшие умы воспринимают как экспериментально подтвержденный факт.
Разработка инженеров Швальбе извращена маркетологами. Техническая идея, заложенная при создании Apple - при покупке современной, качественной покрышки 60х622, сделанной на основе супер-мега каркаса 67 tpi, компаунда с низкими гистерезисными потерями, упоительно дорогой гибкой и легкой защитой от проколов, при меньшем рабочем давлении 2 bar можно обеспечить сопротивление качению не хуже, чем у стандартной покрышки 37х622 при давлении вдвое выше (4 bar, внимательно смотрим на пунктирную линию на графике).
Это удивительный факт, за что им честь и хвала.
А вот за что Швальбе категорический низачот: за отказ выпускать столь ожидаемый Рейсинг Ральф 42-47х622.
Пример (сопротивление качению покрышек, стальной барабан):
Посмотрите на сопротивление качению одинаковых покрышек различного диаметра 25, 28мм S Turbo/R - результат прямо противоположен "исследованиям" Швальбе.
Т.е. в теории, широкая покрышка имеет меньшее сопротивление качению при одинаковом давлении по сравнению с узкой, но в реальности из-за увеличенного размера и любительского назначения применяют чуть другой каркас и она катит хуже.
Важно понять, что вклад в общие энергозатраты разницы деформаций 29'' и 26'' современных racing покрышек незначителен. Важнее угол атаки колеса при деформации грунта и способность колеса сглаживать неровности дороги без существенного перемещения центра тяжести.
.
Автор неизвестен
.
Метки: Нет Добавить / редактировать метки
Категории
Без категории

Комментарии

  1. Аватар для RoadVulpes
    Ндааа...... Это твои собственные исследования или у кого-то позаимствованы?
    Вообще, всё это хорошо, конечно, - скорость и так далее - но вопрос "а зачем?", - если ты не гонщик на соревнованиях. Если ты едешь куда-то в путешествие, то зачем ставить себе цель скорость? Велосипед тем и хорош, что можно не спеша, созерцая, получая удовольствие (и только в удовольствие, а не преодолевая бесконечные трудности) ехать, осматривая всё вокруг. Иначе зачем вообще ехать на велосипеде?
    Ехать с такой скоростью и прикладывая такие усилия, чтобы в конце пути не падать от усталости и когда уже "больше ничего не хочу, нчего не нужно!". Возьми да и сядь на автобус, поезд и пр транспорт, - по-любому будет быстрей, если твоя цель как можно быстрей достигнуть какой-то точки пути.
    Велосипедная езда не должна быть измором, не должно быть слов "надо" и пр, коих в нашей жизни и без велосипеда хватает по горло! Велосипед - это удовольствие, и из этого надо исходить.
    Кому как нравится, как удобно, так пусть и ездит, - будь у него хоть какой велосипед, хоть с какой навеской, хоть с какими колесами (единственное что я бы посоветовать могла - это попробовать всё же снять свою тракторную резину и поставить нормальную, узкую, катучую, - желательно , по состоянию дорог, - слики. Посадка - та, что лично тебе удобно, а не в исследованиях теоретически-умных написано. Велосипед - для тебя, а не ты для велосипеда, - из этого постулата надо исходить.
  2. Аватар для Amata
    Конечно позаимствованы, но моя практика их подтверждает,
    поэтому и запостил.
    Поэтому и перешёл на широкие обода и широкие шипастые покрышки.
    Если раньше по сыпучему грейдеру, я и Оксана особенно, не разгонялись (под горку, естественно, т.к. никто из нас не ставит целью "измор") больше 12 км/час, просто боялись...
    То теперь Оксана, например, спокойно едет по такому покрытию под сорок и не пищит.
    Ну, если слегка только.
    Да и на асфальте качественная широкая покрышка катит не хуже узкой.
    Написанное в статье это и подтверждает.

    Да и мифы про то, что лёгкий велик катит лучше и прочая хрень упорно
    распространяемая на веломании уже задолбали...