Почём аэро?

Три-насадка, аэрошлем, три-велосипед: масштабы экономии.

автор: Jeff Jones [BikeRadar.com], данные Mike Cote [Specizlized.com]
перевод: Андрей Адельфинский [TriathlonMasters.ru]

-- Много ли даёт насадка на руль?
-- Сколько привозит шлем-капля?
-- Целесообразен ли разделочный?
Дать арифметически выверенный ответ на эти вопросы попытался в своей статье Джефф Джонс. Для этого ему пришлось обратиться к помощи Майка Кота из Specialized. Мы же всего лишь постарались перевести этот текст как можно ближе к оригиналу, что был опубликован на сайте BikeRadar 15 ноября 2008 года... Если Вам лень читать, то вот ключевые моменты, выделенные автором:
Посадка: ~30 Вт поможет вам сэкономить использование три-насадки (в просторечии "лежака") на стандартном шоссейном велосипеде...
Байк: ~20 Вт сэкономит Вам Tri/TT велосипед (в просторечии "разделочный") относительно шоссейного с насадкой, однако определенная часть этой экономии должна быть отнесена на счёт улучшения посадки....
Шлем: ~10 Вт поможет Вам сэкономить аэрошлем.
Оценка экономии мощности приведена для скорости 40 км/ч.

Почём аэро? Три-насадка, шлем, три-рама: сравнительные масштабы экономии.
текст Джефф Джонс (BikeRadar), данные Майк Кот (Specialized).

Вы хотите ехать быстрее. И хотите знать: если потратить X, то получится ли экономия времени Y взамен? Проблема в том, что Вы одурачены множественным шумом маркетинговых "научных данных", произведенные компаниями, которые всего лишь хотят видеть Вас покупателем их шмурдяка (будь то шикарное оборудование или даже просто время в аэродинамической трубе). С чего начать?

Давайте сведём задачу к простому вопросу:
Сколько времени Вы можете сэкономить, начав с обычного шоссейника и шлема, сначала добавив три-насадку на руль, а затем перейдя на три-велосипед и аэрошлем? Вот и все. Все прочее оборудование (колеса, шины, одежда) остается прежним.

Ответ исчисляем... наверное. Но как найти его - вот в чём вопрос. Вы должны знать, что делать - ведь большинство из нас этого не представляют. К счастью есть люди, которые называются инженерами, и в мире велоспорта их работа заключается, чтобы давать ответы на подобные вопросы.

Нам дали возможность провести день с Марком Котом, молодым специалистом по аэродинамике из Specialized, в аэродинамической трубе A2 и на трассе Lowe's Motor Speedway в Северной Каролине. Это сердце автогонок NASCAR, они вложили много денег в аэродинамические средства тестирования.

Аэродинамическая труба A2, младший брат трубы AeroDYN, используется для тестирования небольших автомобилей и велосипедов. Это одна из самых дешевых труб в США - $390 в час (для сравнения - $800 за трубу в Сан-Диего). И менеджеры трубы Майк Жиро и Дейв Салазар точно знают, что они делают, когда речь заходит о велосипедах. Плюс они могут сравнить данные из трубы и данными с дороги, используя близлежащую Lowe's Motor Speedway, 2.3km виражный овал NASCAR.

Для этого теста Марк обратился за помощью к Натану О'Нилу, 8ми кратному австралийскому чемпиону в гонке с раздельным стартом, который выступал за европейские и американские профессиональные командах на протяжении последних восьми лет. Сейчас он отбывает 15 месячный бан (истекает 12 ноября 2008) за положительный результат допинг-теста (препарат для подавления аппетита Phentermine, который весьма занятным образом разрешен, но не в соревновательный период). Однако его опыт раздельщика и, конечно, его доступность делают его идеальным тест-райдером.

Как это делается
Измерения в аэродинамической трубе в настоящее время считается золотым стандартом вело-аэродинамических испытаний. Для достижения наилучших результатов, вы нуждаетесь во всаднике на велосипеде, который иметь возможность сохранять свою позицию стабильной во время педалирования. Вы можете протестировать велосипед в одиночку, но результаты имеют больше смысла, когда кто-то сидит на нем, потому что общие итоги будет совершенно другими. Кроме того, необходимо протестировать диапазон углов рыскания (направление ветра по отношению к направлению всадника) с учетом бокового ветра, потому что аэродинамика значительной степени зависит от направления ветра.

Недостатком испытаний в туннеле является то, что вы не в состоянии учесть управление при боковом ветре, потому что велосипед жестко закреплен на роликах.

Уличное тестирование полезно, потому что оно ближе к реальным условиям мира. Тем не менее, это много времени и Вам все равно придется контролировать так много переменных, как это возможно. Даже если у вас гладкий плоский трек и точные измерительные приборы (такие как у нас - SRM и мобильная метеостанция), слишком много ветра дадут Вам ошибки большие, чем то, что Вы пытаетесь измерить.

Реперная точка - 70 Ватт!
В конце июля Кот и его команда сделали серию тестов, сравнивая стандартный шоссейный велосипед (Specialized Tarmac SL2 с колесами HED Bastogne) и велосипед для триатлона и гонок с раздельным стартом (Specialized Tarmac SL2 с колесами HED H3 Trispoke и аэрошлемом Specialized TT3).

Они сравнили данные из аэродинамической трубы с данными трекового тестирования на Lowe's Speedway и велодроме Asheville, что состояли из нескольких 10 мильных и 1 км заездов на время с постоянной скоростью 40 км/ч. Им повезло с условиями, которые оказались идеальными для уличного тестирования, и позволили удержать погрешность измерений в пределах 2% от общих затрат мощности. Соответствующая погрешность в аэродинамической трубе находится в пределах 1%. В ходе этих испытаний они выявили, что результаты уличного тестирования подтверждают результаты тестирования в аэродинамической трубе, но не копируют их.

Они также выяснили, что в уличных условиях удалось сэкономить 60-70 ватт на 40 км/ч вследствие перехода с нормального шоссейного велосипеда (который требовал ~280-290 Вт на поддержание этой скорости) на триатлонный/разделочный велосипед (~ 220 Вт). Это результат экономии на аэродинамическом сопротивлении порядка 22-24%. Иначе говоря, это составит 9 секунд на километр, 0:02:14 на 16.1км, 0:05:33 на 40км и 0:24:58 на 180.2km (велосегмент железной дистанции триатлона, в просторечии Ironman, Iron man, Iron distance triathlon или 226 км). Или говоря ещё иным образом, если Вы можете ехать на шоссейном велосипеде со скоростью 40 км/ч, то пересев на триатлонно/разделочный велосипед и используя аэрошлем, Вы можете поехать со скоростью 44 км/ч.

В контролируемой среде аэродинамической трубе экономия была большей: в диапазоне 32-42% в зависимости от угла рысканья. Это экономия только на счет аэродинамического сопротивления. Около 70% общей мощности идет на аэродинамическое сопротивление, так что 70% от 32-42% = 22-29% от общей мощности. Это практически точно соответствует 22-24% данных с трека.

Кроме того, чем больший угол встречного ветра, тем лучшее время Вы покажете в гонке на время из-за эффекта паруса. Конечно, Вы должны быть в состоянии удерживать вертикальное положение ...

Разбиение на подмножества
Так как же нам раскалькулировать эти 70 Ватт экономии? Сколько стоит посадка, сколько стоит велосипед, сколько шлем и сколько колеса? Это и есть цель текущего теста, и хотя мы не тестировали конфигурации с различными колесами, мы изучили значение этих ~ 60 Ватт экономии.

Марк Кот определил пять конфигураций:
#1 :: шоссейный Specialized Tarmac SL2 (стандартный руль, стандартный шлем )
#2 :: шоссейный Specialized Tarmac SL2 + три-насадка (стандартный шлем)
#3 :: шоссейный Specialized Tarmac SL2 + три-насадка + аэрошлем TT2
#4 :: Tri/TT-велосипед Specialized Transition (стандартный шлем)
#5 :: Tri/TT-велосипед Specialized Transition + аэрошлем TT2

Для каждой из них мы использовали те же колеса (Roval) и шины; Натан ехал в трико с короткими рукавами и нарукавниками, в полных перчатках, но без бахил. Масса велосипеда и всадника - 83 кг.

Все пять конфигураций были протестированы на дистанции 4.6 км (два круга по Lowe's Motor Speedway) на скорости как можно близкой к 40 км/ч, насколько это было возможно. Тесты в аэродинамической трубе были проведены в тот же день. Во время каждого уличного теста, Майк Жиро выступал в качестве контроля. Он ехал на велосипеде по кругу на ~ 32 км/ч, спереди на его велосипед был навешен ветровой зонд, что измерял скорость и направление ветра. Зонд был похож на гарпун, но к счастью на треке не было китов.

В тот день было ясное солнечное ноябрьское утро, но все же на Speedway условия совсем не идеальны. И хотя мы можем бы учесть изменения температуры и влажности, все же есть небольшие ветровые аффекты.

Данные "с дороги"
результаты заездов по кольцевой трассе Lowe's Speedway

[CdA = Коэффициент лобового сопротивления х мидель]

В целом положительно: тенденция вполне аккуратная и выявлена весомая разница в 77 Ватт (25%) между шоссейником и "полностью" Tri/TT велосипедом. Оказалось, что посадка принесла половину этой экономии. Но в плане того, что дал аэрошлем в сравнении с tri/TT-велосипедом - это уж слишком круто. Как нам кажется, эта цифра выползла из-за одного недостаточно точного измерения (поскольку три-велосипед плюс стандартный шлем предположительно потребует около 240 Вт, а не 263 Вт на 40 км/ч). Мы подозреваем, что здесь выскочила ошибка калибровки SRM, а не ветер на трассе - но на момент публикации сие не было достоверно известно.

Тесты "в трубе"
Марк выглядел более счастливым, когда мы попали в тепличные условия аэродинамической трубы. Симпатичные воспроизводимые данные, которые имеют смысл и не противоречат его предшествующему опыту исследователя. Тестирование проводилось на углах рысканья 0 и 10 градусов в ветровом потоке 48.3 км/ч (30 миль/ч), что затем были экстраполированы до 40 км/ч.

Данные "из трубы"
результаты продувок в аэродинамической трубе

[* "Мощность требуемая на 40 км/ч" учитывает только сопротивление воздуха, следовательно она значительно ниже, чем мощность измеренная на трассе. С другой стороны, CdA на открытом воздухе и в аэродинамической трубе тесно согласованы. Это сверх того, в чём мы были заинтересованы]

Хорошая вещь в этом наборе конфигураций то, что есть два разных способа сравнения велосипедов и шлемов. Разница между стандартным шлемом и аэрошлемом TT2 была 8.6 Вт или 9.4 Вт или, в зависимости от набора протоколов, которые мы рассматривали. Разница между шоссейником с три-насадкой и три-велосипедом была 18.5 Вт или 19.3 Вт. Наконец, разница между шоссейником и шоссейником с три-насадкой был впечатляющие 29.4 Вт. Это различие связано с позицией всадника (на руле или на насадке).

Итак, мы раскидали 60 Вт экономии. Июльские тесты показали 70 Вт, но колеса также менялись в том исследовании. И как мы можем предположить, HED H3 Trispokes сэкономят нам дополнительные 10 Вт против колес HED Bastogne. Поскольку были другие различия (в июле использовался TT3, а сейчас и TT2 и трико вкупе с шоссейными колесами), мы должны с осторожностью отнестись к принятию этого выводу. Но если это сделано, оно также показывает, что используемые в тестировании колеса Roval примерно такие же, как и Trispokes и колеса Roval сэкономят нам те же 10 Вт, что экономили Trispokes.

Сравнительный масштаб экономии мощности
в пересчёте на денежные траты

В заключение мы представили сравнительный масштаб экономии мощности в пересчёте на денежные траты. Насколько оно того стоит? Решать вам!

Примечания автора:
Мы использовали только одного райдера и один комплект оборудования, что отлично подходит для контролируемых изменений; но это не значит, что мы должны делать слишком широкие обобщения. Мы делали, по-любому ...

Определенная часть экономии вследствие перехода от шоссейного велосипеда с насадкой к Tri/TT велосипеду вызвана ещё большим улучшением посадки, а не только аэродинамикой рамы.

Не считая "высокого" CdA у конфигурации #4 (Tri/TT-велосипед Specialized Transition, стандартный шлем) при "уличном" испытании, все другие CdA были в пределах 3% от данных "из трубы". Не идеально, но вполне хорошо для результатов измерений по мощности, по словам Марка Кота.

На более медленных скоростях от всех этих улучшений Вы также сможете сэкономить время, но меньшее кол-во ватт. Константой будет процентная экономия на аэродинамическом сопротивлении.

Много нового можно узнать в ходе испытаний в аэродинамической трубе... особенно если у Вас есть люди, которые знают что они делают.

автор: Jeff Jones [BikeRadar.com], данные Mike Cote [Specizlized.com]
перевод: Андрей Адельфинский [TriathlonMasters.ru]

Примечания переводчика:
Во-первых, для простоты восприятия мы нарисовали Вам диаграмму:

Во-вторых, в своей статье Джефф Джонс упоминает о расчётной экономии мощности в 70 Ватт (для скорости 40 км/ч). Он также представляет этот выигрыш в более понятном для спортсмена виде как 24 минут 58 секунд на дистанции 180 км. Вау-вау!!!??? Однако сей расчёт справедлив лишь в теории: трасса с плоским рельефом, преодолевая которую атлет должен всё время сохранять идеальную посадку. В реальных условиях гонки приходится вскарабкиваться в подъемы, а также притормаживать на спусках, вписываться в крутые повороты и отвлекаться на приемы пищи и т.п. Иначе говоря, в реальных условиях самого идеального длинного триатлона самый идеальный гонщик сможет изыскать лишь 80% времени для изображения идеальной посадки. 80%... цифра не слишком завышена? Впрочем неважно - наша задача лишь указать на эту переменную. Возможно следующий автор найдет способ численно измерить и эту переменную в своём расчете? Например оценить курс гонки по карте и данным градиентов; или спаять схему на базе тензометрических датчиков, что будут интегрированы в подлокотники три-насадки?

Сравнительный масштаб экономии
в более привычных спортсменам минутах/секундах

Оригинал русской версии, английский первоисточник.

Смотрите также

Возможно вас заинтересует:

• Как это сделано: карбоновые рамы
• MTB без амо
• Riding Uphill (Gachi Boshi ガチ★星) 2018
• Трио из Бельвилля
• На велосипеде по Америкам. Часть 1