气动性能大揭秘 高框、三叶刀、碟轮风洞测试横向PK(下)

   2018-03-23 07:52

上期我们向各位推送了公路气动轮组的CFD模拟比较研究上半部分。传送门——《气动性能大揭秘 高框、三叶刀、碟轮风洞测试横向PK(上)》

从上期文章中的数据和模拟结果来看,高框气动轮组的气动特性很相似,最低风阻均出现在风向偏航角10°左右;而让很多人望而却步(不管是价格还是所谓的“踩不动”)的碟轮展现出特别出色的气动性能;拉风的三叉轮的气动表现却不如其外表那样惊艳。

很多小伙伴对于气动轮心虽向往之,但也往往担心其受侧风影响到操控性能。我们在上部分中已经看到了,恰恰是在一定角度的侧风下,气动轮组的性能才大方光彩,那究竟侧风对其操控有多大影响呢?

本期学术派为继续为大家带来《A Comparative Aerodynamic Study of Commercial Bicycle Wheel Using CFD》中的下半部分:“自行车轮组的空气阻力对比”。


客官老爷们经常反映文章中的理论部分太难懂,因此让我们忽略复杂的CFD和空气动力学的理论原理,直接为大家展示各型号轮组经过计算机模拟的阻力数据。

在轮组行进过程中,气动阻力可以分为切割空气产生的粘滞阻力和轮组前后气压差产生的气压阻力。作者在论文中分别展示了总阻力、气压阻力和粘滞阻力的模拟结果:

2.jpg

3.jpg

▲ 不同偏航角下车轮受到的总阻力(上),气压阻力(中)和粘滞阻力(下)

在结果中可以明显看到,总体的气动阻力主要来自于气压阻力。各轮组之间的启动性能有明显差异。相比于其他轮组,碟轮在气压阻力方面具有明显的气动优势,因此总体气动性能明显优于其他轮组。在偏航角较大的情况下,碟轮甚至可以产生类似帆船逆风行船的效果。轮组框高越高,达到最低阻力的偏航角越大(小编:谁说侧风天不能用碟轮的!)。

而不同轮组之间粘滞阻力的性质同样有很大差异。在不同偏航角的情况下,低框轮组的粘滞阻力并没有太大不同;而高框轮组的粘滞阻力则对偏航角比较敏感,随着偏航角的增加,粘滞阻力有显著下降。

除了阻力之外,空气还会对轮组产生侧向和垂直方向的力。不出意外,轮组受到的侧向力随着偏航角上升而呈现线性增加,而且框高越高侧向力越大。这种侧向受力会对操控造成影响,因此会有框高越高侧风控车越难的情况。值得注意的是,HED的三叶刀虽然框高不高,但是三辐的面积较大,因此侧向受力较大。

4.jpg

▲ 不同偏航角下车轮受到的侧向力

文章还分析了轮组行进过程中的垂直受力,即轮组提供的下压力和升力,由于于运动表现关系不大,在此略过。

文章特别分析了侧风对轮组产生的力矩。这个数值与轮组操控性能有直接的关系。不难看出,框高越高受到侧风影响越大。不过需要特别指出,zipp1080和sub9碟轮呈现出了负力拒,即车轮会倾向于向侧风吹来的车方向扭转。由于Zipp1080经常被用于前轮,这种特性可能会造成非常特殊的操控特性。

5.jpg

▲ 不同偏航角下车轮的转向力矩

开元观点

下面为大家带来一些文章中没有提到的问题:换一对轮组究竟能省多少功率?

依据文章中的数据,在20mph(32km/h)的最优情况下,sub9+1080普遍相比普通低框轮组少1N左右的气动阻力。而在30mph(48km/h)的最优情况下,sub9+1080的组合可以减少2N左右的阻力。

换算成功率,前者可以节约9w左右,而后者可以减少27w左右功率。由此我们推测,在业余铁三比赛中常见的35-40km/h的巡航速度情况下,换轮组大约可以节省10-15w的功率。

这笔投资值不值得呢?相信不同读者会给出不同的答案。


文:Godo, Corson& Legensky 编译:王开元 编辑:HCY

转载自微信公众号Locomo耐力运动研究院《大刀、三叉还是大饼?(下)| 学术派》

1521163726892698.jpg

关键词搜索:气动性能 三叶刀 高框 碟轮

上一篇:骑行课堂 | 自己动手不求人 轮组轴承培林塔基保养全教学
下一篇:最后一页

《骑行家》版权所有,请勿转载,如有需要请至底部链接联系我们
广告

微信扫一扫了解更多

二维码