风洞测试:高框与低框轮组的较量

体娱   2024-11-01 17:58   广东  

前段时间,外媒的测试团队在银石运动工程中心的风洞测试了11台顶级气动车,顺便还测试了一台“基准”自行车:2015 Trek Emonda ALR,轮组截面没有水滴形设计,圈刹、外走线、圆形车把,完全没有进行任何空气动力学优化。

不出所料,它要比现在的顶级气动车慢,在40km/h的速度下,平均要比顶级自行车付出多约23W。但测试环境中,顶级车都搭配了高框气动轮组,那如果将基准自行车上的轮组换成类似的轮组会发生什么?会带来多大的变化?能弥补这23W的缺口吗?如果不能,这份升级性价比是否优秀?对此外媒进行了测试。

外媒选择的轮组是已经停产的英国品牌Prime一款相当经济实惠的产品:RR-50V3。框高50mm,内宽19mm,安装了与测试中所有其他自行车相同的25mm Continental GP5000 S TR轮胎。这款轮组当时的零售价为800.00英镑(约7500元人民币)。

结果

外媒对每车进行了七个偏航角测试,偏航角是风吹向自行车和车手系统的角度。偏航角为0度意味着风直吹,是完全逆风。偏航角越大意味越侧风。从-15度(风从左侧吹)到+15度(风从右侧吹)进行测试,每次增加5度,总共捕获了7次偏航角数据。

风洞测试课提供的数据是CdA,代表阻力系数*面积。阻力系数反映了物体的形状和空气在物体周围流动的难易程度,而面积只是物体的大小。阻力系数越低,物体越小,它就越容易穿过空气,因此,在同样的功率下,速度就越快。

有趣的是,在偏航角较低时,框高较高的轮组实际上速度更慢,可能是因为这款轮组比基准轮组宽得多,增加了正面投影面积。当风从更宽的角度吹来时,框高较高的轮组就会发挥作用,提供更多的“风帆”效应,捕捉风并推动车手向前。

下图显示了所有七个偏航角捕获的平均CdA值。左侧是之前外媒的11辆顶级战车的平均值。中间是基准自行车。右侧是安装了气动轮组的基准自行车。对原始数据的CdA值进行平均后,外媒发现使用框高较高的轮组CdA为0.3640,比基准低0.0062,速度更快。根据CdA可以计算出40km/h所需的功率,我们来看下现实世界中的差异。

在这里可以看到,顶级战车以40km/h的速度行驶平均需要282.41W。使用基准自行车会多消耗23.06W。有趣的是,使用气动轮组后根本没有缩小多少差距,气动轮组的价值仅为5.89W。

为了帮助将其与现实世界联系起来,如果你以250W的功率骑行,这相当于在40km内节省25秒,或者在同等努力的情况下速度增加0.24km/h。如果你将输出增加到350W,你的速度增益将至0.27km/h。一旦考虑到外媒的测试误差,轮组实际上可能相等。外媒测试的误差(一天开始和结束时相同基线上的两次测试之间的差异计算得出)为3.91W。

如上两个条形图所示,两个相关数据误差条相互重叠,将基准自行车的最佳情况与高框轮的最坏情况进行比较,低框轮速度可能更快。当然误差幅度可以双向发挥作用,反过来考虑的话基准自行车的最坏情况和高框轮的最佳情况对比,差异可能高达13.7W(40km/h)。

结论

从统计学上讲,由于外媒的误差存在,并不能得出高框轮比低框轮快的结论,只能根据原始数据和尝试相信确实如此。

从节省每一瓦的成本来看,如此昂贵的成本节省的功率却十分有限,根据原始数据,节省不到6W的价格是900美元,即节省每一瓦需要150美元。而且,外媒过往的数据显示,最优秀的气动轮组和最差的气动轮组差异仅为3.87W,而且与价格无关,也就是说再升级更高级的轮组,节省的功率也并不会多。最有趣的是,鉴于外媒的高框和低框轮之间大部分差异是在更高的偏航角下发现的,现实里高偏航角并不多见,所以现实情况里能节省的功率会更低。

当然,购买新轮子并不一定是追求空气动力学,可能是因为更轻、更宽,以及更好的操控性,或许仅仅是看起来更好看。


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