Fuglsang, на Дофіне 2019. Фото: ASO/Алекс Бродвей

zikloland

В даний час на ринку представлено широкий вибір типів коліс. Ми можемо вибрати колеса, виготовлені з різних матеріалів, таких як алюміній або вуглець, низько-, середньо- або високопрофільні колеса, колеса, що встановлюються за допомогою лише 12 спиць, до 36-спіцевих коліс, сочевикових коліс, 3, 4 або 5-спицевих коліс і переважна більшість пропонується в різних конфігураціях ободів, щоб підходити до безкамерних, клінчових або трубчастих шин.

Іноді може бути безладно знати, які колеса підходять для нас, залежно від типу їзди на велосипеді, який ми практикуємо. Як завжди з цього розділу, Ми спробуємо розібратися, яка фізика і механіка є за кермом нашого велосипеда щоб краще зрозуміти, який тип коліс може бути кращим для нас.

  • Аеродинаміка
  • Ригідність
  • Маса

Оскільки все в житті базується на рівновазі, цього разу менше не збиралося. Так що аеродинаміка, жорсткість і маса коліс тісно пов’язані між собою. Зазвичай, коли ми максимізуємо одне з них, ми робимо ще одне зменшення більшою чи меншою мірою. Тому, ми спробуємо знайти найкращий можливий баланс і пожертвувати деякими з цих змінних на основі інших, поки ми не знайдемо тих якостей, які ми шукаємо, і які найкраще відповідають велосипедній дисципліні, яку ми практикуємо.

Як ми зазвичай робимо, ми збираємось викласти три змінні теоретично, а пізніше ми побачимо, як різні характеристики наших коліс мають прямий вплив на них.

1. АЕРОДИНАМІКА

У попередніх статтях ми обговорювали аеродинаміку і тому знаємо, що це аОдна зі змінних, що зумовлює наш прогрес на велосипеді. Що стосується аеродинаміки, ми можемо зробити це загальним або спільним способом, тобто взявши за орієнтир велосипедиста та його велосипед, або можна розділити його та поговорити про різні компоненти, що складають комплект окремо. Отже, тут ми поговоримо лише про аеродинаміка колеса.

Фото: Кріс Олд/Команда CCC

Колеса нашого велосипеда обертаються, а не перебувають у "статичному" стані, наприклад, рама велосипеда або шолом велосипедиста, коли ми рухаємось по повітрю. Тому, розрахунок опору або аеродинамічної сили, що протистоїть нашому просуванню, дещо складний. Як правило, виробники коліс використовують програми CFD (Computational Fluid Dynamics) або програми імітації рідини, коли вони мають дизайн колеса у форматі 3D для оптимізувати колесо якомога більше, а потім підтвердити ці дослідження або розрахунки з реальними прототипами в аеродинамічній трубі.

На зображенні нижче це показано дослідження CFD, проведене за допомогою комп’ютера з використанням 6 різних коліс, де лінії потоку оцінені і за допомогою яких виробники можуть здійснити оптимізацію колеса на стадії проектування, беручи до уваги всі компоненти та змінні, такі як fформа та розміри колісного профілю, спиць, маточини, обертання з різною швидкістю, кутом падіння та інтенсивністю вітру, тощо.

Також здійснюють найпотужніші марки випробування аеродинамічної труби з метою підтвердження того, що розрахунки, зроблені на комп’ютері, стають реальністю щодня.

Фактори, що впливають на аеродинаміку колеса:

- Профіль обода, як форма, так і висота. З огляду на однакову форму ділянки обода, високопрофільні будуть більш аеродинамічними, ніж низькопрофільні. Останніми роками виробники приділяли велику увагу формі шинної секції. Ідея полягає в оптимізації дизайну по максимуму для досягнення аеродинамічних коліс з нижчими профілями з подальшою перевагою полегшення їх ваги.

А) Так, Кілька років тому спеціалізована компанія спроектувала свої 50-міліметрові колеса, за допомогою яких вони заявили, що досягли такої ж аеродинаміки, як і їх попередники Roval 64 мм і з перевагою полегшення та покращення поворотів.

- Спиці, їх форма та кількість встановлені на кожному колесі. Плющені спиці, встановлені в напрямку руху, більш аеродинамічні, ніж традиційні круглі спиці.

- Дизайн концентратора. Виробники все частіше беруть до уваги конструкцію своїх концентраторів, щоб оптимізувати їх в аеродинамічному плані.

- Інтеграція між шиною та ободом. Як ми бачили в попередніх статтях, хороша інтеграція між шиною та ободом призведе до меншої турбулентності і, отже, буде невеликою перевагою на аеродинамічному рівні. На зображенні нижче ми бачимо, як створюється турбулентність у зв'язку між шиною та ободом, що погіршує аеродинамічний аспект цілого.

два. ТВЕРДІСТЬ

Коли ми говоримо про жорсткість, ми маємо на увазі фізичні вимоги (зусилля), які втручаються на наших колесах, коли ми їдемо на велосипеді. Цю жорсткість можна визначити як стійкість до деформації, яку пропонує колесо, і ми можемо розділити його на кілька компонентів. Ми говоримо про Торсионна жорсткість, бічна жорсткість і вертикальна жорсткість:

Вертикальна жорсткість: Це безпосередньо пов’язано з вертикальними зусиллями, такими як вага велосипедиста плюс велосипед, а також удари та удари. Тут профіль вуглецевого ободу безпосередньо пов'язаний з жорсткістю; високопрофільні ободи забезпечують більшу жорсткість, ніж низькопрофільні. Ми також можемо підкреслити, що алюмінієві диски з однаковим профілем менш жорсткі, ніж карбонові волокна.

Кількість спиць у колесі, а також їх розподіл також безпосередньо пов'язані з вертикальною жорсткістю (меншою мірою, ніж обод), і особливо з поглинанням та стійкістю до ударів. Ось чому виробники грають з різними типами спиць залежно від призначення коліс.

Комп’ютерне змодельоване зображення того, як деформуються спиці колеса при ударі:

Бічна жорсткість: Це безпосередньо пов’язано з формою та нахилом спиць, з шириною профілю обода, а також безпосередньо з шириною втулки. Робивши це ширше, ми отримуємо, що спиці кріпляться з більшим нахилом, і тому ми надаємо колесу більшу поперечну жорсткість.

Деякі виробники також грають з асиметричними профілями, щоб максимізувати бічну жорсткість.

Крутість при крученні: Можливо, жорсткість на кручення трохи більш невідома, але не менш важлива, вона навіть зросла у значенні з появою дискових гальм на дорожньому велосипеді. На задньому колесі, коли ми застосовуємо силу до педалей і через трансмісію, ми генеруємо один крутний момент до маточини колеса в одному напрямку, а інший крутний момент у зворотному напрямку при гальмуванні (диск). Чим більша жорсткість нашого колеса на кручення, тим краще, тим воно буде більш реактивним, і ми будемо відчувати, що воно швидше «виходить», коли ми прискорюємо.

Пояснюється по-іншому, крутість на кручення - це не що інше, як те, наскільки деформується наше колесо, коли ми застосовуємо крутний момент, або коли ми крутимо педалі та рухаємося вперед, або коли гальмуємо. Чим менша деформація, тим більша жорсткість і, отже, більш реактивне колесо.

Радіуси та їх нахил у поперечній площині безпосередньо пов'язані з крутизною жорсткістю. Коли ми крутимо педалі або гальмо (дискове гальмо), маточина передає зусилля на спиці. Можна сказати, що для даної спиці жорсткість на кручення максимальна, коли спиця встановлена ​​тангенціально до маточини в точці кріплення. Цього не відбувається в так званому радіальному радіусі. Побачимо це на зображенні:

3. МАСА

Коли ми їдемо на велосипеді, наші колеса, крім кінетичної енергії через поступальний рух, який ми несемо, також накопичуються кінетична енергія обертання. Тому, коли колеса котяться, не ковзаючи по асфальту, можна сказати, що їх кінетична енергія:

Давайте побачимо графічний приклад, де кожен термін краще оцінюється:

Як я вже згадував раніше, ці два рухи генерують два типи кінетичної енергії, кінетична енергія перекладу та кінетична енергія обертання.

Ми зосередимося на обертанні та його кінетичній енергії, щоб мати змогу пояснити це явище інерції. Як ми бачимо в рівнянні кінетичної енергії обертання, воно визначається як:

Як бачиш, чим вища кутова швидкість (Вт), тим більша кінетична енергія обертання, і тут з’являється концепція Моменту інерції (Я), куди я хотів піти з самого початку.

ІМомент інерції (I) колеса, що обертається навколо центру, завжди прямо пропорційний його масі M (кг) та радіусу R (m). Залежно від того, чи це спицеподібне, сочевикове, стержневе колесо тощо, Момент інерції буде змінюватися, як ми бачимо у спрощених прикладах, показаних нижче, для порожнистого циліндра, диска або циліндра з дуже тонкою стінкою:

З усього цього ми робимо висновок, що Момент інерції (I) коліс безпосередньо пов'язаний з їх масою (кг) та розподілом зазначеної маси між ободом, спицями, маточиною, шинами, тощо оскільки радіус (R) дорожніх коліс завжди однаковий. Прямим відношенням ми також підтверджуємо це чим більший момент інерції, тим більша кінетична енергія обертання колеса.

Те, що було побачено вище, змушує нас залишити деякі чіткі правила щодо велосипедних коліс:

- Зазвичай важче колесо високого профілю (особливо на периферії, в районі шини та обода) його пришвидшення та гальмування буде коштувати набагато дорожче через вищий момент інерції або обертальної інерції, ніж низькопрофільне колесо з меншою периферійною вагою.

- Те саме високопрофільне колесо, важче, це забезпечить перевагу при їзді на високих і стабільних швидкостях, наприклад, рівномірний час без великих поворотів, де ми запускаємо велосипед на старті і мало що інше.

- Розподіл маси (кг) у різних компонентах колеса (ободі, спиці, маточина тощо) має велике значення.

Які колеса мені підходять?

Звичайно, це питання виникало не раз. Ми намагатимемось каталогізувати різні типи коліс, щоб згодом кожен із вас міг вибрати більш чітко.

Профіль обода

В даний час ми можемо розділити колеса на 3 групи, низькопрофільні колеса (20/25мм до 30/32мм), середньопрофільні колеса (35мм до 45мм) та високопрофільні колеса (більше 48/50мм) (вузькі або широкі шини? 23мм або 28мм? (стійкі до кочення та Crr). Як ми вже згадували у вступі, все має свою вартість, і ми спробуємо знайти баланс залежно від типу велоспорту або триатлону, який ми практикуємо. Що ми повинні враховувати при виборі профілю?:

Низький профіль

  • Менша вага і, отже, менший момент інерції, який перетвориться на перевага на низьких швидкостях, як, наприклад, на гірських етапах.
  • Краще гальмування, прискорення та зміна темпу завдяки меншій вазі та інерції.
  • Менша жорсткість завдяки довшим спицям, ніж високопрофільні колеса. Це зазвичай означає підвищений комфорт їзди. Більші втрати енергії при крученні педалей через більші деформації.
  • Гірша аеродинаміка, що означає гірша продуктивність на високих швидкостях.

Високий профіль

  • Більшу вагу і момент інерції, які нам запропонують переваги на високих швидкостях такі як плоский триатлон, плоскі етапи та етапи хронометражу, якщо швидкості є якомога стабільнішими.
  • Отже, вища жорсткість, ніж низькопрофільні колеса краща передача потужності, хоча і з більшим дискомфортом при ходьбі.
  • Вищі витрати енергії на прискорення та гальмування завдяки більшому моменту інерції або інерції обертання.
  • Гірша маневреність, ніж низькопрофільні колеса на спусках і місцевості з безліччю вигинів та перехрестя.

Середній профіль

  • Вони є проміжним між низьким і високим профілем і є сьогодні чудовий ресурс для всіх видів турів. Вони мають нижчу інерцію обертання, ніж колеса з високим профілем, а тому дешевші для прискорення та гальмування. Є спритніший що ви перебуваєте у сценічних профілях з великою кривою.
  • Якщо порівнювати їх з низькопрофільними колесами, то мають колеса із середнім профілем кращі аеродинамічні характеристики. Як ми вже говорили, є марки, які з 40/45-міліметровими профільними колесами отримують дуже аеропродукти, навіть прирівнюючи їх до більш високопрофільних коліс. Вони мають більшу жорсткість, ніж низькопрофільні колеса, і, навпаки, дещо вищу інерцію обертання, ніж ці.

Лінзовидні

Ми завжди чули, що великою перевагою лінзоподібних коліс є те, що вони забезпечують більшу «інерційність» і, отже, перевагу на високих швидкостях порівняно з профільними колесами. Ну гаразд це не зовсім так. Можливо, так, а іноді, можливо, ні.

Фото: Кор Вос/Команда Sunweb

Великою перевагою лінзоподібних коліс є їх великі аеродинамічні характеристики. Повітря/вітер створює турбулентність між спицями рухомого колеса і сочевицеподібне колесо, повністю покрите, не представляє цього типу турбулентності.

Ми зробимо невеликий приклад, дуже спрощений, для обчислення обертальної інерції або моменту інерції високопрофільного колеса та сочевиці (не профільного колеса з ковпачками, а справжнього сочевичного з вагою, розподіленою по всьому колесу).

Ми порівняли 58-мм високопрофільне заднє колесо Corima з лінзовим заднім колесом Corima Disc. Я наполягаю на тому, що це дуже спрощений приклад, оскільки ми не враховуємо спиці або маточину в розрахунку, а тому результати є приблизними.

Як бачите, профільне колесо, навіть важить значно менше (ми навіть прибрали більшу вагу в розрахунку), ніж сочевикове, представляє момент інерції дещо вищий, ніж сочевиковий, у цьому спрощеному розрахунку. Як ви можете перевірити, Вага колеса впливає на продуктивність, але розподіл зазначеної ваги на колесі є ключовим у розмові про інерцію обертання.

Як я вже кілька разів згадував, Ці розрахунки не зовсім вірні, але були максимально спрощені, щоб не ускладнювати. Незважаючи на те, що вони не є 100% реальними, вони допомагають нам перевірити, що сочевичне колесо може не пропонувати додаткової обертальної інерції порівняно з високопрофільними колесами - це буде залежати від розподілу маси вздовж колеса, - і воно пропонує явна аеродинамічна перевага.

Сподіваюся, вам сподобалась стаття, пов’язана з велосипедними колесами та фізичними аспектами, що впливають на них. Тепер у вас є ще трохи інформації, щоб знати, що вам насправді потрібно.