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風洞測試:高框與低框輪組的較量
前段時間,外媒的測試團隊在銀石運動工程中心的風洞測試了11臺頂級氣動車,順便還測試了一臺“基準”自行車:2015 Trek Emonda ALR,輪組截面沒有水滴形設計,圈剎、外走線、圓形車把,完全沒有進行任何空氣動力學優(yōu)化。
不出所料,它要比現(xiàn)在的頂級氣動車慢,在40km/h的速度下,平均要比頂級自行車付出多約23W。但測試環(huán)境中,頂級車都搭配了高框氣動輪組,那如果將基準自行車上的輪組換成類似的輪組會發(fā)生什么?會帶來多大的變化?能彌補這23W的缺口嗎?如果不能,這份升級性價比是否優(yōu)秀?對此外媒進行了測試。
外媒選擇的輪組是已經(jīng)停產(chǎn)的英國品牌Prime一款相當經(jīng)濟實惠的產(chǎn)品:RR-50V3。框高50mm,內(nèi)寬19mm,安裝了與測試中所有其他自行車相同的25mm Continental GP5000 S TR輪胎。這款輪組當時的零售價為800.00英鎊(約7500元人民幣)。
結果
外媒對每車進行了七個偏航角測試,偏航角是風吹向自行車和車手系統(tǒng)的角度。偏航角為0度意味著風直吹,是完全逆風。偏航角越大意味越側(cè)風。從-15度(風從左側(cè)吹)到+15度(風從右側(cè)吹)進行測試,每次增加5度,總共捕獲了7次偏航角數(shù)據(jù)。
風洞測試課提供的數(shù)據(jù)是CdA,代表阻力系數(shù)*面積。阻力系數(shù)反映了物體的形狀和空氣在物體周圍流動的難易程度,而面積只是物體的大小。阻力系數(shù)越低,物體越小,它就越容易穿過空氣,因此,在同樣的功率下,速度就越快。
有趣的是,在偏航角較低時,框高較高的輪組實際上速度更慢,可能是因為這款輪組比基準輪組寬得多,增加了正面投影面積。當風從更寬的角度吹來時,框高較高的輪組就會發(fā)揮作用,提供更多的“風帆”效應,捕捉風并推動車手向前。
下圖顯示了所有七個偏航角捕獲的平均CdA值。左側(cè)是之前外媒的11輛頂級戰(zhàn)車的平均值。中間是基準自行車。右側(cè)是安裝了氣動輪組的基準自行車。對原始數(shù)據(jù)的CdA值進行平均后,外媒發(fā)現(xiàn)使用框高較高的輪組CdA為0.3640,比基準低0.0062,速度更快。根據(jù)CdA可以計算出40km/h所需的功率,我們來看下現(xiàn)實世界中的差異。
在這里可以看到,頂級戰(zhàn)車以40km/h的速度行駛平均需要282.41W。使用基準自行車會多消耗23.06W。有趣的是,使用氣動輪組后根本沒有縮小多少差距,氣動輪組的價值僅為5.89W。
為了幫助將其與現(xiàn)實世界聯(lián)系起來,如果你以250W的功率騎行,這相當于在40km內(nèi)節(jié)省25秒,或者在同等努力的情況下速度增加0.24km/h。如果你將輸出增加到350W,你的速度增益將至0.27km/h。一旦考慮到外媒的測試誤差,輪組實際上可能相等。外媒測試的誤差(一天開始和結束時相同基線上的兩次測試之間的差異計算得出)為3.91W。
如上兩個條形圖所示,兩個相關數(shù)據(jù)誤差條相互重疊,將基準自行車的最佳情況與高框輪的最壞情況進行比較,低框輪速度可能更快。當然誤差幅度可以雙向發(fā)揮作用,反過來考慮的話基準自行車的最壞情況和高框輪的最佳情況對比,差異可能高達13.7W(40km/h)。
結論
從統(tǒng)計學上講,由于外媒的誤差存在,并不能得出高框輪比低框輪快的結論,只能根據(jù)原始數(shù)據(jù)和嘗試相信確實如此。
從節(jié)省每一瓦的成本來看,如此昂貴的成本節(jié)省的功率卻十分有限,根據(jù)原始數(shù)據(jù),節(jié)省不到6W的價格是900美元,即節(jié)省每一瓦需要150美元。而且,外媒過往的數(shù)據(jù)顯示,最優(yōu)秀的氣動輪組和最差的氣動輪組差異僅為3.87W,而且與價格無關,也就是說再升級更高級的輪組,節(jié)省的功率也并不會多。最有趣的是,鑒于外媒的高框和低框輪之間大部分差異是在更高的偏航角下發(fā)現(xiàn)的,現(xiàn)實里高偏航角并不多見,所以現(xiàn)實情況里能節(jié)省的功率會更低。
當然,購買新輪子并不一定是追求空氣動力學,可能是因為更輕、更寬,以及更好的操控性,或許僅僅是看起來更好看。
責任編輯:Ting