Fuglsang, на Dauphiné 2019. Снимка: ASO/Алекс Бродуей

подхождат

В момента на пазара има голямо разнообразие от видове колела. Можем да изберем колела, изработени от различни материали като алуминий или карбон, ниски, средни или високопрофилни колела, колела, които се монтират с помощта на само 12 спици, до 36 спици колела, лещовидни колела, колела с 3, 4 или 5 спици и в по-голямата част се предлагат в различни конфигурации на джанти, за да се поберат безкамерни, клинчър или тръбни гуми.

Понякога може да е объркване да разберем кои колела са подходящи за нас в зависимост от вида колоездене, което практикуваме. Както винаги от този раздел, Ще се опитаме да развихрим коя е физиката и механиката, която е зад колелата на нашия велосипед за да разберем по-добре какъв тип колела могат да бъдат по-добри за нас.

  • Аеродинамика
  • Твърдост
  • Маса

Тъй като всичко в живота се основава на баланс, този път нямаше да бъде по-малко. Така че аеродинамиката, твърдостта и масата на колелата са тясно свързани помежду си. Обикновено, когато максимизираме едно от тях, правим друго намаление в по-голяма или по-малка степен. Следователно, ще се опитаме да намерим възможно най-добрия баланс и да жертваме някои от тези променливи въз основа на останалите, докато намерим качествата, които търсим и които най-добре отговарят на дисциплината колоездене, която практикуваме.

Както обикновено правим, ще изложим трите променливи теоретично, и по-късно ще видим как различните характеристики на нашите колела оказват пряко влияние върху тях.

1. АЕРОДИНАМИКА

В предишни статии обсъждахме аеродинамиката и следователно знаем, че това е uЕдна от променливите, които обуславят напредъка ни на мотора. Когато говорим за аеродинамика, можем да го направим по общ или съвместен начин, тоест като вземем за ориентир велосипедиста плюс неговия велосипед или можем да го разделим и да говорим за различните компоненти, които съставляват комплекта поотделно. И така, тук ще говорим само за аеродинамиката на колелото.

Снимка: Крис Олд/Екип на CCC

Колелата на нашия мотор се въртят, а не са в "статично" състояние като рамата на велосипеда или каската на велосипедиста, когато преминаваме във въздуха. Следователно, изчисляването на съпротивлението или аеродинамичната сила, което се противопоставя на нашето напредване, е малко сложно. Производителите на колела обикновено използват CFD (Computational Fluid Dynamics) или програми за симулация на флуиди, след като имат дизайн на колелото в 3D формат, за да оптимизирайте колелото колкото е възможно повече и след това потвърдете тези проучвания или изчисления с реални прототипи в аеродинамичния тунел.

На изображението по-долу е показано изследването на CFD, проведено от компютър с помощта на 6 различни колела, където поточните линии са оценени и с които производителите могат да извършат оптимизация на колелото във фазата на проектиране, като се вземат предвид всички компоненти и променливи като fформа и размери на профила на колелото, спици, главина, въртене с различни скорости, ъгъл на падане и интензивност на вятъра, и т.н.

Най-мощните марки също извършват изпитване на аеродинамичен тунел за да потвърди, че изчисленията, направени на компютъра, стават реалност всеки ден.

Фактори, които влияят на аеродинамиката на колелото:

- Профил на джантата, както форма, така и височина. Като се има предвид същата форма на участъка на джантата, високопрофилните ще бъдат по-аеродинамични от нископрофилните. През последните години производителите обърнаха много внимание на формата на джантовата секция. Идеята е да се оптимизира максимално дизайна за постигане на аеродинамични колела с по-ниски профили, с последваща полза от тяхното олекотяване в тегло.

А) Да, Специализираната компания е проектирала своите 50-милиметрови джанти Roval преди няколко години, с които твърдят, че са постигнали същата аеродинамика като своите предшественици Roval 64 mm и с предимството да бъдете по-леки и да подобрите завоите.

- Спици, тяхната форма и колко са монтирани на всяко колело. Плесканите спици, монтирани в посока на движение, са по-аеродинамични от традиционните кръгли спици.

- Дизайн на хъб. Производителите все повече вземат предвид дизайна на своите хъбове, за да ги оптимизират в аеродинамично отношение.

- Интеграция между гума и джанта. Както видяхме в предишни статии, добрата интеграция между гума и джанта ще генерира по-малко турбуленция и следователно ще представлява малко предимство на аеродинамично ниво. На изображението по-долу можем да видим как се генерират турбуленции във връзката между гума и джанта, които влошават аеродинамичния аспект на цялото.

две. ТОГОСТ

Когато говорим за скованост, имаме предвид физическите изисквания (усилия), които се намесват на нашите колела, когато караме велосипед. Споменатата твърдост може да се определи като устойчивост на деформация, предлагана от колелото и можем да я разделим на няколко компонента. Ние говорим за Усукваща твърдост, странична и вертикална твърдост:

Вертикална твърдост: Той е пряко свързан с вертикални усилия, като теглото на велосипедиста плюс велосипеда, както и удари и удари. Тук профилът на въглеродния ръб е пряко свързан с твърдостта; по-високопрофилните джанти предлагат по-голяма твърдост от джантите с нисък профил. Можем също да подчертаем, че алуминиевите джанти със същия профил са по-малко твърди от тези от въглеродни влакна.

Броят на спиците в колелото, както и тяхното разпределение, също са пряко свързани с вертикалната твърдост (в по-малка степен от джантата) и особено с поглъщането и устойчивостта на удари. Защото производителите играят с различни видове спици в зависимост от предназначението на колелата.

Компютърно симулирано изображение на това как спиците на колело се деформират при удар:

Странична скованост: Той е пряко свързан с формата и наклона на спиците, с ширината на профила на джантата и също така директно с ширината на главината. Правейки го по-широк, ние получаваме спиците да се монтират с по-голям наклон и следователно придаваме на колелото по-голяма странична твърдост.

Някои производители играят и с асиметрични профили, за да максимизират страничната твърдост.

Усукваща твърдост: Може би усукването при усукване е малко по-неизвестно, но не по-малко важно, дори се е увеличило по важност с появата на дискови спирачки на шосейния мотор. На задното колело, когато прилагаме сила върху педалите и чрез трансмисията, ние генерираме един въртящ момент към главината на колелото в една посока и друг въртящ момент в обратна посока при спиране (диск). Колкото по-висока е устойчивостта на усукване на нашето колело, толкова по-добре, толкова по-реактивно ще бъде и ще почувстваме, че то „излиза“ по-бързо, когато ускоряваме.

Обяснено по друг начин, усукващата твърдост не е нищо повече от това колко силно се деформира колелото ни, когато прилагаме въртящ момент, или когато въртим педала и се движим напред, или когато спираме. Колкото по-ниска е деформацията, толкова по-голяма е твърдостта и следователно толкова по-реактивно ще бъде колелото.

Радиусите и наклона им в страничната равнина са пряко свързани с твърдостта на усукване. Когато въртим педала или когато спираме (дискова спирачка), главината предава усилията на спиците. Можем да кажем, че за дадена спица, твърдостта на усукване е максимална, когато спицата е монтирана тангенциално към главината в нейната опорна точка. Това не се случва в така наречения радиален радиус. Нека го видим на изображение:

3. МАСА

Когато караме велосипед, нашите колела, освен кинетичната енергия поради транслационното движение, което носим, ​​също се натрупват ротационна кинетична енергия. Следователно, когато колелата се търкалят, без да се плъзгат по асфалта, можем да кажем, че тяхната кинетична енергия е:

Нека да видим графичен пример, където всеки термин се оценява по-добре:

Както споменах по-рано, тези две движения генерират два вида кинетична енергия, кинетична енергия на транслация и кинетична енергия на въртене.

Ще се съсредоточим върху въртенето и неговата кинетична енергия, за да можем да обясним по този начин феноменът на инерцията. Както можем да видим в уравнението за кинетичната енергия на въртене, то се определя като:

Както виждаш, колкото по-висока е ъгловата скорост (W), толкова по-висока е кинетичната енергия на въртене, и тук се появява концепцията за Момент на инерция (I), където исках да отида от самото начало.

ИМоментът на инерция (I) на колело, въртящо се около центъра му, винаги е право пропорционален на неговата маса M (kg) и радиуса R (m). В зависимост от това дали става въпрос за спицовидно, лещовидно, колело и т.н., Моментът на инерция ще варира, както виждаме в опростените примери, показани по-долу, за кух цилиндър, диск или цилиндър с много тънка стена:

Изводът, до който стигаме от всичко това, е, че Моментът на инерция (I) на колелата е пряко свързан с тяхната маса (кг) и разпределението на споменатата маса между джантата, спиците, главината, гумите, и т.н. тъй като радиусът (R) на пътните колела винаги е един и същ. Чрез пряка връзка ние също потвърждаваме това колкото по-голям е моментът на инерция, толкова по-голяма е кинетичната енергия на въртене на колелото.

Виденото по-горе ни кара да оставим някои ясни правила относно колелата за велосипеди:

- Обикновено по-тежко високопрофилно колело (особено в периферията, в областта на гумата и джантата) ще струва много повече за ускоряването и спирането му поради по-високия момент на инерция или инерция при въртене, отколкото нископрофилното колело с по-малко периферно тегло.

- Същото високопрофилно колело, по-тежък, той ще предложи предимство при каране на високи и стабилни скорости, като плоски времеви изпитания без много завои, където пускаме мотора в началото и малко други.

- Разпределението на масата (kg) в различните компоненти на колелото (джанта, спици, главина и др.) Е от голямо значение.

Кои колела ми подхождат?

Със сигурност този въпрос е възниквал неведнъж. Ще се опитаме да каталогизираме различните видове колела, така че по-късно всеки от вас да може да избира по-ясно.

Профил на джантата

Понастоящем можем да разделим колелата на 3 групи, нископрофилни колела (20/25 мм до 30/32 мм), среднопрофилни колела (35 мм до 45 мм) и високопрофилни колела (повече от 48/50 мм) (тесни или широки гуми? 23 мм или 28 мм? (Устойчиви на търкаляне и Crr). Както споменахме във въведението, всичко си струва и ще се опитаме да намерим баланс в зависимост от вида колоездене или триатлон, който практикуваме. Какво трябва да вземем предвид при избора на профил?:

Нисък профил

  • По-малко тегло и следователно по-нисък момент на инерция, в който ще се превърне предимство при ниски скорости, както например в планинските етапи.
  • По-добро спиране, ускоряване и промяна на темпото поради по-малко тегло и инерция.
  • По-малка твърдост поради по-дългите спици от високопрофилните колела. Това обикновено се превежда в повишен комфорт при каране. По-голяма загуба на енергия при педалиране поради по-високи деформации.
  • По-лоша аеродинамика, което се превръща в по-лоша производителност при високи скорости.

Висок профил

  • По-голямо тегло и момент на инерция, който ще ни предложи предимства при високи скорости като плоски триатлони, плоски етапи и етапи на хронометрията, стига скоростите да са възможно най-стабилни.
  • Следователно по-висока твърдост от нископрофилните колела по-добро предаване на мощност, макар и с по-голям дискомфорт при ходене.
  • По-високи разходи за енергия при ускорение и спиране, поради по-големия момент на инерция или инерция при въртене.
  • По-лоша маневреност от нископрофилните колела при спускания и терен с много завои и блокиращи кросоувъри.

Среден профил

  • Те са междинно между ниския и високия профил и са чудесен ресурс днес за всички видове обиколки. Те имат по-ниска инерция при въртене от високопрофилните колела и следователно са по-евтини за ускоряване и спиране. Има по-пъргав че сте в сценични профили с много крива.
  • Ако ги сравним с колелата с нисък профил, колелата със среден профил имат по-добри аеродинамични характеристики. Както вече говорихме, има марки, които с 40/45 мм профилни колела получават много аеропродукти, дори се приравняват на колела с по-висок профил. Те представляват по-голяма твърдост от нископрофилните колела и, напротив, малко по-висока инерция при въртене от тези.

Лещовиден

Винаги сме чували, че голямото предимство на лещовидните колела е, че те осигуряват повече „инерция“ и следователно предимство при високи скорости в сравнение с профилните колела. Добре тогава това не е напълно вярно. Може би да или понякога може би не.

Снимка: Cor Vos/Екип Sunweb

Голямото предимство на лещовидните колела е тяхното голямо аеродинамично представяне. Въздухът/вятърът създава турбуленция между спиците на движещото се колело и лещовидното колело, като е напълно покрито, не представлява този вид турбуленция.

Ще направим един малък пример, много опростен, за изчисляване на въртящата се инерция или Момент на инерция на високопрофилно колело и леща (не профилно колело с капачки, а истинска леща с тегло, разпределено по цялото колело ).

Сравнихме 58-милиметровото задно колело с висок профил Corima и задното колело на Corima Disc. Настоявам, че това е много опростен пример, тъй като не включваме спици или главина в изчислението и следователно резултатите са приблизителни.

Както можете да видите, профилното колело, дори тежащо значително по-малко (дори сме премахнали по-голямо тегло при изчислението) от лещовидното, представя Момент на инерция, малко по-висок от лещовидния в това опростено изчисление. Как можете да проверите, Теглото на колелото влияе върху производителността, но разпределението на споменатото тегло върху колелото е ключът, когато говорим за въртяща се инерция.

Както вече споменах няколко пъти, Тези изчисления не са напълно верни, но са максимално опростени, за да не ги усложняват. Въпреки че те не са 100% реални, те ни помагат да проверим дали лещовидно колело може да не предлага допълнителна въртяща се инерция в сравнение с високопрофилните колела - това ще зависи от разпределението на масата по колелото - и предлага ясно аеродинамично предимство.

Надявам се статията да ви е харесала, свързана с колелата за велосипеди и физическите аспекти, които се намесват в тях. Сега имате още малко информация, за да разберете от какво наистина се нуждаете.