Précurseurs - Les critiques et ceux qui ont un intérêt direct
J'ai ajouté cette section au début de ce billet de blog. La méthode utilisée par ce test est appelée état transitoire et elle est utilisée lorsque l'aérodynamique change constamment. Ceci est difficile à expliquer en détail dans un article de blog, j'ai donc lié à une vidéo youtube (si vous ne pouvez pas ouvrir la vidéo ci-dessous, veuillez vous référer au lienhttps://youtu.be/lwrCrU4KG-I ).
La partie importante de la vidéo est à 10m20 et cela montre la différence entre le flux d'air existant dans le monde réel, le flux d'air testé par les fabricants et un test transitoire (turbulent). Le flux qui est généré dans une soufflerie en état stationnaire se produit rarement dans la vie réelle et est à la limite acceptable pour un vélodrome.
Sache que de nombreuses compagnies de pneus utilisent les utilisateurs des forums internet comme un moyen subversif de vendre une réalité qui n’existe pas, alors qu’il est impossible de réaliser des économies d’énergie.JE NE VENDS PAS DE ROUES, JE N'AI AUCUN INTÉRÊT DÉFINITIF et reste impartial.
En bref, les fabricants de roues ont exagéré leurs effets d'économie d'énergie et ont testé des méthodes non adaptées à un usage routier. S'ils vous disent autre chose, ils mentent définitivement, et je suis heureux de le prouver devant le tribunal.
Introduction
En termes de traînée causée par un cycliste, la plus grande perte est causée par le cycliste lui-même suivi des roues et du cadre.
La résistance causée par les roues est excellente car il y a deux raisons fondamentales. Premièrement parce qu'ils sont la partie la plus avancée de la bicyclette, et deuxièmement parce qu'ils tournent. La vitesse effective de l'air en haut de la roue / du pneu est le double de la vitesse indiquée du vélo.
Dans l'industrie de la bicyclette, les essais aérodynamiques des roues sont généralement effectués par deux groupes de fabricants de roues et de journalistes. Les fabricants de roues ajustent généralement les tests afin que leurs roues spécifiques paraissent plus avantageuses que leurs concurrents dans le test. Ceci est généralement réalisé en ajustant la combinaison de la vitesse et de l'angle. En fait, ce critère est injuste.
D'un autre côté, les journalistes se rendent souvent à l'université locale et demandent à des universitaires intelligents de tester et de donner les résultats à leur place, ou d'aller sur le circuit local pour garder la vitesse et voir combien d'énergie les roues consomment.
Les deux méthodes de test ci-dessus ne peuvent pas représenter le monde réel. Une analogie comparable est la consommation de carburant d'une voiture roulant le long d'un verre parfaitement lisse et sans obstacle (comme une surface de route) sans changement de vitesse - c'est complètement irréaliste.
Les essais effectués sont généralement en état stable.L’analyse en conditions stabilisées suppose que les roues, la bicyclette et le motard sont dans un environnement favorable et que l’air les frappe à une vitesse et un angle idéaux.La résistance est alors enregistrée.
Dans le monde réel, peu de cyclistes ont la capacité de maintenir une vitesse de 50 km / h pendant un certain temps parce qu'ils n'ont tout simplement pas une capacité suffisante.La réalité est sur une route ouverte, le vent ne vient pas sous un angle parfait, sa vitesse change, et des choses comme les meubles dans la rue (haies, bordures, voitures qui passent, coureurs qui se balancent) dérangent Le flux d'air du cavalier.La modélisation de ce type de situation est appelée analyse transitoire. Il est techniquement plus difficile de réaliser une analyse transitoire à la fois en CFD et en soufflerie.La plupart des souffleries ne sont pas prêtes à effectuer des analyses transitoires.
Les fabricants de roues utilisent maintenant une analyse pondérée des angles et des vitesses de lacet pour donner une note globale à leurs roues. Gardez à l'esprit qu'ils peuvent ajuster leur poids pour rendre leurs roues plus belles!
Une méthode d'analyse supérieure consiste à effectuer une analyse transitoire dans une soufflerie. Cela nécessite une soufflerie avec des auvents horizontaux et verticaux pour ajouter du tourbillon à l'air avant qu'il ne touche le vélo et le cycliste.De cette manière, une estimation plus réaliste de la résistance peut être estimée lors de la simulation des conditions routières.
Conseils généraux
Angles de lacet
Les fabricants de roues se vantent que leurs roues ont une traînée incroyable à différents angles de lacet. Leur effet marketing est remarquable, car de nombreuses affiches sur Internet le croient également.
Selon les lois de la physique, pour un cycliste moyen, l'angle de lacet maximal avant la séparation complète est d'environ 12 degrés. Une section transversale plus émoussée (circulaire) peut atteindre 15, mais c'est bien la limite. La limite de séparation est affectée par une variable appelée nombre de Reynolds (le nombre de Reynolds est une combinaison de vitesse, densité, profil de forme et viscosité)
La conception aérodynamique est toujours une solution de compromis: l'augmentation du point de séparation à des angles de lacet élevés aura toujours un effet négatif sur la traînée à des angles de lacet très faibles (<5 degrés).
Lors de tests répétés, les roues avec de très bonnes performances transitoires fonctionnent mieux pour le cycliste moyen.
Pneus
Le principe directeur est uniforme. Il est important d'installer des pneus légèrement plus étroits ou alignés avec la piste de freinage de la jante. Un pneu gonflé peut avoir un impact significatif sur la résistance.
Les pneus des vélos se sont élargis récemment. D'un point de vue aérodynamique, la largeur du pneu arrière a peu d'effet sur le pneu, mais la largeur du pneu avant a un impact plus important sur le pneu. Par conséquent, que le pneu soit ou non un pneu de 25 mm, il est recommandé d'utiliser un pneu avant de 23 mm . À des vitesses supérieures à 30 km / h, l'utilisation de pneus de 23 mm est plus aérodynamique que l'utilisation de pneus avant de 25 mm.
Protocole de test
Le protocole de test est le produit d'un «travail de fin de semaine» par un groupe d'ingénieurs aérospatiaux de Bristol, en Angleterre.Le protocole de test est très différent des tests du fabricant. Il est fondamentalement juste, simulant les conditions de conduite du monde réel dans le sens de simuler un mouvement d'air transitoire.L'accent est mis sur les roues qui peuvent gérer efficacement la séparation et le réattachement du flux d'air, et peu d'accent est mis sur la conduite du vélo directement dans le vent de face avec zéro lacet - ce n'est pas réaliste, alors pourquoi le tester. La soufflerie utilisée est contrôlée en température et en humidité.
Le graphique ci-dessous montre un exemple d'une course où un cycliste roulait sur une route droite à une vitesse presque constante. Il est clair que ni la vitesse de l'air ni l'angle de lacet n'étaient constants.
La base pratique de l’accord est constituée par deux sous-ensembles de cyclistes de la région britannique de bristol.La vitesse moyenne des bons cyclistes de club est de 30 km/h et celle des cyclistes de chronométrage de 50 km/h.Les données relatives à l’angle de lacet effectif, à la vitesse et à la répartition de la pression atmosphérique ont été enregistrées sur une période de six mois.Cela a été évalué, agrégé et mis en correspondance avec un protocole adapté à une soufflerie. La méthode de transformation consistait à analyser statistiquement les conditions de la route, à appliquer une transformation de Fourier rapide aux données et à exécuter des simulations de test pour validation. Les deux protocoles discrets sont présentés ci-dessous.
LES GRAPHIQUES NE REPRÉSENTENT PAS UN CYCLE DE CONDUITE, ILS INDIQUENT LES PARAMÈTRES SUR LESQUELS LES ROUES ONT ÉTÉ TESTÉES. Les souffleries ont des limites et une partie de l'exercice de collecte de données consiste à valider les données au fur et à mesure qu'elles sont traitées. Il est coûteux et chronophage de corriger les erreurs ultérieurement. Pour reproduire des conditions transitoires, la vitesse de pulsation ou l'angle de pulsation sont tous deux acceptables. Les tests de rampe ont été utilisés pour valider l'un par rapport à l'autre pour chaque essieu.
Grâce à une enquête, il a été constaté que les micro-corrections des coureurs et la nature quelque peu aléatoire de la vitesse du vent et de la déviation de l'angle de lacet produisaient une réponse transitoire de la combinaison vélo et cycliste. C'était bien pire sur les roues car elles tournaient dans un courant d'air venant en sens inverse. En effet, un cycliste roulant en ligne parfaitement droite dans un vent venant en sens inverse générait des turbulences / des secousses / des scintillements par le vélo qui se balançait d'un côté à l'autre. Ce qui serait considéré comme un angle de lacet de zéro degré dans l'analyse en régime permanent se comporte davantage comme 5-6 degrés lorsque les effets transitoires sont pris en compte.
Le protocole simule les propriétés de bavardage du cycliste dans la configuration du flux d'air, et génère la valeur de résistance moyenne globale au fil du temps, et donc la puissance moyenne. Il est conçu pour retirer les roues aux performances transitoires médiocres. Les lignes sur l'accord sont complètes, elles ne signifient pas que l'accord est favorable aux conditions venteuses.
Glissement transitoire vs état stable
Le concept d'effets de traînée transitoire a été bien noté dans les applications aérospatiales à basse vitesse telles que les drones de reconnaissance militaire. Ce concept transitoire n'a pas été appliqué aux produits liés au vélo malgré la sensibilité écrasante des vecteurs de vitesse impliqués. À titre d'exemple, la vitesse du vent traversier sur un vélo dépasse souvent la vitesse avant (rapport> 1). Une comparaison pour une voiture donnerait un rapport vent avant / vent traversier de 0,25 à une vitesse de croisière typique de 100 km / h.
Un obstacle important à essayer de mesurer avec précision la traînée d'un vélo et d'un cycliste est l'arrêt du corps. Il y a de grandes zones sans corps solide (par exemple jante de roue au moyeu, triangles de tube de cadre, dégagements entre les pneus et les cadres). Cela conduit à une séparation inévitable du faisceau libre de la surface du corps et entraîne un tremblement aérodynamique ou des effets aéroélastiques (flottement). Cela fait que le flux met longtemps à se stabiliser et, inévitablement, pendant ce temps, une autre variable a changé et le processus se répète.
Pour illustrer l'impact de la traînée transitoire, le graphique ci-dessous montre l'angle de lacet qui est incrémenté dans les entrées de pas de 2 degrés toutes les 10 secondes (étiquettes de données affichées). Ceci est tracé en fonction de la force de traînée en régime permanent et en régime transitoire.
La ligne d'état stationnaire montre les performances de traînée de la paire de roues lorsque les lectures sont autorisées à se stabiliser puis notées.
Les lignes transitoires sont plus représentatives de la vie réelle. Dans le cas de cette acquisition de données, un angle de lacet de référence a été établi et 2,5 degrés / s de mouvement se chevauchaient. Lorsque l'oscillation a été introduite, il y a eu une augmentation immédiate de la traînée sur les deux ensembles de roues. À 4 degrés de lacet, il y avait une différence notable entre les roues Reynolds et FLO. Les roues Reynolds ont été capables de gérer l'instabilité et le tremblement beaucoup mieux que les roues FLO. Au-delà de 12 degrés, aucune roue n'a pu contenir efficacement le tremblement et une séparation complète se produit.
Dans presque tous les cas, la traînée dans le monde réel est bien plus que dans un scénario en régime permanent. Elle est particulièrement répandue sur les roues car elles tournent et la vitesse nette au sommet des roues est le double de la vitesse avant.
Temps passé à différents angles de lacet
Alors que l'objectif principal de cette étude était d'établir un protocole de soufflerie pour représenter l'analyse de la route. Certaines des données recueillies pourraient être utilisées pour des calculs génériques.
L'instrumentation utilisée pour l'analyse de la route avait un taux d'échantillonnage de 1024 fois par seconde. En combinant ce niveau de précision avec les protocoles de filtrage standard, il était possible de déterminer l'angle de lacet effectif du vélo et du cycliste. En réduisant la résolution, les données ont été converties dans un format qui s'aligne avec les services marketing des fabricants de roues pour l'angle de lacet par rapport au temps à cet angle. Ce faisant, il a réduit la précision des résultats mais a été montré à des fins de comparaison.
Il convient de noter que les données transitoires reflétaient mieux le temps réel à un angle car elles prenaient en compte les micro-corrections pour la direction d'entrée du pilote et les corrections instantanées pour la vitesse du vent. Le filtrage pour un état stable en réduisant la fréquence d'échantillonnage a éliminé l'instabilité. En résumé, la réponse de traînée par rapport au taux de changement de l'angle de lacet est un meilleur prédicteur de la réponse dans un courant libre à des angles inférieurs au point de séparation de la section.
Lorsque l'on considère une combinaison complète de vélo et de cycliste, l'effet des roues est relativement faible par rapport à la traînée causée par le cycliste, de sorte que la nature transitoire de la traînée de la roue diminue. La traînée du pilote est de loin la partie dominante du système. Les effets de la réponse transitoire diminuent à mesure que le rapport entre la vitesse avant et la vitesse de tourbillon (vent de travers) augmente. Ainsi, plus le cycliste va vite, moins le comportement transitoire devient d'effet.
L'effet de la largeur du pneu sur les performances aérodynamiques
Il y a eu une tendance générale vers des pneus plus larges dans l'industrie du vélo ces dernières années. Cela a été largement poussé par les fabricants de pneus et de roues qui se sont tournés vers des conceptions tubeless en partant du principe qu'un pneu plus large a une résistance au roulement plus faible. Alors que les effets de la résistance au roulement et d'une zone de contact plus favorable ont été bien documentés, l'effet sur la traînée aérodynamique a été contesté. Certains fabricants de roues ont affirmé que leurs roues étaient plus aérodynamiques avec des pneus plus larges - pour que cette affirmation soit valide, les roues auraient nécessité un coefficient de traînée combiné inférieur pour surmonter l'augmentation de la surface frontale.
Les graphiques ci-dessous montrent la comparaison entre deux roues, un Shimano C60 étroit et un Enve 7.8 plus large. Il était clairement évident qu'un pneu gonflé (25 mm sur une jante Shimano C60) avait un impact significatif sur la traînée, en particulier à des vitesses plus élevées. En revanche, l'effet sur la roue Enve au corps plus large était beaucoup moins dramatique. Dans les deux cas, un pneu étroit réduit la traînée. Les pneus continentaux avaient tendance à mesurer un peu plus que leur largeur indiquée lorsqu'ils étaient montés.
Interprétation des données
Ces données doivent être interprétées comme celles des chiffres de consommation de carburant d'une voiture. Ils sont conçus pour donner une indication typique de la puissance absorbée sur une boucle ENTIÈRE à une vitesse donnée. Il est important de noter que les roues rapides à 50 km / h ne sont pas forcément les plus rapides à 30 km / h.
- L'ERREUR EXPÉRIMENTALE MAXIMALE a été calculée à +/- 2,5%, le milieu de la plage est tracé pour chacune des valeurs pour maintenir la cohérence
- Les profondeurs de jante sont divisées en classes pour faciliter la comparaison, elles peuvent ne pas correspondre à la taille indiquée par le fournisseur.
- La puissance nominale dans une analyse transitoire est bien pire qu'une analyse en régime permanen
- Les commentaires sont indiqués pour tout ce qui est remarquable
- La position du pilote était à +/- 10 mm pour chaque course, cela a été sauvegardé avec un râteau de pression monté inversé pour supprimer toutes les données parasites. Il y a eu des commentaires suggérant qu'un coureur ne pouvait pas garder une position fixe pendant toute la durée du cycle - le protocole ne l'exige pas, la vérification des erreurs est intégrée. Bien qu'inhabituel pour l'industrie du cyclisme, la suppression de la traînée d'appendice est courante dans l'industrie aérospatiale donc la même technique a été appliquée
- Control Tire était une paire de Continental GP4000SII 23mm avec une pression de 8.25BarG, il y a quelques combinaisons de roues et de pneus qui sont surlignées en jaune montrant une variation du pneu de contrôle, celles-ci ont été incluses pour référence
- La traînée ROTATIONNELLE nécessaire pour faire tourner la roue est incluse (la plupart des fabricants n'incluent pas ce chiffre qui est d'environ 25 à 30 pour cent, une exception notable est le côté suisse)
- La position de conduite (capots détendus) est restée inchangée quelle que soit la vitesse. En réalité, des vitesses élevées nécessiteraient une position de conduite différente, mais cela aurait invalidé le test.
Qui teste dans des conditions transitoires?
À ce jour, la seule entreprise qui a confirmé qu'elle teste et inclut la turbulence (conditions transitoires) lors de la conception est SwissSide. Jean-Paul Ballade de SwissSide a commenté la vidéo Youtube montrée ci-dessus.
Bien que non confirmées, certaines caractéristiques des roues Mavic suggèrent qu'elles soient conçues ou testées dans des conditions turbulentes.
Conclusions
Les coureurs ont longtemps été nourris avec un régime de roues testées à 50 km / h, cette vitesse est inappropriée pour la grande majorité des coureurs car ils ne peuvent pas maintenir la puissance requise pour cette vitesse. Il y a eu un processus de pensée général selon lequel la plupart des déplacements se déroulent à des angles de lacet inférieurs à 10 degrés. Bien que cela puisse être une déclaration valable si vous roulez à 50 km / h, cela ne se produit pas à des vitesses plus modestes. Tant à 50 km / h qu'à 30 km / h, l'effet des micro-corrections sur la direction, la turbulence du vent lui-même et des objets extérieurs provoque un écoulement turbulent instable sur les roues. Ce phénomène fait augmenter l'angle de lacet effectif subi par les roues.
- Les roues qui fonctionnaient bien étaient visiblement résistantes à la génération de zones de turbulence
Les roues qui ont bien fonctionné ont assez bien généré des turbulences
- Les roues qui fonctionnaient bien avaient une traînée de rotation inférieure par rapport à leurs concurrents
- Les roues avec une section de jante plus profonde sont généralement plus aérodynamiques que les sections peu profondes
- La différence entre des roues d'une profondeur similaire est très faible et il serait difficile pour un humain de pouvoir le détecter pendant la conduite
- La différence entre une roue à profil bas et une roue profonde serait captée par un homme à cheval.
- Le cyclisme FLO et les roues Hunt ont mal fonctionné, ils semblent avoir été conçus par des personnes ayant une compréhension limitée de l'aérodynamique des objets en rotation. En tant que tels, ils ont généré une séparation inutile et ne pouvaient pas gérer le flux d'air séparé
- Le disque Aerocoach et la roue avant de 75 mm de profondeur ont montré des résultats assez intéressants. Cette roue était essentiellement une roue en aluminium avec un clip sur le carénage. À des vitesses faibles à modérées, la roue fonctionnait raisonnablement, mais à mesure que la vitesse augmentait, la roue commençait à fonctionner de manière assez irrégulière. La construction de la roue avant est agricole et de grands espaces existent entre les rayons et le carénage non structurel. Ces espaces ont généré des perturbations de pression et ont provoqué un comportement erratique de l'écoulement. Au fur et à mesure que la vitesse augmentait, ses performances devenaient assez médiocres par rapport à la concurrence immédiate, ce qui était principalement dû à la mauvaise conception de la roue avant. Une image du problème est présentée ci-dessous
Si vous envisagez d'utiliser les données de cet article pour influencer votre décision d'achat, veuillez l'utiliser avec prudence. Certains aspects des roues comme leur qualité de construction générale, leurs performances de freinage, leurs moyeux et leur facilité d'entretien ne sont pas mesurés. Ces facteurs doivent être pris en compte en conséquence.
(Chèque postal original de:https://www.hambini.com/testing-to-find-the-fastest-bicycle-wheels/)https://www.hambini.com/testing-to-find-the-fastest-bicycle-wheels/)
LiuLeo
examen aérodynamique / roues de vélo / roues en carbone / examen des roues en carbone