Результати віртуальних тестів
Як всі, мабуть, вже знають, я використовую Калькулятор потужності (http://www.kreuzotter.de/english/espeed.htm) для того, щоб виявити теоретичні швидкості при наявній потужності і порівнювати їх з реальною швидкістю під час реальних тестів.
Витратив деякий час, щоб аналогічно тому, як я будую графіки для реальних тестів, побудувати графіки для теоретичних. Калькулятор дає змогу вказати не тільки вагу велосипедів (вага всіх велосипедів була збільшена на 14 кг, імітуючи присутність електромотору та акумуляторів, як в реальних тестах), а й вказати швидкість вітру, та вибрати шини. Вказавши попутний вітер я зміг виявити, що в калькуляторі закладене абсолютно рівномірне зростання опору кочення. Припускаю, що на реальній дорозі це не так, особливо, якщо мова йде про грубий асфальт.
Тим не менше, навіть при прямолінійному зростанні опору кочення калькулятор видає досить суттєву різниці між різними шинами. При чому туристичні шини там мають найбільший опір. На другому місці шини від МТБ. Вузькі гоночні шини мають більший опір, ніж сліки середньої ширини з високим тиском. Чи так це все насправді, сподіваюсь виявити при тестах коліс на стенді.
Загалом представлені графіки подаю просто для інформації. Ми не в змозі перевірити реальні веломобілі. Я сподіваюсь, що перевірка реального шосера та МТБ дасть змогу зробити поправку для нашої дороги, і тоді можна буде хоч приблизно вирахувати, на що нам варто розраховувати, маючи реально хороший веломобіль.
Із цікавих теоретичних висновків: Шосери мають однакову вагу, та шини, їх опір кочення однаковий, проте дуже велика різниця в опорі повітря, і це лише завдяки іншій позиції тіла… До того ж шосери мають найменший опір кочення, за рахунок найменшої ваги. Аеродинамічний опір шосера в низькому положенні зрівняється з опором кочення тільки на швидкості близько 19 км\год. Так що твердження, що аеродинаміка важливіша за кочення вже при 15 км\год – неправдиве. Опір кочення явно недооцінюється.
В підтвердження цього можна також сказати, що у найкращого з теоретичних веломобілів – Quest, опір кочення більший за аеродинамічний опір навіть на швидкості 40 км\год! На такій швидкості опір кочення потребує цілих 100 ват потужності, в той час як аеродинаміка – тільки 63. І це з найкращими шинами, на ідеальній дорозі.
Єдиний велосипед, де твердження про перевагу аеродинаміки над опором кочення вже після 15-ти км\год справджується – це найповільніший дорожній велосипед. Але також тут мова йде про ідеальну дорогу. На реальній дорозі, як ми вже бачимо з реальних тестів, опір кочення значно більший, і, я думаю, що тут мова йтиме про швидкість не менше 18-ти км\год, щоб зрівнялись опір кочення та аеродинаміка.
Графіки побудовані, даю картинку високої роздільної здатності для вивчення всім бажаючим. Можете самі експериментувати з калькулятором. Я давав такі параметри: +14 до ваги всіх велосипедів, вага рейдера – 60 кг. Температура +5. Нажаль, в калькуляторі не можна міняти значення опору кочення. Я сподіваюсь на допомогу тих, хто знається в програмуванні, можливо ви зможете додати парочку нових шин, або додатковий параметр «зернистіть асфальту». Це можна буде зробити пізніше, коли я зможу вирахувати цю поправку на основі наступних тестів.
З попутним вітром в 14 км\год велосипед “Турист” для швидкості 20 км\год потребував потужності в 80 ватт. Калькулятор показує, що в тих самих умовах він мав би їхати з такою швидкістью лише при 36-ти ватах. Погана дорога забирає 44 вати? Продовжимо досліди!
Олексію, дякую за цікаві та змістовні досліди! Я розбираюся у програмуванні, але мені потрібна повна математична модель, щоб зрозуміти зв’язок між усіма даними розрахунків. Якщо така модель є, то можна буде вносити і змінювати що забажаєте.
математичний апарат там теж є
http://www.kreuzotter.de/english/espeed.htm
Дуже цікаво, дякую)
Олексію, ваш калькулятор, схоже, доводить те, що я колись казав: що швидкість на підйомах дуже сильно падає від незначного збільшення ваги.
Беремо два лігеради ідентичної конструкції, з однаковими колесами й гумою, але з різною вагою: 15 та 20 кг. Нехай це будуть такі машини, як у одній з опцій калькулятора: short wheel base, above seat steering, racing equipped (третя зверху серед лігерадів). Гума – narrow racing.
Саджаєто туди 80-кг туриста, що викручує 160 Вт. Навколо штиль.
1. Пхаємося у 6% підйом.
15-кг лігерад з туристом дає 9,2 км/год.
20-кг лігерад з тим самим персонажем дає 8,7 км/год.
Різниця у швидкості:
9,2 : 8,7 = 1,057 = 5,7%
2. Спробуємо заїхати на вертикальну стінку. Скажімо, користуючись вірьовкою й блоками.
Опір тепер дорівнює вазі. Тертя кочення – нуль. Аеродинамічний опір – теж нуль (через дуже малу швидкість).
Потужність при рівномірному русі – це добуток опору й швидкості. Отже, швидкість взнаємо через ділення потужності на силу опору, себто на вагу (це ж не просто маса, це сила ваги).
15-кг лігерад з туристом дає:
160 : (95 х 9,8) = 0,172 м/с = 0,619 км/год
20-кг лігерад з туристом дає:
160 : (100 х 9,8) = 0,163 м/с = 0,588 км/год
Різниця у швидкості:
0,619 : 0,588 = 1,053 = 5,3%
Іакше кажучи, ця різниця прямо пропорційна різниці у вазі.
Що ж ми маємо? Маємо надзвичайно велику швидкісну різницю між лігерадами на 6% підйомі. Різниця в масі всього 5 кг, а різниця в швидкості – 5,7%.
За каноном простої шкільної фізики (що не враховує втрати від нерівномірностей у русі, які сприинює педаляж) на підйомах менших за вертикальний різниця в швидкості має бути менша за різницю у вазі. Адже інші види опору (опір кочення та аеродинамічний) у тих двох ліґгерадів на 6% підйомі відрізняються дуже мало. Аеродинаміка взагалі ідентична, а опір кочення прямо пропорційний загальній масі й при цьому набагато-набагато менший за опір, котрий чинить земне тяжіння, себто сила ваги.
Висновок. Цей калькулятор заперечує неістотну роль ваги на підйомах. Навпаки, він, так би мовити, наполягає на тому, що незначне зростання ваги сильно зменшує швидість на підйомі.
цікаві дані , але вони скоріше все ж для гоночних режимів . Адже економія в часі в 5 % , коли за день підйомів всього година набирається з 5-8 год подорожі , це всього 3 звилини ….
Andr, а я продовжую вважати, що різниця в швидкості в 1 км\год це дуже мало. 5% це також дуже мало. Якби там було 30% – то я розумію, велика різниця. Та й то ще питання. Якщо в мене на маршруті 4 підйоми по 6 відсотків, на які я витрачаю по 5 хвилин, то загальна різниця навіть 30% (6 хвилин) для мене нічого не варта. Набагато важливіше мати більшу швидкість на відносній рвінині, де я провожу не 20 хвилин, а 3-4 години (в один бік).
Про вагу я вже неодноразово писав. Більша вага потребує більше роботи. І від цього нікуди не дінешся. Тому важча техніка повинна мати компенсуючі переваги, такі як: надійність, комфортність, кращу аеродинаміку, нижчу ціну.
Ми з вам використовуємо велосипед принципово по-різному. Для мене він, в першу чергу, побутовий транспорт. Тому і оцінки у нас дуже різні.
Вчора подивився кіно “Допінг” про Ленса Армстронга. Дуже пізнавально. Я зрозумів, що намагатись будь-що довести спортсменам – марна справа. Навіть якщо мій велосипед буде на 200% ефективнішим, на нього ніхто не зверне уваги. Бо спортсменам потрібен заліковий результат, який буде зарахований. Якби в правилах прописали їздити на сталевих ободах замість шин, всі б їздили, і вважали, що це круто. Типу, такий вид спорту. Якщо їдеш на гумі – значить ти просто не приймаєш участь у змаганні.
Хлопці, я лише доводжу локальну тезу, а не кажу, що отак їздити можна, а так – ні. Можна всіляко, ніхто не сперечається.
Локальна теза: шкільна фізика помиляється, коли оцінює швидкість м’язового транспорту на підйомах за тими ж алгоритмами, що й швидкість моторизованого транспорту. Швидкість м’язового транспорту (за ідентичної ваги й решти початкових даних) на підйомах помітно менша, оскільки цей транспорт працює в дуже нерівномірних режимах. Там постійно присутнє помітне позитивне й негативне прискорення центру мас через нерівномірність у педаляжі, а також різноманітні зміщення людини відносно засобу під час педаляжу. Це все дає втрати корисної енергії. Що й показав Олексіів калькулятор.
Це хороший знак для калькулятору! Залишилось тільки зрозуміти, чому релаьні результати настільки гірші від теоретичних. Як розтане сніг – продовжу випробування.
Якби я просто не вірно розразуава похибку, і ККД мотора ще нижчий, то це означало б, що я надто слабло кручу, адже я неодноразово пробував їздити із тою самою швидкістью, яку дає мотор. І мені важко втримати 160 ватт, які він видає, протягом 5-ти хвилин. А от коли мова йде про 120 ватт – без проблем.
Я пробував підігнати теоретичні результати під реальні, додаючи до умов невеличкий підйом. Але виходить, що на малій швидкості потрібно додавати 04%, на більшій вже 0.8%, а на максимумі, що було в тестах: 1.1% підйому. Поки що це дуже грубі прикидки, бо мало даних. Але, починає вималовуватись ще одна складова опору руху, яка росте не зовсім пропорційно швидкості. Я сподіваюсь, що це і є вплив поганої дороги.