【第2弾】軽量 VS エアロ 風洞実験に基づくエアロホイール

昨日の記事はこちらから。


最近ではエアロエアロアロエ、、、、
昨日は主にフレームとしてのお話でした。

で今回はホイールの話です。
また例のごとく、だいぶ語学力が足りないところが多々ありますが、頑張って訳してみようと思います。

ということ今回は【第2弾】軽量 VS エアロ 風洞実験に基づくエアロホイール、そんなお話です。



なぜあなたのようなライダーはエアロダイナミクスを必要とするのか​
ホイールの重量は重要ではない
ウィントンネル(風洞)がそれを証明する方法となる

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出典:http://www.gst-windkanal.de/
↑今回のスイスサイドが実験に使用したGST風洞設備です。F1の解析なども行う装置のようです。

スイスのサイドホイールはファンの前で多くの時間を費やし、彼らが見つけたもののいくつかはあなたが期待するものではないかもしれません


1.速度が遅いほど、空力が重要になります。

この一見わかりにくい情報は、トンネルで1時間実行した基本的なテストの1つのグラフで説明されています。
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出典:Why riders like you need to go aero, wheel weight doesn't matter 

水色:ローリムハイトホイール
赤:80mm
オレンジ:62.5mm
緑:48.5mm


ヨーとは?
ヨーは、自転車に対する風の角度です。したがって、向かい風に直接サイクリングしている場合、ヨー角は0°であり、直接横風で停止している場合は90°です。移動中のヨーは、風速、風向、速度の組み合わせです。

ここでの最初の注意点は、ヨー角0°(真っ直ぐな向かい風)での自転車からの抗力に注目することです。どんなホイールが取り付けられていても、自転車が直接風に向いているとき(ヨー角0°)の抗力はほぼ同じです。私たち(とにかく、とにかく)は、これらの大きくて分厚いリムが空気をまっすぐに切り抜ける素敵な形を作るという考えを持っています。実際には、そこから利益が得られるわけではありません。

ヨー角が上昇し始めると(風の角度が正面からずれ始めると)、ボックスセクション(Heidi:ローハイトリム)と比較して、エアロ最適化されたホイールに顕著な違いが現れ始めます。ハイジホイール(Heidi:ローハイトリム)は約6°を超えて抗力が増加し続けますが、ハドロンホイール(ディープリム達)は、ヨーが20°になると、ラインが標準リムの下になるまで、再び下降し始めます。

なぜか?それは空気の流れが途切れることなく、縁に付いたままなのでバイクに抵抗する乱気流を引き起こします。エアロ効果が最もはっきりしているのは、これらのより高いヨー角です。

スピードが速くなると、ヨー角が少なくなる。
光の速度で移動しているライダーを想像してみてください。風は常に真っ直ぐで、ヨー角は0°です。どの程度激しく吹いても、風速と風向は影響を与えません。しかし速度が遅くなるにつれて、ゆっくりと動いているという事実は、特定の風速に対してより広い範囲のヨー角となり得ることを意味します。そして、停止するまでゆっくりと減速すると、ヨー角はありとあらゆる方向へとなります。
(速度が上がれば上がるだけヨー角は狭くなり、速度が落ちればヨー角は広く、そして止まる頃にはあらゆる角度になり得るということかと。)

実際の結果として、速度が速くなるほど、経験する相対的な風の角度の範囲(ヨー角)が狭くなります。通常の状態のプロライダーは約10°を超えません。私たちの中級者も初級者も、同じ風に対して非常に高いヨーを見ることができます。そして、エアフローがリムから切り離されてエアロの利点が失われる約20°のマークまで、最大のゲインが見られるのは、これらのより高いヨー角です。
(走行速度が低くなるとヨー角が開いてくる、エアロ効果が落ちてくるのはヨー角20°まで。20°までであれば効果が見られる。)

「より速いライダーはより多くの抗力を生み出します。なぜなら抗力は速度の2乗に比例するからです。しかし、より速いライダーはより短い時間でコースに出て、より狭い範囲のヨー角を体験します。 私たちのシミュレーションを通じて、遅いライダーほど実際に絶対時間が節約されることがわかります。 彼らはより長い間路上にいるため、より長い間空力の恩恵を得ることができます。」

だから一般的なライダーが新しくエアロホイールを買うことはOKと伝えます。。
ただし、適切なタイヤを使用してください。なぜなら...


2.間違ったタイヤを取り付けると、ホイールのエアロ効果を得られない

これはおそらく、セッション全体からの最も驚くべき情報でした。残念ながら、タイヤを大量に交換する時間はなかったため、当日​​はテストしていませんでしたが、スイスサイドのJean-Paulは、十分なテストを実施しているとのことで、興味深い結果が得られました。それは、どんな種類の気流がホイールの上を通過しているかについてのすべてです。

空気力学的なプロファイルでの”トリップ(小さな隆起または荒い部分)”がよく見られます。一部の自転車のホイールにはそれらさえあります。これらのトリップは乱流を引き起こし、乱気流の空気層は流れが表面に付着したままになるのを助けます。タイヤのトレッドパターン(溝)はトリップとして機能し、より大きなヨー角でホイールが空力的効率を維持するのに役立ちます。しかしそれは常にそうあるわけではありません。

「私たちが見つけた最高のタイヤはコンチネンタルGP4000Sです」とJean-Paulは私に言った、そしてそれは私たちのテストバイクに搭載されたものです。ではトレッドパターンはその仕事のために設計されていますか?おそらくそうではない、と彼は認めた。それはたぶん単なる偶然の一致以上のものだ。しかし、エアロダイナミクスを考慮してサイドウォールプロファイルを設計している他のタイヤメーカーは、他にもあります。

それではあなたのタイヤが良いものか悪いものかをどうやって知るのでしょうか?ただし、GP4000Sタイヤを使用している場合は例外です。または、トレッドプロファイル(タイヤ溝)がまったくないタイヤ(スリックタイヤ)を使用している場合、これはおそらく悪いことです。スイスサイドの連中は、幅広い種類のタイヤでテストを行ってきた。風洞でよくない結果のタイヤがいくつかある。少なくとも今のところ、彼らがその情報を一般に公開する計画があるかどうかはわかりません。

だから、あなたはあなたのディープセクションホイールを手に入れました、そしてそれらはかなりプロに見えます、そして(うまくいけば)効果的なトリッププロファイルであなたのタイヤ。しかし、それらの古いリムは重く、おそらくクライマーのホイールセットを数百グラム上回ります。それはそのすべての貴重な空力の利点を無効にするものなのでしょうか?


3.ほとんどの場合、重量は2次的な問題です
より重要なのは、軽量または空力ですか?Jean-Paulによると、それは簡単です。空力はほとんどの場合、軽量に勝る。

スイスサイドのエアロシリーズは、これまで、アルミリムのブレーキ面を備えたカーボン(コンポジット)エアロプロファイルを使用してきました。それは流線型のカバーで正しいプロファイルを得るのに十分簡単であり、アルミのブレーキ表面はあなたのブレーキからより一貫したパフォーマンスを意味します。アルミのビード部分も成型が簡単で、ホイールが安価です。重量の点でのペナルティは、フルカーボン構造に比べて約100gです。これは、より大きなリムがより多くのもので作られているという現在の重量ペナルティに追加されます。合計すると、どのような時間ペナルティになりますか?

スイスサイドは、エアロと重量のデータをモデルに送り、さまざまなタイプのライドプロファイルと長さの数値を計算し、参照ライドに基づいて速度とタイミングのペナルティを吐き出します。彼らのプログラムの1つは、120 kmのローリングライドで、高度は1200 mです。彼らの「平均的な」ライダーは、30km / h(211.4Wの平均出力)でこのコースを走ります。100グラム(8 kgバイクから8.1 kgバイク、75 kgライダー)は、乗車時間にどのような違いがありますか?

タイムは増加します。

3秒です。

その地形を速く走るライダーに重量(100g)を追加しても、実際にはほとんど違いはありません。100gはホイール重量の1.25%です。(←??)その4倍であっても、ペナルティはわずか17秒です。

1.25%の重量ペナルティをエアロペナルティに変更-自転車の全体的なドラッグを同じパーセンテージで増加-22秒のペナルティを与え、ドラッグペナルティを4倍にすることは、失われた時間に対してほとんど同じです:5%で87秒。

しかし、これらはまだ大きな数字ではありません。4時間のライディングで1分半未満です。しかし、その違いは確かに重要です。空力向上は体重増加の6倍の価値があり、スイスサイドの統計からの公平な結論は、起伏の多い地形では、より重く、よりエアロする価値があるということです。

しかし、確かに転換点はありますか?もちろん、それはあなたが期待するかもしれない場所です。 

このグラフは、平均勾配4%の20kmのクライミングで平均的なライダーが何をするかを示しています。1時間未満で211Wです。それは私たちの多くにとって確かに達成可能です。

これは、この架空のライダーにとって、多かれ少なかれ転換点です。ライドの平均勾配が4%以上の場合、軽量化はエアロよりも大幅に時間を節約できます。ですから、地元の山登りのために軽量化をすることは許可されています。しかし、それが山登りでない限り、または本当に山岳地帯でない限り、重量を削るよりも、自転車を最適化して風を切り抜ける方が得策です。それがあなたにとって驚きであるなら、まあ、それは私にとっても同様でした。明らかに、10kgのバイクが6kgのスーパーバイクと同じくらい速いということではありません。しかし、ここで百グラムちょっとの重量でストレスを費やしているときはいつでも、基本的には無駄になります。

ディスクブレーキに関する最後の注意
~省略~

風洞で時間を過ごしてくれたSwiss Sideに感謝します。



▶まとめ
というのはスイスサイドというホイールメーカーのお話です。
そこはエアロダイナミクスを重視しているメーカーの記事ですので、多少不安になったり疑問に思うところもないわけではありません。
また実験は120km 1200mUPというコースで、少々上りが少ないような気がしないわけではありません。

それでも要は”重量よりもエアロダイナミクス”、ということを風洞等の各種実験データから叩き出しているということなのかと思います。

ということで今回は【第2弾】軽量 VS エアロ 風洞実験に基づくエアロホイール、そんなお話でした。

第3弾へ続く。


参考記事はこちらとなります。

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