風洞テスト: 空気力学的ホイールの違いは何ですか?
先月、バイク ニュース チームは有名なシルバーストーン スポーツ エンジニアリング センターの風洞でテストを実施し、ワールドツアー スーパーバイクをテストしました。チームはこれらのトップクラスのバイクを他のバイクと直接比較しました。チームは 11 台のスーパーバイクのほかに、標準のスクエア セクション ホイール、リム ブレーキ、外部ケーブル、丸型ハンドルバーを装備し、空力最適化を一切施していない「ベース バイク」である 2015 年型 Trek Emonda ALR も持ち込みました。
予想通り、ベースバイクはスーパーバイクよりも遅かったです。生データでは、ライダーとバイクの 23.06 回のテスト (40 日の開始時と終了時に 40 回) を平均した後、チームはベースバイクが 23 km/h でスーパーバイクの平均結果よりも XNUMX ワット遅いことを発見しました。つまり、XNUMX km/h で走行するには、ライダーは一般的なスーパーバイクに乗る場合よりもベースバイクで XNUMX ワット多く消費する必要があるということです。
しかし、スーパーバイクはすべて、空気力学に基づいたディープセクションホイールを装備していました。では、ベースバイクの通常のホイールを同様のディープセクションオプションに交換したらどうなるでしょうか? チームは、自分たちで確かめてみることにしました。
ディープセクションホイールはサイクリングのパフォーマンスに実際にどの程度の影響を与えるのでしょうか? 調べてみましょう!
彼らは、ディープセクションホイールにアップグレードすることで、以前の 25 ワットのギャップを完全に埋めることができるかどうかを理解したかったのです。パフォーマンスは大幅に向上するでしょうか? また、ディープセクションホイールのコスト効率は、新しいヘルメットなどと比べてどうでしょうか?
Trek Emonda のような古いエントリーレベルの自転車をお持ちの場合、エアロダイナミックホイールにアップグレードするのは賢い投資でしょうか? 実際に目立った違いが出るのでしょうか、それとも見た目だけの問題でしょうか? 彼らはこのテストを通じてそれを調べることにしました。
ホイールについては、現在は廃業した英国のブランドPrimeの高価なオプション、具体的にはRR-50 V3モデルを選択しました。
これらのホイールの深さは 50mm、内幅は 19mm です。また、一貫性を保つために、他のすべてのテスト バイクで使用されていたものと同じ 25mm の Continental GP5000 S TR タイヤも取り付けられています。このブランドが閉鎖される前、これらのホイールの小売価格は約 800 ポンド (または 900 ドル) でした。
見た目は変わりますが、実際に速度は速くなりますか?
結果
彼らは各バイクを 0 つの異なるヨー角でテストしました。ヨー角とは、風がバイクとライダーに当たる角度を指します。ヨー角が XNUMX 度の場合、風がライダーに正面から当たることを意味し、いわば完全な向かい風です。ヨー角が高いほど、風が横から吹いていることを意味します。
この場合、彼らは -15 度 (左側からの風) から +15 度 (右側からの風) まで 5 度刻みで合計 XNUMX つの異なる角度をテストしました。
風洞から得られるデータは CdA で、これは抗力係数 x 表面積の略です。抗力係数は、物体の形状が周囲の空気の流れやすさに及ぼす影響を反映し、表面積は単にその大きさを示します。簡単に言えば、抗力係数が低いほど、または物体が小さいほど、空気中を移動しやすくなり、同じ労力でより速く移動できます。
このグラフは、各バイクの CdA 結果を、-15 度から +15 度まで 5 度刻みで XNUMX つの異なるヨー角で示しています。CdA が高いほど、バイクの速度は遅くなります。
本当に興味深いのは、深さのあるホイールの方が、ヨー角が低いときに実際に速度が遅いということです。これは、これらのホイールがベースホイールよりも大幅に幅が広く、自転車の前面面積が大きくなるためと考えられます。
しかし、風がより広いヨー角から吹いてくる場合、深いホイールが真価を発揮し、より「帆」効果をもたらし、風を捉えてライダーを前進させるのに役立ちます。
このグラフは、11 つの異なるヨー角で取得されたデータから計算された平均 CdA 値を示しています。左側は当社の XNUMX 台のスーパーバイクの平均 CdA、中央は当社の基準バイク、右側は空力ホイールを装着した基準バイクです。
生の CdA データを平均すると、より深いホイールを装着した場合、ライダーの自転車の CdA は 0.3640 であることがわかりました。これは基準値よりも 0.0062 低い (つまり、より速い) 値です。
チームは、各バイク構成で時速 40 km の速度を維持するために必要なパワーを計算しました。左側は 11 台のスーパーバイクの平均パワー、中央はベースバイク、右側は空気力学ホイールを装着したベースバイクです。
CdA 値を計算することで、チームは構成間の実際の違いを理解し始めました。
データによると、スーパーバイクは時速 282.41 km を維持するために平均 40 ワットを必要とします。ベースバイクは、前述のように 23.06 ワットを消費します。エアロダイナミック ホイールを取り付けても、パワーの差はそれほど小さくなりません。誤差の範囲を無視すると、エアロダイナミック ホイールはわずか 5.89 ワットしか節約しませんでした。
現実的に考えると、25 ワットで走行した場合、40 キロメートル走行で 250 秒のタイム短縮、または同じ労力で約 0.24 km/h の速度向上に相当します。出力を 350 ワットに上げると、速度向上は 0.27 km/h に上がります。
ただし、誤差の範囲を考慮すると、ディープセクション ホイールと通常のホイールの違いはそれほど大きくない可能性があることに注意することが重要です。チームのテストでの誤差の範囲は 3.91 ワットと計算されました。つまり、場合によっては、通常のホイールの方がディープセクション ホイールよりも実際に速い可能性があります。
上記の 13.7 つの棒グラフに示されているように、両方の関連データ セットのエラー バーは重なり合っています。つまり、最良のシナリオでは、ベース バイクがディープ セクション バイクよりも速くなる可能性があります。反対に、最悪のシナリオでは、ディープ セクション ホイールは、時速 40 km でベース バイクよりも最大 XNUMX ワット速くなる可能性があります。
まとめ
統計的な観点から、誤差の範囲を考慮すると、チームは、深断面の車輪が浅断面の車輪よりも速いと断定的に結論付けることはできません。
しかし、生データを確認し、実際的な判断を下すことで、チームはディープセクションホイールがパフォーマンス上の利点をもたらすと合理的に確信しています。
ワットあたりのコストで見ると、ディープセクションホイールの値段が高いため、パフォーマンスの向上は最小限です。生データに基づくと、ディープセクションホイールで節約される電力は 800 ワット未満で、小売価格が 900 ポンド (133.33 ドル) なので、150 ワットあたり約 XNUMX ポンド (XNUMX ドル) の節約に相当します。
2022年、チームはいくつかのホイールを風洞に持ち込んでテストを行いました。その結果、最高の空力ホイールと最低の空力ホイールの差はわずか3.87ワットで、価格と性能の間に直接的な関係はないことがわかりました。これは、プレミアムな空力ホイールセットにアップグレードしても、予算の限られたオプションに比べて追加の節約は限られていることを示唆しています。
興味深いことに、深いホイールと浅いホイールの主な違いは、比較的まれな大きなヨー角でのみ顕著になり、実際のパフォーマンスの向上はさらに小さくなる可能性があります。
もちろん、空気力学だけが最新のホイールを購入する理由ではありません。多くの最新のホイールはより軽量で、幅が広く、ハンドリング性が向上しています。ただし、ディープホイールを検討している唯一の理由が空気力学の向上である場合、たとえ見た目がクールだとしても、多額のお金を投資する前によく考えたほうがよいでしょう。
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