2015年12月14日 星期一

來聊聊CHC的輪組測試 --- 風阻篇


今年 單車時代委託CHC(財團法人自行車暨健康科技工業研究發展中心)做了一些國內23對輪組測試
包含的項目有:風阻、側向剛性、扭轉剛性………可惜單車時代並沒有解釋這些數據背後所代表的意義
我個人對數據的東西一直很有興趣,今日就以我的認知來與所學做個解釋,若的誤的地方歡迎大家討論指教

相關測試的方法如下:
http://cyclingtime.com/tw/documents/5978.html

以下是節錄重點:
首先風洞的測試只測前輪,裝胎,時速50km/h,而且輪子轉動有達到所相應的風速(50km/hr)

取0度、5度、10度、15度、20度各數據加總的平均值
0度

其實CHC的測試是完全跟國外的測法一樣,只不過拿到國內就顯的有些不適用
比方說時速50km/h,台灣一小時平均能騎到這速度的我想少之又少(其實應該說沒有)
若是能把速時降為40km/h測試出來的結果就比較有參考性

再來第二個,對應的轉動裝置在不同的輪子下也有不同的功耗


下面是我在家裡測的,輪子空轉時,速度--時間 關係
  
藍線是時速,而底下橫軸是時間,完全不是線性,而是成一個二次方曲線
原因就是風阻與速度平方成正比:

輪子在空轉時就要抵抗風阻,風洞測試結果風阻愈大的輪子轉動所耗的功理應也愈大
風洞測試應該要把各個受測輪子"轉時的阻力差"算進去才能更貼近現實

現在我們來看結果:
我們看到要能達到5星框高都要在50mm以上
而4星級的就很多,有些還是鋁框的輪子框高有的甚至不到25mm
一般人的認知是框愈高風阻愈低,這是對的,但忽視了幅條的影響其實非常大
我們拿其中一個例子來看看: SAMUEL Fatboy 1060框高雖近45mm,但走的是極端的3mm碳幅條,依小索觀點這就是導致在該測試中落居倒數第二的原因(而最後一名TENY,那是2006年出品的鋁合金鑄造輪-一對重約4kg)

那風阻出來的數據單位是(克-g),我們可以用更白話的方法來解釋,g克等於多少W(瓦)
這時回想起國中物理(抱歉本人的數理水平只有國中程度,能理解的並不多)

W=F*S (作功=力*距離) 
作功的單位是焦耳(J)
力的單位是 N(牛頓)
距離的單位是m(公尺)

P*t=F*S(功率*時間=力*距離)
P=F*S/t
P=F*V(功率=力*速度)
功率的單位是瓦特(W)
力的單位是 N(牛頓)
速度的單位是m/s(公尺/秒)

所以拿第一名的HED JET6 193g跟 SAMUEL Fatboy 1060 393g
差值是200g,我們可得出時速50km/h 下的功率差是:
(393-193)/1000*9.8 * 50000/3600= 27.22W(這只是前輪,而且還少算了讓該輪子維持在50km/h的功率差)

那時速40km/h,30km/h下能差多少?風洞沒測時速40km/h下
我們可以大概用數學式來推算:
風阻跟速度平方成正比

本來50km/h下的風阻差是200g
40km/h 下就會變為: 200/(50*50)*(40*40)=128g
30km/h 下就會變為: 200/(50*50)*(30*30)=72g

128g風阻換算為時速40km/h下的功率: 0.128*9.8*40000/3600=13.93W
72g風阻換算為時速30km/h下的功率: 0.072*9.8*30000/3600=5.88W
(當然這是數學式推算,實際還是要風洞測試才準確)



總結一下:我個人認為CHC的測試開創了台灣輪組的新頁
客人可以看數據來挑你所需要的輪子,而不再看廠商天花亂墜的業配文

當然挑輪子最重要還是挑順眼的;3mm碳幅條雖然風阻大
但是我們可取其優點避其缺點
像MAVIC R-SYS不也是這麼做的嗎?








下一篇要介紹的是:CHC的輪組測試--側向剛性

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