先駆者–批評家と既得権者
このセクションをブログ投稿の冒頭に追加しました。このテストで使用する方法は過渡現象と呼ばれ、空気力学が絶えず変化しているときに使用されます。1つのみブログ投稿で詳細に説明するのが難しいため、YouTubeビデオにリンクしています（下のビデオを開けない場合は、リンクhttps://youtu.be/lwrCrU4KG-I を参照してください）。
ビデオの重要な部分は10m20にあり、これは、現実世界に存在する気流、メーカーがテストする気流と（乱流）過渡テストの違いを示しています。定常状態の風洞で生成される流れは、現実にはほとんど発生せず、競輪場にも境界線として許容されます。
多くのホイール会社が現実を覆す方法としてインターネットフォーラムのユーザーを利用していることに注意してください。ただし、この現実は電力を節約することなしには存在しません。私はホイールを販売しないので、私には既得権益がなく、公平を保ちます。
要するに、ホイール製造会社は自分の製品の電力節約を誇張し、道路状況に適さない方法を使用してテストしています。彼らが別の方法であなたに言うならば、彼らは断固として嘘をついていると考えています。必要であれば、私は法廷で証明させていただきます。
紹介
自転車のライダーによって引き起こされる抗力に関しては、最大の損失はライダー自身によって引き起こされます。それに続く原因はホイールとフレーム。
車輪によって引き起こされる抗力は、2つ基本的な理由から重要です。 1つ目は、最初に空中にぶつかる自転車の最も前方の部分、2つ目は回転しているためです。ホイール/タイヤ上部の有効空気速度は、バイクの指示速度の2倍です。
バイク業界では、ホイールの空力テストは一般的に、ホイールメーカーとジャーナリストという2つグループで行われています。ホイールメーカーは通常、テストを調整して、特定のホイールを競合他社よりも有利に見えるようにします。通常、速度と角度の調整の組み合わせによって実現されます。実際に、この種のテストは公平ではありません。
一方、ジャーナリストは地元の大学を訪問し、利口な研究者にテストを実施して結果を出すか、地元の競輪場に行き、速度を保って、車輪の消費電力を確認する傾向があります。
上記の両方のテスト方法は、現実世界を代表するものではありません。比較例として、風や速度の変化がなく、路面のように完全に滑らかなガラスに沿って走行する自動車の燃料消費量があります。これはまったく非現実的です。
テストは通常定常状態で実施されています。定常状態の分析では、車輪、自転車、ライダーが、空気が完璧な速度と角度でそれらに当たる素晴らしい環境にあると想定しています。それに基づいて、抗力が記録されます。
現実世界では、単に十分な耐久性がないため、50 km / hの速度を一定時間維持できるライダーはほとんどいません。現実は公道上にあり、風は完璧な角度からは入りません。速度が変化し、ストリートファニチャー（生垣、縁石、追い越し中の車、左右に揺れるライダー）などが、ライダーの周りの空気の流れを妨害します。このタイプの状況モデル化は、非定常分析と呼ばれます。 CFDと風洞の両方で非定常解析を実行することは技術的に困難です。ほとんどの風洞は、過渡解析を実行するために装備されていません。
ホイールメーカーは現在、ヨー角と速度の加重分析を使用して、ホイールの総合評価を行っています。ホイールの見栄えを良くするためにウェイトを調整することもできます。
優れた解析方法は、風洞で非定常解析を実行することです。これには、水平及び垂直ルーバーを備えた風洞が、自転車やライダーにぶつかる前に渦を空中に追加する必要があります。これにより、道路状況をシミュレーションするときに、より現実的な抗力の推定値を推定できます。
一般的なガイダンス
ヨー角
ホイールメーカーは、さまざまなヨー角度で素晴らしい抗力を表してホイールを宣伝しています。インターネット上の多くの投稿者もこれを信じているというから見て、彼らのマーケティングの効果は驚くべきものです。
物理法則により、普通のライダーの場合、完全に分離する前の最大ヨー角は約12度です。より鈍い（トロイダル）断面積は15度に達する可能性がありますが、それが本当に限界です。この分離限界は、レイノルズ数と呼ばれる変数（速度、密度、形状のプロファイルと粘度の組み合わせ）の影響を受けます。
空力設計は常に妥協であり、ヨー角が大きいときに分離点を大きくすると、ヨー角が非常に小さい（<5度）ときに抗力にマイナスの影響が出ます。
繰り返しテストを行って、非常に優れた過渡性能を持つホイールが普通のライダーに最適です。
タイヤ
このガイダンスは一律です。ホイールリムのトラックブレーキとわずかに狭いか、インラインのタイヤを取り付けることが非常に重要です。膨らんだタイヤは抗力に大きな影響を与えます。
最近のバイクではより幅広いタイヤに向かう傾向があります。空気力学的には、リアタイヤの幅から影響をもたらすことはほとんどありませんが、フロントタイヤの幅の影響が大きいため、ホイールが25mmタイヤ用に設計されているかどうかに関係なく、23mmフロントタイヤをお勧めします。時速30kmを超える速度では、空気力学的利点のために、25mmフロントタイヤよりも23mmタイヤを使用する方が有利です。
試験プロトコル
テストプロトコルは、イギリスのブリストルの航空宇宙エンジニアのグループによる「週末の作業」の成果物です。テストプロトコルは、メーカーが行うテストとは大きく異なります。基本的に公平であり、一時的な空気の動きをモデル化するという意味で、実際のライディング条件を模倣します。気流の分離と再付着を効率的に処理するホイールに重点が置かれ、ゼロ度のヨーで逆風に自転車を真っすぐに乗ることはほとんど重視されません。これは非現実的なので、なぜそれをテストするかわからないのです。使用した風洞は、温度と湿度を制御したものです。
下のグラフは、直線道路をほぼ一定の速度で走行しているという例を示しています。対気速度もヨー角も一定ではなかったことは明らかです。
このプロトコルの実際基盤は、ブリストル（イギリス）地域の自転車ライダーの2つサブセットに基づいています。平均速度30km / hの良いクラブライダーと平均50km / hのタイムトライアルリスト。有効なヨー角、速度、気圧分布に関する彼らの乗り物のデータは、6か月にわたって記録されました。これは評価され、集約され、風洞に適したプロトコルにマッピングされました。変換方法は、道路状況を統計的に分析し、データに高速フーリエ変換を適用し、検証のためにいくつかのテストシミュレーションを実行することでした。 2つの目立たないプロトコルを以下に示していきます。
グラフはライドサイクルを表していないため、ホイールがテストされたパラメーターを示します。風洞には制限があり、データ収集の演習の一部は、処理中のデータを検証することです。後でエラーを修正することは、費用と時間がかかります。過渡状態を再現するには、脈動速度または脈動角度の両方が許容されます。ランプテストを使用して、各ホイールセットの一方を他方に対して検証しました。
調査から見ると、ライダーから微調整と、風速のランダムな性質とヨー角の偏差が、バイクとライダーの組み合わせの過渡応答を生み出すことがわかりました。車輪が近づいてくる気流に向かって回転すると、状況はさらに悪化します。実際、対向する風に完全に直線で乗っているライダーは、バイクが左右に揺れることにより、乱気流/バフェッティング/フラッターを発生させていました。定常状態の解析で0度のヨー角と見なされるものは、過渡効果を考慮に入れると5〜6度のように動作します。
このプロトコルは、ライダーに気流構成でのバフェッティングを模倣し、時間に対する全体的な平均抗力値を生成し、結果として平均パワーを生成します。これは、一時的なパフォーマンスが低いホイールを取り除くために設計されています。プロトコルの詳細は完全を期して示されていますが、このプロトコルが激しい条件を支持することを意味するものではありません。
非定常状態と定常状態の抗力
過渡抗力効果の概念は、軍事偵察用無人偵察機などの低速航空宇宙応用でよく知られています。過渡の概念は、関係する速度ベクトルの圧倒的な利点にもかかわらず、自転車関連製品には適用されていません。一例として、自転車の横風速度は往々にして前方速度を超えます（比率> 1）。車の比較では、100km / hの通常巡航速度で横風に対する前進と横風の比率が0.25になります。
自転車とライダーの抗力を正確に測定しようとする際の大きな障害は、体の不連続です。ソリッドボディのない広い領域があります（たとえば、ホイールリムからハブ、フレームチューブの三角形、タイヤとフレームの間のクリアランス）。これは、自由流が体表面から必然的に分離し、空力バフェッティングまたは空力弾性効果（フラッター）をもたらします。それにより、フローが安定するまでに長い時間がかかり、その時間内に必然的に別の変数が変更されすると、プロセスが繰り返されます。
過渡抗力の影響を説明するために、下のグラフは、ステップ入力で10秒ごとに2度ずつ増加するヨー角を示しています（データラベルを表示）。これは、定常状態と非定常状態の抗力に対して描かれています。
定常状態を示す線は、読み取り値を安定させてからメモしたときのホイールセットのドラッグパフォーマンスを示しています。
非定常状態を示す線は、実際の生活をよりよく表します。このデータ取得の場合、基準ヨー角が確立され、2.5度/秒の動きがオーバーラップしました。振動が導入されると、両方のホイールセットの抗力が即座に増加しました。 4度のヨー角では、レイノルズとFLOホイールは顕著な違いがありました。レイノルズホイールは、FLOホイールよりもはるかに優れた不安定性とバフェッティングに対処できました。 12度を超えると、どちらのホイールもバフェッティングを効果的に抑えることができず、完全に分離します。
ほとんどすべての場合において、現実の世界における抗力は、定常状態のシナリオにおけるよりもはるかに大きいです。ホイールが回転しており、ホイール上部の正味速度が前進速度の2倍であるため、ホイールに特に多く見られます。
異なるヨー角で費やされた時間
この研究の主な目的は、道路分析を表す風洞プロトコルを確立することでした。収集されたデータの一部は、一般的な計算に使用できます。
道路分析に使用された計測器のサンプリングレートは、毎秒1024回でした。このレベルの精度と標準のフィルタリングプロトコルを組み合わせることで、自転車とライダーの有効なヨー角を確認することができました。解像度を下げることにより、データはホイールメーカーのマーケティング部門と一致する形式に変換され、ヨー角度とこの角度で費やされた時間の関係が取得されます。そうすると、結果の精度が低下しましたが、比較ために示されています。
過渡データは、ライダーの入力ステアリングの僅かな補正と風速の瞬時補正を考慮に入れているから、ある角度で費やされた実際の時間をよりよく反映していることに注意してください。サンプルレートを下げることで定常状態をフィルタリングすると、不安定性が解消されました。要約すると、ヨー角の変化率に対する抗力応答は、セクションの分離点より下の角度での自由流における応答をよりよく予測できます。
自転車とライダーの組み合わせ全体を考えると、ライダーに比べてホイールからもたらす影響は比較的小さいため、ホイールの抗力の過渡特性は減少します。ライダーの抗力はシステムの主要な部分です。過渡応答の影響は、スワール（横風）速度に対する前進の比率が大きくなるにつれて減少します。したがって、ライダーが速く乗るほど、過渡効用への影響は少なくなります。
空力性能に対するタイヤ幅の影響
近年、自転車業界ではタイヤの幅が広くなる傾向にあります。これは、タイヤの幅が広いほど転がり抵抗が低いという前提のもと、タイヤとホイールメーカーがチューブレス設計に向けて主導している。転がり抵抗とより好ましい接触パッチの効果は十分に文書化されていますが、空気力学的抗力への影響は議論されています。一部のホイールメーカーは、自分のタイヤがより広い幅と高い空気力学と主張しています。この主張が有効であるためには、前部面積の増加に打ち勝つために、ホイールに必要な抗力係数を低くする必要があります。
以下のグラフでは、2つのホイール、狭いボディのShimano C60と広いボディのEnve 7.8の比較を示しています。空気入りタイヤ（Shimano C60リムで25mm）が、特に高速の場合、抗力に大きな影響を与えることは明らかでした。対照的に、幅広いボディのEnveホイールへの影響はそれほど劇的ではありませんでした。どちらの場合も、幅の狭いタイヤが抵抗を減らしました。コンチネンタルタイヤは、取り付けた状態で、記載されている幅よりわずかに広い傾向があります。
データの解釈
このデータは、自動車の燃料消費量のデータと同様に解釈する必要があります。それらは、指定速度でライドループ全体でどの程度の電力が吸収されるかを示すに関する典型的な指標を提供するように設計されています。時速50 kmで速いホイールが必ずしも時速30 kmで最速であるとは限らないことに注意してください。
- 最大実験誤差は+/- 2.5％で計算され、範囲の中央が各値に対して描かれて、一貫性が維持されます
- リムの深さは、比較を容易にするために種類ごとに分けされます。サプライヤーから提示されたサイズと一致しない場合があります。
- 非定常解析の定格電力は、定常状態解析よりもはるかに悪い
- 注目すべきものにはコメントが表示されます
- 自転車に乗るたびに、ライダーの位置は+/- 10mm以内であり、誤ったデータを削除するために逆に設置された圧力レーキによってサポートされています。ライダーはサイクル期間全体にわたって固定位置を維持できないことを示唆するコメントがありました-プロトコルはそれらを必要としませんが、エラーチェックが組み込まれています。サイクリング業界では珍しいですが、付属物抗力の除去は航空宇宙業界では一般的です同じテクニックが適用されました。
- コントロールタイヤはコンチネンタルGP4000SII 23mmのペアで、圧力は25BarGでした。ホイールとタイヤの組み合わせが2つあり、黄色でハイライト表示されているため、コントロールタイヤのバリエーションが示されています。これらは参照用に含まれています。
- ホイールを回転させるために必要な回転ドラッグが含まれています（ほとんどのメーカーはこの値を含まず、25〜30％程度です。注目すべき例外はスイス側です）
- 速度に関係なく、ライディングポジション（リラックスしたフード）は変化しませんでした。実際には高速では違うライディングポジションが必要になりますが、ただし、そうするとテストが無効になります。
過渡状態でテストするのは誰ですか？
これまでに、設計時に乱流（過渡条件）でテストし、含めることを確認した唯一の会社は、SwissSideです。 SwissSideのJean-Paul Balladeが、上記のYouTube動画にコメントしました。
未確認ですが、Mavicホイールには、乱流条件での設計またはテストを示唆する特定の機能があります。
結論
ライダーは長い間で50km / hテストされている車輪の食事を与えられてきました、彼らがその速度に必要な力を維持することができないので、この速度は大部分のライダーにとって不適切です。一般的に、ほとんどのライディングは10度未満のヨー角で行われると考えられています。これは、50 km / hを走行している場合は有効なステートメントですが、より穏やかな速度では発生しません。 50km / hと30km / hの両方のライディングでは、ステアリングに対する微調整の影響、風と外部の物体からの乱気流により、ホイール上に不安定な乱流が発生します。この現象により、車輪の有効ヨー角が増加します。
- 性能の良いホイールは、乱流領域の生成に対して著しく抵抗力がありました
- 生成された乱気流を十分に軽減したホイールは非常によく機能しました
- 性能の良いホイールは、競合に比べて回転抵抗が低くなります
- リムセクションが深いホイールは、一般的に浅いセクションよりも空気力学に優れています
- 同じような深さのホイールの違いは非常に小さく、人間が乗車中にこれを検出するのは困難です
- ロープロファイルホイールとディープホイールの違いは、人間が乗車によってピックアップされます。
- FLOサイクリングホイールとハントホイールのパフォーマンスは低く、回転物体の空気力学についての理解が不十分な人によって設計されたようです。そのため、それらは不必要な分離を生成し、分離された気流を処理できませんでした
- Aerocoachディスクと75mmディープセクションのフロントホイールは、非常に興味深い結果を示しました。このホイールは本質的に、フェアリングにクリップが付いたアルミホイールでした。低速から中程度の速度では、ホイールは無理なく動作しましたが、速度が増加すると、ホイールはかなり不安定に動作し始めました。前輪の構造は農業用であり、スポークと非構造フェアリングの間には大きなギャップがあります。これらのギャップにより圧力の乱れが発生し、流れが不規則に動作しました。速度が上がるにつれて、そのパフォーマンスは現在の競争に比べてかなり悪くなりましたが、これは主に前輪の設計が悪いことが原因でした。問題の写真を以下に示します
この記事のデータを使用して購入の決定に影響を与えることを検討している場合は、注意して使用してください。一般的な構築品質、ブレーキ性能、ハブ、メンテナンスの容易さなど、ホイールのいくつかの側面は測定されません。それに応じて、これらの要素を考慮に入れる必要があります。
(Original post check from : https://www.hambini.com/testing-to-find-the-fastest-bicycle-wheels/)
（元の投稿チェック: https://www.hambini.com/testing-to-find-the-fastest-bicycle-wheels/)