Исследование: аэродинамика важнее веса колес?

Всем давно и хорошо известен факт — чем легче колеса, тем быстрее ты на разгоне, а в некоторых ситуациях и на торможении. Райдеры, которые меняли колеса на облегченные, наверняка, ощущали прирост в ускорении. Адептов этой теории очень много, реже встречается мнение, что вес колес в конечном итоге оказывает меньшее влияние, чем, например, аэродинамика всё тех же колес.
Чего уж тут греха таить, я и сам принадлежал к первым до определенного момента. Мы даже статью писали, где разрушали этот миф. Тем не менее, исходя из исследований датируемых 2001 годом можно утверждать, что вес играет далеко не первую роль в ускорении и поддержании скорости. Когда я впервые увидел эту информацию, то был несколько сбит с толку... как же так, я же сам чувствовал, я же сам крутил эти педали, я же набирал скорость быстрее!?

В разговорах с велосипедными товарищами понимания я не находил, мне никто не верил, все они так же убеждены, как когда-то я — с легкими колесами быстрее разгоняешься. На деле же получается, что для того, чтобы ощутить разницу веса колес в разгоне, ускорение должно быть далеко за пределами физических возможностей человека. С другой стороны, в голове всплывает информация о шоссейных велосипедах для апхила, они-то делаются максимально облегченными. Да, делаются. Да только потому, что тащить в гору легче 6 кг, чем, например, 10 кг. 

В общем, всё это я говорю к тому, что мы в этой статье делаем еще одно наступление на укоренившийся в умах многочисленных велосипедистов стереотип о невероятном влиянии веса колеса на разгон и поездку в целом. Правда, речь пойдет о шоссейной технике, хотя для МТБ все это тоже справедливо. Попадались мне на глаза тесты ребят, которые пробовали даунхил в классических МТБ-шных просторных одеждах, а потом в облегающих кросс-кантрийных. Да, облегающая одежда позволила выиграть несколько секунд времени на спуске, чем удивила испытателя, аэродинамика во всей своей красе. 

Итак, вернемся—таки к колесам и поговорим о них.

1. Чем медленнее, тем важнее аэродинамика.

Ну, до определенного момента. Название первого пункта выбивает из колеи благоразумия. Хотя график именно это и утверждает.

Давайте разберемся с тем, что на нем вообще отображено. График показывает зависимость аэродинамического сопротивления колес от угла атаки колеса. Синяя кривая в самом низу показывает характеристики гоночного велосипеда Argon18 TT, он нам не нужен.

Сконцентрируемся на четырех верхних кривых, они характеризуют аэродинамическое сопротивление велосипеда Cervelo R5 на четырех разных вилсетах от компании Swiss Side. Голубая кривая принадлежит колесам Heidi, красная колесам Hadron 800+ с высотой обода 80 мм, оранжевая Hadron 625 с высотой 62,5 мм и зеленая тем же колесам, но с высотой обода 48,5 мм. 

Что такое угол атаки?

Это угол, при котором колесо встречается с набегающим потоком воздуха (ветра). Если ветер направлен строго по центру, то угол атаки равен нулю, если ветер набегает строго слева или справа, то угол атаки равняется 90 градусам. По сути, мы говорим о рыскании, которое сочетает в себе скорость набегающего потока, его направление и вашу собственную скорость.  

Первая точка посередине графика показывает аэродинамическое сопротивление колес с нулевым углом атаки, оно примерно одинаково для всех моделей. Различия появляются при увеличении угла рыскания. Важно также сказать, что все ободья (кроме одного) выполнены не по классической схеме с прямыми внешними стенками, а по тороидальной схеме. Это значит, что профиль колеса похож на бублик. Такое решение оправдывается лучшими аэродинамическими характеристиками в сравнении с классическим.

Дальше начинается магия. До угла в 6 градусов все колеса наращивают свое сопротивление, но только колеса Heidi сохраняют эту тенденцию вплоть до 12 градусов. Колеса Hadron, наоборот, начинают снижать свое сопротивление с отметки в 6 градусов и начинают его наращивать с 12 градусов.
Так и работает тороидальная форма обода, она призвана снижать боковое сопротивление воздуха. Прямая стенка на Heidi справляется с этой задачей значительно хуже, а скорее вообще не справляется, превращаясь в парус. 

Профессиональные спортсмены ездят на высоких скоростях, где углы рыскания не превышают отметок в 10 градусов, что выясняется на практике. Колесо просто выравнивается потоком набегающего воздуха. Но по графикам мы видим, что работать колеса начинают намного эффективнее при больших углах рыскания. И это удивляет, получается, что чем медленнее едешь, тем важнее аэродинамика колеса в контексте бокового ветра, хотя логика подсказывает совсем другое. Еще интереснее становится, когда знаешь, что аэродинамическое сопротивление растет пропорционально квадрату скорости, то есть, с точки зрения энергозатрат и аэродинамики целесообразнее замедлиться.

2. Неправильная покрышка нивелирует аэродинамику колеса.

Правильная аэродинамическая покрышка часто содержит слева и справа от беговой дорожки некоторый узор, который создает определенную шероховатость поверхности. Она нужна для того, чтобы создать турбулентный слой, который будет удерживать набегающий поток у поверхности обода.

В тестах, о которых мы говорим, принимала участие покрышка Continental GP 4000S, она, как раз, и содержит такой узор. Хотя по мнению исследователей наличие рисунка и хороших аэродинамических показателей в данном конкретном случае лишь совпадение. Тем не менее, некоторые производители учитывают фактор создания турбулентного потока и отражают это в своем рисунке “протектора”. Да, ведь многим эти узоры кажутся необходимым для лучшего сцепления с дорогой, впрочем, это отдельная тема, которую мы тоже обсуждали.
Названные покрышки позволяют сохранять поток воздуха на колесе при углах рыскания на уровне 18—20 градусов. Напротив, покрышки с абсолютно гладким профилем теряют аэродинамический эффект при углах рыскания на уровне 8—10 градусов.
Получается, что выбирая себе крутую и невероятно легкую покрышку для апхила с плоскими боковинами теряешь большое преимущество в аэродинамике. 

3. Вес является второстепенной проблемой почти все время.

На самом деле да, почти каждый раз мы упираемся в проблему аэродинамики быстрее, чем в проблему веса.

Swiss Side проводили тесты отправляя гонщиков на дистанцию в 120 км и подъемом на 1200 метров со средней мощностью 211 Вт. По их глубокому убеждению, так выглядит средний райдер. Что ж, целевая аудитория компании понятна, она не про начинающих и любителей.

Колеса компании выполняются из углеродного волокна, а вот тормозная дорожка из метала, что добавляет к конструкции 100 граммов. Кажется, что это очень много. Но давайте представим, что велосипед весил 8 кг, а стал 8,1 кг при весе велосипедиста в 75 кг. Неужели эти 100 граммов могут сыграть большую роль? Роль — да. Большую — нет.

Три секунды экономии. Три секунды экономии на поездке длительностью в четыре часа. Добавление всего 100 граммов (1,25% от общего веса велосипеда) особой роли не играет. Даже, если мы увеличим вес на 400 граммов, разница по времени составит всего 17 секунд на 120 километрах.
Если же мы увеличим аэродинамическое сопротивление на 1,25%, то гонщик приедет позже на 22 секунды, увеличиваем до 5% и получаем 87 секунд. Всего полторы минуты на 4 часа поездки это немного, да, все верно. Но это намного больше, чем если бы мы увеличили вес на те же 5%.
Цифры говорят сами за себя.

Однако существует переломный момент, когда аэродинамика отступает и на первый план выходит именно вес. На 20 километровом уклоне со средним градиентом 4% или больше начинает играть большее влияние вес, аэродинамика оказывается вторичной.
То есть, при выборе велосипеда для конкретных условий чаще всего придется гнаться не за его низким весом, а за его аэродинамикой. Разумеется, 10 килограммовый велосипед не будет быстрее 6-ти килограммового, у всего есть разумный предел. Но каждый раз, когда захочется сбросить пару лишних граммов, наверное, стоит об этом забыть и позаботиться об аэродинамике велосипеда.

Такие дела, господа, стереотип трещит по швам. Исследования точны и беспристрастны, так как повторяются у каждого отдельно взятого производителя, то есть это не какая-то альтернативная точка зрения, требующая проверки. Скорее утверждение, что легкие колеса быстрее, является альтернативной точкой зрения, к которой стоит относиться с большой осторожностью. 

По материалам Road.cc и Swiss Side