Найнер, насколько быстрее

Катаюсь в лесу на бюджетном байке с колесами 26 дюймов. Насколько быстрее можно ехать на байке с колесами 29 дюймов? 

В целом споры в интернете на тему какой велосипед быстрее, «обычный» байк с колесами 26 дюймов или с колесами 29 дюймов (найнер), в течение этого года стихли. Сошлись на том, что на асфальте найнер не дает преимущества в скорости, но из-за того, что тяжелее, едет хуже. А в лесу найнер катит лучше. Производители «помогли» с возможным выбором, убрав байки «26» из производства, точнее заменив их на новый стандарт «27.5». В целом мнение маркетинговой машины примерно такое: если хотите классный вел, то берите 27.5, а если вы крупный человек или точно знаете, зачем вам нужен найнер, то берите найнер. А ваш нынешний вел «26» несите на помойку как можно скорее 🙂

Оставлю за кадром рассуждения о том, зачем мне нужен (или не нужен) найнер. Но хочу воспользоваться возможностями расчетов для того, чтобы прикинуть какой выигрыш может дать найнер на дистанции «Кросс-кантри марафон в Альфа-Битце». Для этого нужно взять реальные данные по скорости проезда на имеющемся байке с колесами 26 дюймов, перевести их в текущую мощность на дистанции, а затем сделать обратный пересчет в расчетную скорость на байке с колесами 29 дюймов и с несколько бОльшим весом велосипеда.

Вот трасса. Описывал ее в отдельной заметке «МТБ трасса XCM в Альфа-Битце«, но добавил к ней еще немного «заторчковых петель» и чуть удлинил выезд с 3-го торчка. Получилось 12.4 км по велокомпу (было 10 км).

На всякий случай, ссылка на трек.

На трассе можно выделить три типа покрытия с заметно разным сопротивлением движению. В основном это обычная тропа посреди аллеи для лыжного конькового хода в зимний период. Тропа может быть чуть лучше или чуть хуже, более гладкая или более бугристая, но в целом колесо идет примерно одинаково. Желтым цветом отмечены участки где болотистая просека щедро посыпана крупными опилками. Едется существенно хуже. И зеленоватым цветом отмечено довольно сложное сочетание кочек и корешков, по которому можно ехать только стоя, поскольку очень сильно трясет.

Еще отмечены «мерные спуски», это два единственных спуска на трассе, где можно не тормозить на большом участке и без толку крутить педали. Велосипед при этом выходит на постоянную скорость, которую можно зафиксировать по велокомпу. Это можно использовать в расчетах для определения коэффициента трения качения, поскольку собственная мощность на педалях равна нулю, то есть точно известна 🙂

Записал трек при помощи гармина (здесь описание прибора «Велосипедный навигатор Garmin Edge Touring«). Сразу трек «в дело» пускать нельзя. Во-первых, точность GPS не позволяет правильно оперировать высотами, а от углов горок довольно сильная зависимость в расчетах мощности. Поэтому трек нужно пропустить через сервис (я использовал он-лайн сервис «Garmin Connect»), для замены высот в каждой точке трека данными с топографической карты. Во-вторых, в лесу GPS работает не так хорошо, как в поле. Некоторые точки заведомо ложные, находятся в стороне от трека, с соответствующими большими скачками измеренной скорости. Да и в целом трек замеряется меньше, чем на самом деле за счет небольшой срезки петель, но этим придется пренебречь. Поэтому трек пришлось «причесать» руками в экселе, выкинув точки с большими скачками скорости, да и вообще по мере возможности постарался свести трек к «отрезкам», то есть промежуточные точки с явных прямых тоже выкидывал. На всякий случай, перевод GPX файла с откорректированными высотами в текстовый файл делал он-лайн сервисом: «GPS Visualizer»  , а потом этот текстовый файл, состоящий из строчек «две координаты, время» импортировал в эксель.

В виде графика получилось так:

Далее по этим данным нужно рассчитать мощность, по формулам, разобранным в заметке: «На что тратятся силы при движении велосипеда«. Для этого из скорректированного GPX-файла можно взять скорость и углы подъема/спуска. Вес «снаряженные велосипедист + байк» легко измерить. Коэфф. аэродинамического сопротивления (Сх*S) можно взять 0.5 кв.м. Неизвестными остаются коэфф. трения качения на рассмотренных выше трех участках. Коэфф. трения на основной части трассы (80% от общей длины) можно определить по «мерным» спускам. Тяга от силы тяжести, которая известна с высокой точностью из веса и угла наклона уравновешивается аэродинамическим сопротивлением и трением. Вычисления дают коэфф. трения качения = 0.025. Это, кстати, в три раза больше, чем было определено для шоссейного велосипеда по гладкому покрытию в заметке: «Определение параметров катимости велосипеда из измерений мощности«. Похоже на правду. Средняя мощность на этой основной части трассы получилась равной 206 ватт. Тоже похоже на правду. Приложение такой мощности к участками со щепой и корешками дали соответствующие коэфф. трения качения 0.045 и 0.075. Таким образом, есть распределение по длине трассы всех необходимых параметров, а также расчет затрачиваемой мощности.

Теперь самое интересное. Нужно определить чем отличается гипотетический найнер от моего бюджетого байка. Причем найнер должен  быть таким же бюджетным. То есть как бы нужно в имеющийся байк поставить колеса 29 дюймов и чуть растянуть раму. Вес колес увеличивается на 350 грамм, вес рамы и вилки на 250 грамм, всего увеличение веса найнера по сравнению с байком 26 дюймов можно считать равным 0.6 кГ. Отношение радиусов колес (с учетом проседания покрышки  20%) составляет 0.91 (отмечу, что 26/29 = 0.90, дюймы в названиях колес «приблизительные»). Поскольку в безразмерном коэфф. трения качения содержится множитель 1/R ( R — радиус колеса), то найнер отличается от байка 26″ двумя параметрами: все определенные на трассе коэфф. трения качения умножаются на 0.91, а вес (байк + велосипедист) увеличивается на 0.6 кГ.

К сожалению, это все, что можно взять «не с потолка». На самом деле такая зависимость коэфф. трения качения от радиуса годится только для «шершавого» покрытия, типа щепы, где размер тормозящих колесо элементов существенно меньше толщины покрышки. В лесу много кочек и корешков, которые найнер пройдет намного легче, поскольку сумеет «проглотить» препятствие без такого сильного отскока, как у байка с колесом «26». Гипотетически можно на бумаге нарисовать кочку, в которую колесо «26» упрется (соответствующий коэфф. трения качения  = бесконечности), а колесо «29» проедет (коэфф. трения качения конечный). Кроме этого, в колесе найнера будет меньше давление (см. калькулятор Давление в шинах (МТБ) ), поэтому такое колесо будет лучше «проглатывать» и препятствия небольшого размера. Но к цифрам эти рассуждения я сейчас привести не могу, поэтому можно опираться только на уменьшения коэфф. трения качения для найнера на 0.91. Но рассматривать это как оценку сверху. Реальный коэфф. должен быть меньше.

Для каждого отрезка, используя скорректированные данные по трению и весу был сделан обратный пересчет в скорость движения найнера на отрезке. Решения обратной задачи подразумевает решение кубического уравнения, у которого может быть три корня. Поэтому иногда вычисленная скорость «выпадала», слишком сильно отличалась от исходной. Такие отрезки «безжалостно» выбрасывались.

Получилось, что на найнере я бы прошел эту трассу в тот день все-таки быстрее, но не намного, всего на 3.5%. Это от времени круга 40 минут примерно полторы минуты. Прикидывая изначально отрезки, я рассчитывал на 6%, и считал, что это было бы действительно заметным. Полторы минуты на круг это меньше, чем реальная зависимость от того насколько сухая трасса, от физического состояния, в общем, разница по времени раз от раза может быть больше, чем полторы минуты.

Но для участия (даже в любительских) соревнованиях полторы минуты на круг это существенно.  Но тут я ничего не открыл, те кто участвуют в соревнованиях как правило используют найнер 🙂

«Пощупать» руками цифры можно при помощи калькулятора: «Найнер, прибавка к скорости»

---

Вадим Никитин

 

 

 

на начало страницы