Sivutuuli

[jori]

Jatketaan "Lowride-12h Challenge in Nokia, 6.-7.8. 2011 " otsikon alla alkanutta sivutuulikeskustelua täällä

...
Äkkiä laskien 4 m/s sivutuuli lisää ilmanvastuksen tehoa tyyneen 30 km/h verrattuna kolmanneksen.

Miten perustelet ja lasket? Eikös sivutuuli ole yhdentekevä?

Totta, tuli vähän huolimattomasti heitettyä. Perustui lähinnä purjehduksesta ja tuulivoimaloista jääneeseen mielikuvaan, joka johti liioitteluun.

Ei se sivutuuli silti yhdentekevä ole. Pystylieriön muotoisella kappaleella, jossa tuulenvastus on sama kaikkiin suuntiin ja lasketaan vain etenemisen suuntainen komponentti. 4 m/s sivutuuli lisää 30 km/h (8,3 m/s) nopeudessa ilmanvastusta 12%

Oletetaan fillaristi pystylieriöksi , jonka tuulenvastus on sama kaikkiin suuntiin. Sivutuulen vaikutus ilmanvastukseen johtuu ilmanvastusvoiman ominaisuudesta kasvaa ilmanopeuden toisessa potenssissa. Ilmanvastusteho kasvaa ilmanopeuden kolmannessa potenssissa.

Kun nyt sitten lasketaan yhteen suorakulmaisesti 8,33 m/s ja 4,0 m/s saadaan ilmanopeudeksi neliöjuuri(8,3²+4,0²)=9,243. Pyörän ja kuskin kohtaama tuuli ajossa on siis 9,2 m/s 25 asteen kulmassa etuviistosta.

Tämän aieuttama tuulen suuntainen voimakomponentti on verrannollinen tämän nopeuden neliöön 9,2² = 85,2 jonka ajosuuntainen komponentti on 85,2 x cos (25) = 77,2 . Tyynessä sama ajonopeus 8,3 m/s antaa noin 12 prosenttia vähemmän 8,3² = 68,9.

Koska ajonopeus oletetaan samaksi, täytyy myös tehoja verrattaessa verrata vain voimia keskenään, eikä ilmanopeus kolmanteen pädekään. No, runsas kymmenen prosenttia kuitenkin. Hyvä kun olit tarkkana, ettei jää väärää mielikuvaa.

...matkavektorin skalaaritulo. Jos tuuli on suoraan sivulta, sen kulma sylinterin matkasuunnan kanssa on 90 astetta ja sen kosini = 0, eli skalaaritulo on nolla.

Kyllä minä tuolla laskin sen skalaaritulon (projektion). Tuolla se on laskelmassa se cos liikesuunnan ja vaikuttavan tuulenvastusvoiman kulmasta. Ilmanvastusvoimavektori muodostuu vasta liikkuvaan sylinteriin, joten se lasketaan summaamalla ensin liikesuunnan ja sivutuulen vektorit yhteen ja muuttamalla se voimaksi. Vasta tämä tulos, voima, skalaarikerrotaan, (eli huomioidaan vain liikkeen suuntainen projektio) liikesuunnan kanssa niin saadaan ilmanvastuksen tekemä työ. Siksi sivutuulen vaikutus on suurempi kuin nolla. Voihan sen toki laskea komponentteina myös, mutta voimiksi muutettuna. "Outo tulos" johtuu siitä, että voimavaikkutus on verrannollinen ilmannopeuden neliöön.

[optimistx]

... Ilmanvastusvoimavektori muodostuu vasta liikkuvaan sylinteriin, joten se lasketaan summaamalla ensin liikesuunnan ja sivutuulen vektorit yhteen ja muuttamalla se voimaksi. Vasta tämä tulos, voima, skalaarikerrotaan, (eli huomioidaan vain liikkeen suuntainen projektio) liikesuunnan kanssa niin saadaan ilmanvastuksen tekemä työ. Siksi sivutuulen vaikutus on suurempi kuin nolla. Voihan sen toki laskea komponentteina myös, mutta voimiksi muutettuna. "Outo tulos" johtuu siitä, että voimavaikkutus on verrannollinen ilmannopeuden neliöön.

Olipa hyvä, että tuli puheeksi tämä. On nyt sellainen kutina, että perustelusi on pätevä, mutta koska olen luullut asian olevan toisin, täytyy sulatella ja varmistella sitä vielä. Olisiko sinulla vielä jokin lähde, jossa tätä olisi selitetty vielä enempi kädestä pitäen kuin yllä esitit? (googlaan kyllä asiasta joka tapauksessa).

---

Lisäys 17.8.

Kyllä vakuuttauduin siitä, että sivutuulella on todella lisäävä vaikutus myös pystysylinterin kokemaan ilmanvastukseen. Sylinterin kokeman vastusvoiman suuruus ja suunta on laskettava ensin, ja sitten vasta jaettava komponentteihin.
Ilmanvastuskertoimia laskettaessa tyynessä kulkeminen on otaksuttava aika harvinaiseksi tapaukseksi ja onkin keskityttävä laskemaan ilmanvastuskertoimia etuviistosta tulevan ilmavirtauksen suhteen. Nojapyörän edut pystyssä ajavaan kirkkoherraan verrattuna ilmanvastusasiassa ovatkin pienemmät kuin otaksuin.

Hämmästelinkin hieman Mäntyharjun reissulla, kuinka pysyin pysytypyörälläni erään kauniin kattamattoman nojapyörän vauhdissa alamäkeä rullatessa. Tosin massojen ero arviolta 20 kg soi pystypyörälle enempi energiaa ilmanvastuksen voittamiseen ja lisäksi oli kumarruttava eteenpäin.

Jukan havainnot etuviistosta tulevan kokonaistuulen tarttumisesta nojailijan eri osiin onkin tärkeää ottaa huomioon. "Otsapinta-ala" voi moninkertaistua verrattuna suoraan edestä katsottuun. Pystypyöräilevälle kirkkoherralle ei niin tapahdu itse ajajan kohdalla, tosin ajokin osiin sivutuuli tarttuu.

[vaaka]

Miten ängesevä pitäisi kiinnittää haarukoihin? Rautalangasta lenkki ja pikalinkun sekä haarukan väliin?En vain tiedä, ovatko haarukan kiinnikkeet hiilaria ja kestävätkö ne, vai pitäisikö välissä olla pehmuste? Pysyykö noin paikallaan? Onko aika vähillä työkaluilla varustetulle parempia tapoja tehdä kiinnitys? Kestääkö hiilarihaarukka teippausta ja voiko teipin irrottaa rikkomatta haarukkaa tai sen pinnoitusta?

[jori]

Miten ängesevä pitäisi kiinnittää haarukoihin? Rautalangasta lenkki ja pikalinkun sekä haarukan väliin?En vain tiedä, ovatko haarukan kiinnikkeet hiilaria ja kestävätkö ne, vai pitäisikö välissä olla pehmuste? Pysyykö noin paikallaan? Onko aika vähillä työkaluilla varustetulle parempia tapoja tehdä kiinnitys? Kestääkö hiilarihaarukka teippausta ja voiko teipin irrottaa rikkomatta haarukkaa tai sen pinnoitusta?

Nojapyörän haarukoissa on kyllä reiät lokarin kiinnittämiseksi, mikset käyttäisi niitä. Kilpapystärissä ei ehkä niitä reikiä ole, muttei mahdu ängesevääkään asentamaan, jos on aikeissa joskusta käntää etupyörää. Jos ajaa vain suoraan, mahtuu ängesevä poljinkampien väliin. Täytyy varmaan tehdä nostokäännös sitten jos pitää u-käännöstä joskus harkita.

[vaaka]

Ei ole lokarireikiä haarukoissa, mutta tilaa on eturenkaan ja viistoputken välissä. On toki haasteellista noin pitkillä kammilla eturenkaan kääntö jyrkästi, ei riitä kaupunkiliikenteeseen helposti kai. Jos ei sitten tee niin kapeaa ja korkeaa, että melkein koskettaa viistoputkea lähellä etuhaarukkaa ja jää kengän kärjen yläpuolelle yläetuviistoon kammen ollessa lähinnä etuhaarukan jakautumiskohtaa. Noin pieni evä ei ehkä tarjoa täyttä etua, mutta näin herkällä ohjauksella kaikki apu on oikeaan suuntaan.

Käden kunto ikävä herätessä ja en pysty sanomaan, johtuuko se rakentelusta, tietokonepelaamisesta pari tuntia, ajaessa puolisen tuntia vai yhdistelmästä. Sai jännittää varuiksi lähes koko ajan keskivartaloa ja se syö voimia ja ärsyttää. Kädelle tilanne on paljon pahempi ja vaarallinen, kuten pyörän hallittavuus 10 m/s puuskissa ja luultavasti enemmän tuulitunneleissa, kuten baanalla meren rannan päässä. Siellä oli vastatuuli ja kääntyessä sivuvasen nykäisi kovaa sarjana ja jo ennenkin kuilussa, vaikka on korkeat seinät molemmin puolin. Kun on ahdas paikka ja paljon oli liikennettä, on saatava apuja. Mietintämyssy päähän.

Jos etuhaarukoiden perään saisi kapeat suikaleet mitä vain peräsimiksi, haarukasta tulisi syvempi ja tuurilla muodosta riippuen aerompi. Nyt jo on liukkaimmin liikkuva pyörä, jota olen ajanut. Hauskin myös johtuen mielipuolisesta kiihtyvyydestä ja hyvästä nopeudesta, jos ei laske miinusta ergonomiasta, mikä on pakollista pitkillä matkoilla. Plussana pienin tehon tarve mistään, mitä olen ajanut. Aero on siis parempi kuin Streetmachinessa. Siihen tulee seuraavaksi kiekkoihin apuja, kunhan hallittavuusmitoitus selviää testipenkistä.

Toimisikohan haarukkaevät jäykästä matskusta nippusidekiinnityksellä, jos laittaisi kumia molemmin puolin kitkan lisääjiksi ja suojaamaan haarukan pintaa, ehkä rakennettakin? Jos olisi sopivia matskuja, voisi kokeilla myös pikalinkun ja haarukan välistä laitettavaa putoamisen estävää tukea. Edelleen kestävyys ja kiekon paikallaan pysyminen on kysymysmerkki.