Eri ohjausasentojen ilmanvastus

[Teemu Kalvas]

Kapea kätevä esim. varastoidessa ja ilman vastuskin pienempi, mutta jos tykkää leveästä niin nuo seikat tuskin valintaa estää.

Onkohan kukaan mitannut esim. tuota erilaisten ohjausasentojen vaikutusta ilmanvastukseen? Pelkkä teoretisointi ilman mitään mittauspohjaa johtaa ilmanvastusasioissa helposti hakoteille. Lisäksi maailmassa liikkuu paljon "tietoa", joka tarkemmin tarkasteltuna osoittautuu 1) hihasta ravistetuksi ja 2) virheelliseksi, mutta kun asiaa on toistettu tarpeeksi monta kertaa, se on muuttunut ihmisten mielessä itsestäänselvästi todeksi.

[optimistx]

Onkohan kukaan mitannut esim. tuota erilaisten ohjausasentojen vaikutusta ilmanvastukseen? Pelkkä teoretisointi ilman mitään mittauspohjaa johtaa ilmanvastusasioissa helposti hakoteille. Lisäksi maailmassa liikkuu paljon "tietoa", joka tarkemmin tarkasteltuna osoittautuu 1) hihasta ravistetuksi ja 2) virheelliseksi, mutta kun asiaa on toistettu tarpeeksi monta kertaa, se on muuttunut ihmisten mielessä itsestäänselvästi todeksi.

Hyvä kysymys, ja jään innolla odottamaan vastauksia.

Kehittelin jokunen vuosi sitten ohjelma- ja anturisysteemiä, jossa tarakalle sijoitettu kannettava pc rekisteröi kiihtyvyyttä kiekon joka pyörähdyksellä. Testailin Tapiolassa tietyllä asfalttikadun pätkällä. Ajelin nojakilla pätkää edestakaisin ja dataa kertyi aika tavalla.

Saatuun dataan sovitin ajoa kuvaavan matemaattisen mallin, jossa vierintävastuskerroin ja ilmanvastuskerroin ovat tuntemattomia estimoitavia suureita.

Alustavissa analyyseissa osoittautui, että pienet vaihtelevat tuulenpyörteet ilmeisesti aiheuttivat kiusallista vaihtelua, ja ajattelin lisätää tuulimittarin antamaan joka hetki ilmavirran nopeuden ajosuuntaisen komponentin (ja ehkä myös suunnan). Mutta tuli kesken kaiken syksy ja homma jäi lepäämään , ja unohtui muiden kiireiden sekaan.

Tekeillä oleva ajosimulaattori liittyy tähän. On tarkoitus täydentää simulaattoria myös reaaliajassa poimimaan dataa niin, että voisi luotettavasti mitata pientenkin muutosten vaikutukset energiakulutukseen. Esim. 'Jos levitän käsiäni näin, niin paljonko ilmanvastuskerroin muuttuu?' tai 'kun tein koppaan tämmöisen muutoksen, mitä se vaikutti energiankulutukseen suosikkilenkilläni?' Yms. mitattavaa dataa. Lisäksi tietysti voi keräillä 'musta tuntuu' -juttuja ja kertoilla niistäkin.

Unelmissa siintelee ohjelma ja pari anturia, jotka voisi parissa minuutissa kiinnittää mihin tahansa pyörään, pc tarakalle, ja sitten saisi koeajolenkillä myös rautaista dataa, mittatuloksia. Vaikkapa 'Suomen ehkä nopeimmasta pyörästä '.

[jviirret]

Kapea kätevä esim. varastoidessa ja ilman vastuskin pienempi, mutta jos tykkää leveästä niin nuo seikat tuskin valintaa estää.

Onkohan kukaan mitannut esim. tuota erilaisten ohjausasentojen vaikutusta ilmanvastukseen? Pelkkä teoretisointi ilman mitään mittauspohjaa johtaa ilmanvastusasioissa helposti hakoteille.

Eikö tuo ole aika helppo kokeilla, jos on käytössä kapealla tangolla oleva pyörä. Lasket jotakin mäkeä muutaman kerran kädet tangolla ja perään niin että toinen käsi on tangolla ja toinen "kuvitteellisella" leveällä tangolla. Vertailet nopeuksia.

Jukka

[optimistx]

Onkohan kukaan mitannut esim. tuota erilaisten ohjausasentojen vaikutusta ilmanvastukseen? Pelkkä teoretisointi ilman mitään mittauspohjaa johtaa ilmanvastusasioissa helposti hakoteille.

Eikö tuo ole aika helppo kokeilla, jos on käytössä kapealla tangolla oleva pyörä. Lasket jotakin mäkeä muutaman kerran kädet tangolla ja perään niin että toinen käsi on tangolla ja toinen "kuvitteellisella" leveällä tangolla. Vertailet nopeuksia.

Jukka

Useampi lasku on välttämätöntä, mutta erojen saanti näkyviin luotettavasti voi törmätä samoihin vaikeuksiin kuin omissa rullauskokeiluissani Tapiolan mäissä ja tasaisilla. Toivottavasti teidän rullauksenne onnistuvat paremmin.

Simulaattorissa laskin mäkeä, 20 m korkea, 500 m pitkä, kosinikäyrän kyljen muotoinen (kulmasta 0 kulmaan pi), vierintävastuskerroin 5 promillea, ilmanvastuskerroin * otsapinta-ala = 0.40 m2 =IA, alkunopeus mäen päällä 10 m/s (36 km/h). Kokonaismassa 100 kg. Kiekkojen 'kehäpainot' 1kg +1.5 kg.
Aivan tyyneessä nopeus mäen alla oli 11.10 m/s. Kun muutettiin IA yhdellä prosentilla arvoon 0.404, niin nopeus mäen alla oli 11.04 m/s. Nopeus siis muuttui noin 0.5 %, kun IA muuttui 1 %.

Mutta kun tuulen nopeudeksi muutettiin +1 m/s, niin nopeus mäen alla oli 12.06 m/s, eli 10.8 % enempi.
Jos tehtiin vastatuulta 1 m/s, niin nopeus väheni arvoon 10.09 m/s, eli 9.0 % vähempi.

Tuulen nopeuden pitäisi olla uskomattoman vakioinen (esim. vakioisempi kuin 0.0 +-0.1 m/s), jotta edes usealla toistolla saisi näkyviin noin pienet (1 %) ilmanvastusalakerroinerot (IA:n erot). Tai sitten päättelyissäni tai ohjelmissani on virhe(itä). Oikeus virheisiin pidätetään .

Urheilukilpailuissa tuulen nopeuden ylärajat ennätyskokeiluissa lienevät +- 2 m/s.

---

Lyhyesti ilman numeroita ja kaavoja: jos on pieniäkin ilmavirran eroja ajojen välillä tai ajoreitin eri osissa, niin on hyvin vaikea saada näkyviin ilmanvastuskerroinalan (IA:n) pieniä eroja. Höyhenen pitäisi leijailla lähes suoraan maahan kokeilujen aikana.

[tavasti]

Eikö tuo ole aika helppo kokeilla, jos on käytössä kapealla tangolla oleva pyörä. Lasket jotakin mäkeä muutaman kerran kädet tangolla ja perään niin että toinen käsi on tangolla ja toinen "kuvitteellisella" leveällä tangolla. Vertailet nopeuksia.

Useampi lasku on välttämätöntä, mutta erojen saanti näkyviin luotettavasti voi törmätä samoihin vaikeuksiin kuin omissa rullauskokeiluissani Tapiolan mäissä ja tasaisilla. Toivottavasti teidän rullauksenne onnistuvat paremmin.

Itse kokeilin pyöräilylaukkujen sijoituksen vaikutusta lyhyehkössä mutta melko jyrkässä mäessä. Vakio alkunopeus (20 km/h) yhden tolpan kohdalle, ja siitä mitaten maksiminopeus. 3 laskua/setup tuntui antavan järjellisiä eroja, kun paikka oli sellainen jossa pääsi noin 45 km/h vauhtiin. Erot toki aika pieniä, parhaan ja huonoimman ero oli 1 km/h nopeusero, mutta systemaattinen, joten pidin tuloksia järkevinä.

Tuohon Jukan ideaan en oikein lähtisi, käden roikottaminen jossain hassussa paikassa ja ajaminen yhdellä kädellä reiluhkoja nopeuksia alamäkeen ei tunnu hyvältä idealta.
Eroja tuskin näkyy ollenkaan alle 25 km/h nopeuksissa, ja kun erot ovat puolet todellisesta (vain toinen käsi vaihtaa paikkaa), niin voipa olla ettei tuosta tulisi mitään.

[jori]

Nopeuden lisääminen on hyvä idea ilmanvastusominaisuuksien vaikutuksen havaitsemiseksi. Tuollaisen maltillisen mittaisen mäen käyttämiseen liittyy kuitenkin joitain ongelmia. Mäki kiihdyttää pyörää kohti ilmanvastuksen aiheuttamaa rajanopeutta. Jos mäki on ja äärettömän pitkä, rajanopeus saavutetaan ja ilmanvastuksen arvioiminen on kohtalaisen luotettavaaa. Jos mäki on lyhyt, tuottaa ilmanvastusero tietenkin myös nopeuseron, mutta mäen loppuessa kesken jää lopullinen nopeusvaikutus osittain näkymättömiin.

Tästä syystä näitä mittauksia kannattaisi tehdä niin suurella alkunopeudella, että mäki ei sanottavasti enää kiihdytä vauhtia ja loppunopeus on ainakin lähellä rajanopeutta. Tämä vastaa siis vakio teholla saavutettavaa maksimi nopeutta. Ongelmaksi muodostuu oikean alkunopeuden arviointi. Oikea alkunopeus on siis sellainen, ettei mäki vaikuta nopeuteen lainkaan. Loppunopeus täytyy siis arvata etukäteen ja polkea sellainen alkuvauhdiksi.

Mäen jyrkkyydellä saadaan tuulen ja vierintävastusominaisuuksien vaikutus tuloksiin pienenemään, mutta tuollainen 45 km/h mäki on aika raskas mittauspaikka -sehän täytyy aina polkea takaisin ylös. Voi jäädä toistot liian vähäisiksi riittävän tilastollisen vakuuttavuuden kannalta.

Harrastan tällaisia mittauksia autolla Hervannan valtaväylän alamäessä Korkinmäen valojen jälkeen. 75 km/h vauhdista rullaamaan lähteminen tuottaa loppunopeudeksi 83 km/h, mutta kiihtyminen on kesken. Mittarin mukaan n. 92 km/h alkunopeus on niin lähellä rajanopeutta, että sillä mäen mittaan tapahtuu sekä kiihtymistä että hidastumista, eli lähellä rajanopeutta.
Yllättävän suuri ero siis.

Kovasti tekisi mieli käydä kokeilemassa fillarilla tuota samaa mäkeä. (Se on moottoriliikennetie, jossa pyöräily on kielletty.) Arvelen rullausnopeuden kuitenkin jäävän selvästi alle 60, vaikka alkunopeuttakin olisi riittävästi. Auto kulkee siis kevyemmin.

Jori