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風洞實測!VISION輪組與Open胎的終極合體

風洞圖

(資料來源:VISION)


輪組要能跑動就必須要有輪胎,那麼車友們在追求空氣力學輪組的同時,可有把搭配輪胎後的變因考慮進去?這次藉由Vision Metron系列各種框高輪組,在聖地牙哥低風洞實驗室中進行各種偏角(YAW)測試,來比較不同Clincher胎對輪組整體的氣動性能!

 

受測輪組:

Metron40-1 WH-VT-840f

Metron40-1 WH-VT-840(f)

 

Metron55-1 WH-VT-855f
Metron55-1 WH-VT-855(f)

 

Metron81-1 WH-VT-880f 1
Metron81-1 WH-VT-880(f)

 

測試準則:


‧所有輪胎的比較都是用新的管胎和Clincher 胎,除了Continental Sprinter 在過去的試驗中曾被用作對照輪胎外,其他每個輪組用完全相同的輪胎進行測試,原因是為了減少可能發生在不同輪胎間之變數並確保測試的準確性。所有輪胎都做了編號,並於旋轉方向做記號,以減少測試變數。

 

‧測試速度設為30 mph (48 kmh)。輪組亦隨著風洞內的氣流而轉動。

 

‧本測試所有輪組偏角均通過0, 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 17.5, 20, 25 度。輪組執行過所有偏角後,測試裝置改為-5 度,然後再到0 度,以確認復歸原點位置之準確性。

 

‧只有輪圈+輪胎被測試,以消除輪胎之外的其他變數。沒有車架,及其他多的零件,也沒有車手。

 

‧管胎和Clincher 胎的胎壓均為100 PSI。

 

‧前輪使用18 根幅條的PRA 花鼓,後輪的PRA 花鼓則組裝在Metron81 TT 碟輪,測試時未裝飛輪。

 

‧測試呈現的結果均已移除了風洞內夾具的阻力。

 

專有名詞:

 

偏角:偏角是運動中物體其迎面風速與側面風速間之夾角,風洞中輪組繞著花鼓轉動,模擬角角度。

 

風阻:指一般指物體於流體運動環境中所遭受到的反向作用力。本測試是指輪組在特定速度下產生空氣擾流,所造成之阻力。

 

滾動阻力係數(Coefficient of Rolling resistance; Crr):Crr 是代表滾動阻力或是克服輪胎與面摩擦所需要之力量。

 

受測試輪胎(Clincher)

 

Continental GP4000SII 23

‧ Continental GP4000SII 23-在市場上被視為各方面都最好的Clincher 胎之一。低風阻、低滾動阻力係數、抗穿刺性及絕佳的抓地力是這款輪胎聞名的標記。胎面平滑帶有凹紋,側面有交錯的槽紋圖案。

 

Vittoria Open Corsa SC 23 Pro

‧ Vittoria Open Corsa SC 23 Pro-競賽車的熱門選擇,胎面的中間為直條紋,兩側則由斜紋所組成。

 

Schwalbe Ironman 22

‧ Schwalbe Ironman 22-Schwalbe 為三鐵市場發表的Clincher 胎,重視空氣動力特性、低滾動阻力係數。胎面與其管胎共用相同的“漩渦”圖案。

 

ZIPP Tangente Course 23

‧ ZIPP Tangente Course 23-市場鎖定在空氣動力特性、抗穿刺性輪胎。胎面平滑帶有輕微的凹紋,側面有槽紋圖案。Tangente 胎之剖面及胎面與高級的輪胎“Speed”型式相同,具有較低之滾動阻力係數。

 

測試結果:


圖中的資訊,阻力以“瓦特(Watt)”為單位,來表示轉動輪組通過氣流時所消耗的功率,標示於圖左側之縱向座標,偏角(0-25 度) 標示於底部之橫向座標。

數據的呈現是以特定的輪組分別搭配不同的輪胎所得的測試結果。這樣我們可看出各輪胎間的性能差異,並瞭解各別輪圈可能的最佳輪胎選擇是哪種。

 

Metron 40+Clincher 胎

 

LSWTSD Metron 40-Clincher Tire Comparison 150831-1

 

就好像管胎似的,Vittoria 車胎有最大的平均風阻;在7.5 度偏角時有最小風阻,其最大風阻峰值在偏角15 度。在偏角10 度之前,ZIPP Tangente 車胎呈現比Continental GP4000SII 還低的風阻,10 度之後風阻急速增大,接著其風阻就與Vittoria 車胎相當。

 

Continental GP4000SII 風阻由0 偏角起持續下降,直到偏角15 度,此時,其風阻比Vittoria 及ZIPP 風阻約少13W。假如,同時考量滾動阻力係數與氣動性能,Continental GP4000SII是這三輪中會是最理想的選擇。

 

Metron 55+Clincher 胎

 

LTWTSD Metron 55-Clincher Tire Comparison 150831-1

 

Schwalbe lronman Pro Clincher 胎被列入Metron 55 輪組比較,是因為Metron 55 用在計時賽及鐵人三項中廣泛的被選手採用。Schwalbe Ironman Pro 與Continental GP4000SII 之空氣動力性能相當,兩者在偏角15 度時,風阻降低到0 /-1.6 W 的程度。

 

整體而言,Continental GP4000SII 及Schwalbe Ironman Pro 兩者,平均比Vittoria Corsa 和Zipp Tangente 減少7-8W 風阻,而在偏角15 度時,風阻差距最大達到18-20W 的程度。在此情況下,輪胎的選用就特別重要。

 

Metron 81+Clincher 胎

 

LTWTSD Metron 81-Clincher Tire Comparison 150831-1

 

類似的氣動特性又發生了,其中Vittoria Corsa 呈現最高平均風阻,Zipp Tangente 風阻次高,而Schwalbe Ironman Pro 和Continental GP4000SII 競逐最低的風阻點(12.5 度~15 度之間)。在較高偏角(大於15 度),Schwalbe Ironman Pro 和Continental GP4000SII 風阻差距逐步拉大,約在17.5 度偏角時,Schwalbe Ironman Pro風阻降到最低-10.3W。

 

整體而言,GP4000SII 和Ironman Pro 兩者,平均風阻比Vittoria Corsa 和Zipp Tangente 少8-11W。同時在15 度偏角處,風阻差距更達到20-22W 的程度 (對Schwalbe Ironman Pro而言,在17.5度偏角,風阻差距最大達到27W 左右)。假如賽程中有側風產生了較大範圍的偏角,輪胎選擇所造成的差距,將不是以秒計算,而會有以分為單位的落差。

 

不同輪框+輪胎比較

 

綜合比較

 

粉紅線:ZIPP 404 Firecrest Clincher+Vittoria Open Corsa SC 23 Pro

紅線:Metron 55 Clincher+Vittoria Open Corsa SC 23 Pro

淺藍線:ZIPP 404 Firecrest Clincher+ZIPP Tangente Course 23

白線:Metron 55 Clincher+ZIPP Tangente Course 23

藍線:Metron 55 Clincher+Schwalbe Ironman 22

亮黃線:ZIPP 404 Firecrest Clincher+Continental GP4000S II 23

紫線:ZIPP 404 Firecrest Clincher+Schwalbe Ironman 22

橘黃線:Metron 55 Clincher+Continental GP4000S II 23

 

除了測試Vision 輪組外,我們選取ZIPP 404 Firecrest Clincher 輪組做對照測試。如圖(1l)所示,將4 個不同品牌的輪胎分別搭配Zipp404 Firecrest Clincher 及Metron55 CH,做比較測試。而所得到測試結果頗為類似;其中Vittoria 整體平均風阻仍為最高者,ZIPP 風阻居中,而Continental 和Schwalbe 平均風阻最低。

 

交叉比對-管胎對Clincher胎

 

LSWTSD Metron 40-Clincher Tire Comparison 150831-1

 

在這些比較圖中,管胎測試模型是以虛線方式表示,而Clincher 胎則以實線方式表示,以方便在圖面中識別。

 

Metron 40 +管胎對Clincher胎

 

LSWTSD Metron 40-Clincher Tire-Tubular Comparison 150831-1

 

Metron 55+管胎對Clincher胎

 

LSWTSD Metron 55-Clincher-Tubular Tire Comparison 150831 -1

 

Metron 81+管胎對Clincher胎

 

LSWTSD Metron 81-Clincher-Tubular Tire Comparison 150831-1

 

結語:

 

  由於Vision 未生產輪胎,然而每個輪組都需要裝上輪胎,這種測試的研究對未來的發展,其重要性是很難去預估的。關於輪框與框高所導致空氣阻力的不同,在市場上已有足夠的測試資料,但卻很少使用一個完整的輪組產品線去驗證輪胎對空氣阻力所造成的影響。

 

  此次實驗,單純的測試不同輪框搭配不同輪胎所造成風阻的變化,而不考量車架或騎乘者等其他變數。目前市場持續傾向發展較大的公路車輪胎,因此我們更需要更多的實驗數據,使騎者能評估所選輪胎“有什麼”空氣動力優勢,以取得更好的比賽成績。

 

  最後,本測試所要揭示的是,使用於自行車氣動力輪組,車胎氣動力的重要性。除此之外,輪胎選擇還包括其他因素,如價格、尺寸、重量、胎面花紋和低滾動係數及地面狀況等等,希望藉此幫助騎者節省時間來找尋最適合的輪胎。

 

參考資料:

 

Anhalt, Tom, http://bikeblather.blogspot.com

Blog forum of Crr results on the top tires in the industry.

 

延伸閱讀:

風洞實測!VISION輪組與管胎的終極合體

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2016-02-16