空气动力学轮辋值得增加重量吗？

我的印象是减轻车轮的重量很重要。但是，我注意到，同一制造商的许多高端空气动力学轮辋实际上比便宜的轮辋重。

例如：

• Easton相对入门级的EA90 SLX轮毂重 1398克，一对价格约为1000美元，而其超高端EC90 TKO则为1545克，价格是其两倍。

• MAVIC的Kysrium精英小号车轮1520克不到三分之一其高端的价格宇宙Carbone的80轮在1640克。

• Zipp的30 Clincher一对1655克仅售850美元，而其808Firecrest®碳钉钳则为3000美元，重1730克。

显然，价格似乎支持了空气动力学比数百克重更重要的想法，但是增加的重量在什么时候抵消了收益？还是降低旋转重量的重要性被夸大了？

显然，价格似乎支持了空气动力学比数百克重更重要的想法，但是增加的重量在什么时候抵消了收益？

确切的计算将取决于您和您的自行车的总质量，速度，风向，角度，是否攀爬，在平坦或下降的位置以及行驶的速度（或您的动力）。重新推出）。但是，我们可以对许多这些变量进行估算，以获得近似答案。

假设与“普通”车轮相比，航空车轮增加了100克的总质量，相应地，阻力区域CdA减小了0.005 m ^ 2。与标准框形轮辋相比，这是对合理的空气车轮的改进，尽管对于设计精良的车轮，您可能会发现该差值（〜.01 m ^ 2）或更大，尤其是在大偏航角时，可能会翻倍。

自行车的功率方程式已得到很好的理解，并在“ Bicycles Stackexchange”答案中给出。因此，为了确定最好选择较轻的重量代替气动阻力的点，我们可以用合适的值代替质量，速度，坡度等，并绘制功率节省图，如此处所做的。

下图比较了具有标准箱形轮辋的80公斤骑手和带空气动力学轮圈的80.1千克的骑士加自行车。我们认为，与标准轮辋相比，航空轮辋在阻力区域可节省0.005 m ^ 2。三条虚线表示在5％的坡度，平坦的路面和5％的下降坡度下的节电效果。x轴表示以公里/小时为单位的骑手速度，而y轴表示较轻的车轮节省的费用-当虚线在水平实线零线上方时，最好使用较轻的车轮；当虚线降到实线水平零线以下时，最好使用空气动力学更好的车轮。

如您所见，只有在低速下陡坡攀爬时，才建议使用更轻的车轮。但是，对于重量减轻和空气阻力节省的这种特殊比较，好处很小，不到一瓦。随着速度的增加，虚线最终会下降到零以下，因此选择节省空气变得更好。

那是一个陡峭的小山。在平坦的地方和下降的地方，使用更多的空气轮毂几乎总是会更好。

注意，功率节省仍然相对适中。赛车时，即使是很小的好处也可能会决定胜利或失败，但是对于正常的休闲骑行，您可能需要考虑更轻的车轮和更多的空气车轮的大小，尤其是在您的预算有限的情况下。只有您可以决定相对利益是否具有成本效益。

我想我可能会对罗伯特去年提供的航空重量场景的非常好而全面的示例添加一些额外的评论。

特别是在平坦地形上加速的动态场景，这比稳态循环要复杂一些。

有些人可能认为轻型车轮的加速比重型车轮的加速要好，但事实并非一定如此。确实，相反的情况更可能是正确的，因为一旦您以高速行驶，能量需求就由两个因素主导。动能的变化（包括旋转），并克服了不断增加的空气阻力。

如果减少克服空气阻力的能量需求，则可以将所需能量用于增加动能。

无论是否导致性能提升，都取决于启动速度，加速持续的时间以及空气动力学和质量差异的大小。

我在去年做的这篇博客文章中详细介绍了这个问题：

http://alex-cycle.blogspot.com.au/2013/02/the-sum-of-parts.html

在该项目中，我比较了零速度和30km / h的起始速度下10秒长的加速度。在示例中，我使用了我在此类车轮之间测得的典型空气动力学差异，车轮质量的夸张差异为0.5 kg。

结果绘制在图表上。

事实证明，如果您从速度（在本例中为30 km / h）开始加速冲刺，则较重的空气轮滑手会立即向前冲，并且其领先优势会继续增长。在这种情况下，较重的空气车轮始终是更好的选择（尽管有许多其他的车轮选择因素-我在链接的文章中对此进行了概述）：

但是，这与死机稍有不同，在死机处，打火机车手具有最初的优势，但是较重的气垫车手开始追赶，并在大约7秒钟后接管了打火机车手，然后从打火机车手骑车离开。

因此，热狗的暴击和近乎停止的转弯带来了一个有趣的难题，也许可以从更个性化的评估中受益。否则，如果赛车从未真正在弯道上放慢所有速度，那么空气轮对几乎总是会变得更快和/或需要更少的能量，并且加速得更快。

当然，任何人的确切情况都取决于他们的冲刺力量与时间图的形状，因为有些骑手的峰值功率更高，有些骑手的力量衰减更快，依此类推。

但是原理不会改变，因为图的性质和整体形状将相似，因为能源供应是固定的，它将克服每个能源需求因子的总和，即动能变化，克服空气阻力，滚动阻力，势能变化（重力），传动系统摩擦。一个需要较少的能量，而其他则可用更多。

在该项目中，我还介绍了旋转轮质量/转动惯量差异的影响，事实证明这是一个很小的因素，几乎可以忽略不计。

我认为这取决于您所骑的路线。专业人士将拥有多个轮组，并根据当天的骑行路线使用不同的轮。体重确实只会在您攀爬或加速时产生很大的不同。因此，对于一个有很多弯弯角的课程，无论如何，空气阻力都是最小的，他们通常会选择非常轻的轮组而没有空气动力学的轮辋。在空气动力学具有更大优势的平坦路线和计时赛中，它们将采用略重的空气动力学车轮。

我最近对上一个答案中提到的建模做了一些额外的分析，这次使用了实际功率输出曲线来表示从站立启动和两个滚动启动场景开始的加速度，而不是先前模型中假定的平坦1000W。

完整链接在这里：http : //alex-cycle.blogspot.com.au/2014/12/the-sum-of-parts-ii.html

但总而言之，结论是相同的，只是航空在起步时变得更有利的确切时间略有不同。如果已经在平坦的地形上滚动，那总是更好的选择，我添加了第三种情况，即从低启动速度（例如，在山底处进行标准U形转弯）加速爬坡。在那种情况下，除非终点线接近转弯，否则空气车轮仍会获胜。

注意，功率节省仍然相对适中。赛车时，即使是很小的好处也可能会决定胜利或失败，但是对于正常的休闲骑行，您可能需要考虑更轻的车轮和更多的空气车轮的大小，尤其是在您的预算有限的情况下。只有您可以决定相对利益是否具有成本效益。