Kako izmjeriti CdA bez zračnog tunela

Svoj CdA možeš procijeniti na otvorenom uz mjerač snage, pouzdane podatke o brzini i ponovljene ravnomjerne krugove. Ključno je učiniti test dovoljno dosljednim da razlikuješ promjenu položaja na biciklu od promjene vjetra, nagiba ili pogreške mjerenja.

Ovaj vodič objašnjava što snimati, kako usporediti dvije konfiguracije i gdje pronaći dobivene procjene u Peak Watts. Protokol je praktična polazna točka za vlastite usporedbe. Brojčani primjeri predstavljaju izračune, a ne rezultate biciklista koji je proveo ovaj test.

Naš članak o masi bicikla zadržao je površinu otpora nepromijenjenom kako bi proučio učinak uštede mase. Ovdje istražujemo drugi ulazni podatak: aerodinamičke zahtjeve biciklista i bicikla.

Što je CdA?

CdA je umnožak koeficijenta otpora i referentne frontalne površine. Cd opisuje kako tijelo djeluje na strujanje zraka, a A je njegova referentna površina. Njihov umnožak, izražen u kvadratnim metrima, opisuje aerodinamički otpor za određenu konfiguraciju i uvjete strujanja.

U biciklizmu promatraj biciklista i bicikl zajedno. Promjena položaja mijenja i površinu izloženu zraku i način na koji zrak struji oko tebe. Odjeća i oprema također utječu na rezultat. Manja frontalna silueta ne znači nužno razmjerno manji otpor.

Na cesti mjerač snage daje jednu stranu energetske bilance. Procijeni snagu utrošenu na uspon, otpor kotrljanja, ubrzanje i gubitke pogona, a preostali zahtjev pripiši aerodinamici. S podacima o brzini i okolišu možeš unatrag izračunati efektivni CdA. Pretpostavke iza tog izračuna važne su koliko i prikazane decimale.

Što ti treba za mjerenje CdA na cesti

• Izmjerena snaga. Koristi pouzdan mjerač snage i slijedi upute proizvođača za zagrijavanje i postavljanje nule. Tijekom cijele usporedbe koristi isti mjerač. Snaga procijenjena iz brzine i modela vožnje ne može neovisno utvrditi aerodinamički otpor.
• Pouzdani podaci o brzini i nadmorskoj visini. Koristi dosljedan izvor snimanja. Pravilno podešen senzor brzine kotača može pomoći gdje je podržan. Nadmorska visina važna je jer čak i blag nagib mijenja snagu utrošenu na svladavanje gravitacije.
• Točne mase i nepromijenjena oprema. Provjeri masu biciklista i bicikla. Pri testiranju promjene položaja zadrži iste gume, tlakove, odjeću, kacigu, bidone i nošenu opremu.
• Odgovarajuća dionica i vremenski podaci. Odaberi glatku, gotovo vodoravnu cestu bez zavoja s dovoljno prostora za nekoliko neprekinutih minuta. Mirno i stabilno vrijeme olakšava tumačenje usporedbe.

Možeš snimati uz Peak Watts ili uvesti kompatibilnu aktivnost snimljenu drugdje. Pobrini se da se snaga, brzina i ruta snimaju zajedno te pri pregledu aktivnosti provjeri jesu li vremenski podaci dostupni. Telefon ne mjeri izravno strujanje zraka oko tvojeg tijela.

Kako provesti kontrolirani terenski test CdA

1. Odaberi jednu promjenu

Svoju uobičajenu konfiguraciju nazovi A. Za B promijeni jedan detalj, primjerice položaj šaka i podlaktica. Odaberi položaj koji možeš držati uz pogled prema naprijed i normalno upravljanje biciklom.

Sve ostalo zadrži nepromijenjenim. Testiranje položaja i nove gume zajedno otežava objašnjenje rezultata: uz aerodinamički otpor mogao se promijeniti i otpor kotrljanja. Unaprijed odluči koji prekidi poništavaju pokušaj, primjerice kočenje, prolazak vozila ili snažan nalet vjetra.

2. Odredi ravnomjeran odsječak za mjerenje

Zagrij se, a zatim postigni planiranu brzinu i položaj prije početka testnog kruga. Ciljaj na 3–5 minuta ravnomjerne vožnje po mjerenoj dionici. Održavaj približno istu ciljanu brzinu u svim pokušajima i neka izmjerena snaga odražava zahtjev. Izbjegavaj istodobno loviti točno određene vate i točno određenu brzinu.

Koristi održivu brzinu primjerenu cesti. Peak Watts može prikazati aerodinamičku snagu pri 40 i 50 km/h bez potrebe da voziš toliko brzo. Ubrzavanje, kočenje i okretanja ostavi izvan mjerenih krugova te vozi sam, izvan zavjetrine drugih biciklista i vozila.

3. Ponovi obje konfiguracije u oba smjera

Koristi četiri bloka redoslijedom A → B → B → A. Svaki blok sadrži odlaznu i povratnu dionicu, pri čemu je svaka ravnomjerna dionica zasebno označena. Tako dobivaš osam mjerenih dionica: dva mjerenja po smjeru za svaku konfiguraciju.

Povratak na A pomaže otkriti je li se početna vrijednost promijenila tijekom testa. Vožnja u oba smjera također olakšava uočavanje razlika u nagibu ili vjetru. Time vjetar ne nestaje: suprotni učinci vjetra nelinearni su, a uvjeti se između dionica mogu promijeniti.

Unutar svake konfiguracije održavaj isti položaj tijela, kut glave i kadencu. Ako je pokušaj prekinut, zabilježi razlog i ponovi ga umjesto da zadržiš samo pokušaje s povoljnim brojkama. Zapiši konfiguraciju i smjer uz broj svakog kruga dok ih još lako pamtiš.

Pronađi procjenu CdA u Peak Watts

Otvori završenu aktivnost, idi na Laps (Krugovi), odaberi testnu dionicu i pronađi Resistance → CdA Estimate (Otpor → Procjena CdA). Prepoznati intervali također mogu sadržavati procjene, ali namjerno označeni krugovi daju jasnije granice za ovaj test.

Detalji otpora uz procjenu CdA pokazuju vjetar, gravitaciju i druge modelirane zahtjeve. Provjeri brzinu, snagu, nagib i uvjete kruga prije usporedbe njegova rezultata s drugim. Naša stranica o analizi aktivnosti predstavlja te prikaze.

Redci @ 40 km/h i @ 50 km/h pretvaraju procjenu u aerodinamičku snagu u zajedničkim referentnim uvjetima: bez vjetra i pri gustoći zraka od 1,225 kg/m³. Tako je procjene lakše uspoređivati. Ti vati opisuju samo aerodinamičke zahtjeve; ukupna snaga biciklista mora pokriti i ostale sastavnice otpora.

Zašto krug možda nema rezultat CdA

Peak Watts odbacuje neprikladne uzorke, uključujući dio vožnje pri maloj brzini, ubrzavanju ili uz snažnu pomoć vjetra. Za prikaz procjene potrebno je više od 60 sekundi prihvaćenih podataka za CdA. Krug koji traje nekoliko minuta i dalje može sadržavati premalo upotrebljivih podataka.

Trenutačne poruke uključuju No Weather Data (Nema vremenskih podataka), Short Effort (Kratak napor) i Inconsistent (Nedosljedno). Provjeri dostupne podatke i ravnomjernost napora. Gumb za informacije objašnjava potrebu za stalnom brzinom, malim ubrzanjem i stabilnim vjetrom. Dulji krug daje više prilika za prikupljanje korisnih uzoraka, ali ne jamči procjenu.

Procijeni je li razlika ponovljiva

Za svaki upotrebljivi krug zabilježi konfiguraciju, smjer, prosječnu brzinu, prosječnu snagu, CdA i sve prekide. Prvo usporedi A i B unutar istog smjera, a zatim provjeri ponavlja li se obrazac kroz blokove. Promatraj raspon rezultata, a ne samo njihove prosjeke.

Pretpostavimo da dva ponavljanja početne konfiguracije daju 0,300 i 0,320 m², a B daje 0,305 m². Te zamišljene vrijednosti nisu uvjerljiv dokaz malog poboljšanja: B je unutar varijacija već viđenih kod A. Dosljednija ponavljanja olakšala bi tumačenje male razlike. I dalje ne bi uklonila zajedničku pogrešku ulaznih podataka.

Male pogreške nagiba pokazuju problem. Pri 40 km/h sustav od 84 kg na uzbrdici od 0,1% troši oko 9,2 W protiv gravitacije. Pri toj brzini razlika CdA od 0,01 m² odgovara približno 8,4 W aerodinamičke snage bez vjetra pri navedenoj gustoći. Mala pogreška u doprinosu uspona stoga može biti slične veličine kao promjena koju želiš otkriti.

Vremenski podaci mogu se razlikovati od vjetra na tvojem položaju na cesti. Otpor kotrljanja modelira se prema dostupnim podacima o biciklu ili zadanim pretpostavkama, a gubici pogona utječu na raspoloživu snagu na kotaču. Te nesigurnosti utječu na ostatak koji se pripisuje aerodinamici. Isti bicikl, podloga i oprema za snimanje pomažu usporedbi položaja, ali ne kalibriraju svaku pretpostavku.

Bočni vjetar donosi dodatnu složenost jer prividno strujanje zraka ima i brzinu i kut. Istraživanje kuta vjetra i biciklističkog otpora objašnjava zašto jednostavno mjerenje vjetra u smjeru vožnje može propustiti dio tog odnosa. Biraj mirne uvjete i potvrdi obećavajući rezultat u drugom testu prije nego što promjeni pripišeš preciznu uštedu.

Koliko snage može uštedjeti manji CdA?

Bez vjetra vrijede osnovni odnosi:

Sila otpora = ½ × gustoća zraka × CdA × brzina²

Aerodinamička snaga = ½ × gustoća zraka × CdA × brzina³

Brzina je u metrima u sekundi, gustoća u kg/m³, a CdA u m². Sila je u njutnima, a snaga u vatima. Ti odnosi otpora dio su modela snage cestovnog biciklizma koji su proučavali Martin i suradnici.

Pri stalnoj brzini i gustoći smanjenje CdA za 10% smanjuje aerodinamičku snagu za 10%. Budući da je to samo dio ukupno potrebne snage, smanjenje ukupne snage biciklista manji je postotak kada ostali zahtjevi ostaju isti. Udvostručenje brzine povećava aerodinamičku snagu osam puta uz iste pretpostavke.

Razmotri zamišljenu promjenu s 0,32 na 0,28 m². Sljedeće vrijednosti koriste uvjete bez vjetra, gustoću od 1,225 kg/m³ i stalnu brzinu. Opisuju aerodinamičku sastavnicu prije uračunavanja gubitaka pogona.

Smanjenje CdA iznosi 12,5%, pa aerodinamička snaga pada za 12,5% pri svakoj brzini. Ušteda vata raste s brzinom. Ako umjesto toga zadržiš snagu biciklista nepromijenjenom, brzina se može povećati, ali za procjenu iznosa potreban je cjeloviti model otpora. Smanjenje površine otpora za 12,5% ne znači 12,5% kraće završno vrijeme.

Na vjetru razlikuj brzinu prema tlu od brzine prema zraku. Relativno strujanje određuje aerodinamičku silu, dok mehanička snaga utrošena na kretanje cestom ovisi i o brzini prema tlu i smjeru sile. Jednostavno uvrštavanje brzine prema zraku u kubnu formulu za miran zrak ne daje općeniti izračun za vjetar.

Kako se terensko testiranje uspoređuje sa zračnim tunelom?

Zračni tunel mjeri silu otpora pri kontroliranom strujanju zraka, a zatim računa CdA. Terenska metoda računa unatrag iz snage i gibanja. Zatvoreni velodrom smanjuje nesigurnost okolnog vjetra; otvorena cesta pristupačnija je, ali s manje kontrole nad uvjetima.

Martin i suradnici usporedili su površine otpora dobivene na terenu s vrijednostima iz zračnog tunela kod šest biciklista. Njihovi nalazi pokazuju što se može postići pažljivo kontroliranim terenskim metodama. Njihove objavljene upute koriste poseban protokol s ponovljenim pokušajima i podacima o okolišu. To istraživanje nije provjerilo Peak Watts niti odredilo točnost praktičnog testa opisanog iznad.

Prvi test iskoristi kako bi utvrdio koliko dosljedno možeš ponoviti početnu vrijednost. Zatim prouči jednu promjenu. Procjena postaje korisna kada se razlika ponavlja, a položaj ostaje udoban, omogućuje kontrolu i odgovara snazi potrebnoj za vožnju.

Literatura i napomene o izračunima

1. Martin JC, Milliken DL, Cobb JE, McFadden KL, Coggan AR. Validation of a Mathematical Model for Road Cycling Power. Journal of Applied Biomechanics. 1998;14(3):276–291. doi:10.1123/jab.14.3.276.
2. Martin JC, Gardner AS, Barras M, Martin DT. Modeling Sprint Cycling Using Field-Derived Parameters and Forward Integration. Medicine & Science in Sports & Exercise. 2006;38(3):592–597. doi:10.1249/01.mss.0000193560.34022.04. Pogledaj i upute autora za terenski test.
3. Isvan O. Wind speed, wind yaw and the aerodynamic drag acting on a bicycle and rider. Journal of Science and Cycling. 2015;4(1):42–50.

Tablica snage i grafikon koriste ½ × 1,225 × CdA × (km/h ÷ 3,6)³, zaokruženo na 0,1 W. Primjer nagiba koristi 84 × 9,81 × sin(arctan(0,001)) × (40 ÷ 3,6). Vrijednosti CdA i primjeri ponovljivosti ilustrativni su. Opisi aplikacije provjereni su prema trenutačnoj implementaciji; snimka zaslona postojeći je primjer značajke.