Что такое сопротивление качению? Сравнение сопротивления качению между клинчерными, бескамерными и трубчатыми шинами.

Что такое сопротивление качению?

Сопротивление качению - это критическая сила, которую велосипедистам приходится преодолевать во время езды. Поднимаясь на холмы, вы противодействуете силе тяжести, получая потенциальную энергию, которую можно использовать на спусках. Исследование, проведенное в 2020 году Мализией и Блокеном в журнале Журнал "Ветростроение и промышленная аэродинамика В книге "Аэродинамика велосипеда" отмечается, что на скорости свыше 40 км/ч на ровной местности примерно 90% сопротивления приходится на сопротивление воздуха, что объясняет одержимость велосипедистов аэродинамикой. Помимо сопротивления воздуха, трение между шинами и дорогой - известное как сопротивление качению - является основной силой, которую необходимо преодолеть, чтобы начать и поддерживать скорость.

Сопротивление качению, по словам производителя шин Schwalbe, - это энергия, теряемая при качении шины. Эта потеря происходит из нескольких источников, главным из которых является энергия, рассеиваемая при деформации шины. Трение между шиной и дорожным покрытием также играет свою роль, делая езду по гладкому асфальту более легкой, чем по гравию или бездорожью. Деформация или относительное смещение шины приводит к выделению тепла и звука, что еще больше способствует потере энергии. На деформацию влияют такие факторы, как ширина, диаметр и давление в шине, а также гибкость шины и соотношение резиновых смесей. Замена сажи в составе шин на диоксид кремния снижает потери энергии при смещении - именно поэтому в высокопроизводительные шины часто добавляют диоксид кремния. Графен, добавляемый компанией Vittoria в свои шины премиум-класса, как утверждается, обладает аналогичным эффектом.

Для соревнований на время вы можете пожертвовать долговечностью и защитой от проколов ради скорости, используя более тонкие каркасы и боковины без протекторного слоя. И наоборот, если вы ездите по неровным дорогам или не любите ремонт на обочине, вы можете смириться с более высоким сопротивлением качению ради дополнительной защиты от проколов, сцепления и долговечности.

Что такое сопротивление качению?

Сопротивление качению - одна из самых заметных сил, замедляющих движение, и одна из самых простых для устранения. Помимо воздушного сопротивления, оно составляет значительную часть сопротивления, с которым вы сталкиваетесь, и часто превышает сопротивление воздуха на низких скоростях. Почти каждый велосипедист стремится проехать быстрее, дальше или с меньшими усилиями, и снижение сопротивления качению - простой и экономичный способ добиться этого. Как отмечает компания Schwalbe, "у велосипедистов очень мало физической энергии, и они хотят использовать ее как можно эффективнее". Переход на шины с низким сопротивлением качению стоит относительно недорого и может оптимизировать ваши текущие условия катания и маршруты.

Как проверяется сопротивление качению?

Шины устанавливаются на испытательное колесо и накачиваются до заданного давления. Они соприкасаются с испытательным барабаном, давление на который прикладывается сверху для имитации веса велосипедиста, вызывая деформацию шины. Система измеряет избыточную мощность или крутящий момент, необходимые для поддержания заданной скорости, определяя сопротивление качению. Многократные повторения обеспечивают точность и повторяемость, часто перед этим проводится период прогрева, чтобы сбалансировать систему и шины. Сопротивление качению велосипедных шин обычно выражается в ваттах (Вт), привычной единице для велосипедистов и энтузиастов, хотя также используется коэффициент сопротивления качению (КСр) - сила, необходимая для преодоления сопротивления, деленная на нагрузку на колесо, часто в Н/кг.

Сравнение открытых, клинчерных и трубчатых шин

Одним из факторов, влияющих на сопротивление качению, является трение между внутренней трубкой и внешней шиной, которое возникает при деформации под нагрузкой. В ходе испытаний оценивалось влияние 10 различных TPU, латексных и бутиловых внутренних трубок в паре с 25-миллиметровой внешней шиной Continental GP5000 STR, а также проводилось сравнение с бескамерными шинами. Результаты показали, что внутренние трубки увеличивают сопротивление качению на 0,2-3,8 Вт по сравнению с бескамерными. Наименьшее влияние оказали латексные внутренние трубки, в то время как большинство TPU-трубок превзошли бутиловые. Выводы говорят в пользу бескамерных шин для достижения максимальной эффективности; что касается внутренних трубок, то нетрубная версия GP5000 clincher была быстрее, легче и дешевле. Трубчатые шины, похожие на клинчеры, но более дорогие, могут сравниться с клинчерами и латексными внутренними трубками по сопротивлению качению.

Хлопчатобумажный каркас шин также может снизить сопротивление качению, хотя тип клея, его количество и время высыхания влияют на результаты, делая окончательные выводы из сравнений затруднительными. В целом, разница в сопротивлении качению между бескамерными и латексными или TPU-трубками минимальна, что позволяет сделать выбор в зависимости от предпочтений. Бескамерные шины обеспечивают дополнительную защиту от проколов, а герметик в большинстве случаев позволяет доехать до дома после прокола.

Как изменяется сопротивление качению в зависимости от ширины шины?

Сравнительный тест двух версий Pirelli P Zero Race TLR (26 мм и 30 мм) позволил определить, насколько более широкие шины быстрее. Результаты зависят от условий. На крытых роликах при одинаковом давлении 30-миллиметровая шина требовала меньше энергии для поддержания скорости благодаря меньшей деформации за счет более широкого и короткого пятна контакта. При одинаковом давлении с поправкой на ширину более узкая шина была эффективнее. Теоретически, идеальная регулировка давления для поддержания одинаковой площади контакта приведет к одинаковому сопротивлению качению. В реальных условиях езды более широкие шины не уступают в скорости на хороших дорогах и превосходят узкие шины на пересеченной местности, обеспечивая лучшее соответствие и сцепление - именно поэтому элитные гравийные гонщики выбирают сверхширокие шины для таких соревнований, как Unbound. Размер покрышки должен соответствовать рельефу местности и целям катания.

Важно ли сопротивление качению для Горные велосипеды и Гравийные велосипеды?

Короткий ответ - да, но в меньшей степени, чем для шоссейных велосипедов. Для многих горных и гравийных велосипедистов сопротивление качению не является главным приоритетом. Более легкие и тонкие шины с меньшим сопротивлением могут легче проколоться, что является компромиссом, недостойным для гонок на выносливость или сложных трасс. Горные велосипедисты могут пожертвовать сцеплением ради меньшего сопротивления качению в гонках XC, где скорость имеет значение на менее сложных трассах, и то же самое относится к гравию. Для большинства внедорожников сцепление и защита от проколов перевешивают низкое сопротивление качению.

Насколько воспроизводимы результаты испытаний на сопротивление качению?

Разница в сопротивлении качению между большинством протестированных покрышек невелика, но на эффективность могут влиять и другие факторы - давление в покрышке, внутренняя ширина обода и ваш общий вес с велосипедом. В тестах использовались латексные внутренние трубки с давлением 80psi, но это давление оказалось слишком высоким для некоторых комплектаций, например, обода Zipp 454 NSW без крюка (максимальное давление 72,5psi/5 BAR, внутренняя ширина 23 мм) против обода Hunt 54 Aerodynamicist Carbon Disc (внутренняя ширина 20 мм), и оба фактора изменили сопротивление качению. В автомобильном секторе стандарты ISO унифицируют испытания на сопротивление качению, но велосипедные испытания зависят от испытателя. Опытные испытатели предоставляют наиболее полные и последовательные методы. В конечном итоге сопротивление качению - это компромисс между воздушным сопротивлением, долговечностью и сцеплением, требующий взвешенных решений по выбору шин, условиям эксплуатации и давлению.