에어로 테스트 프로세스 pt.1

소개

이 블로그 게시물에서는 야외 경륜장에서의 에어로 테스트의 장점과 과제에 대해 자세히 설명합니다. 뉴질랜드 케임브리지의 자전거 천국에 자리잡은 우리는 운 좋게도 문앞에 실내 및 실외 벨로드롬이 있습니다. 그래서 여름 동안 우리는 에어로 엔지니어에게 다양한 트랙 사이클링 핸들바의 공기 역학을 조사하도록 지시했습니다. 이 과정에서 어떤 교훈을 얻을 수 있으며 야외 조건에서 테스트한 결과는 얼마나 정확합니까?

다양한 운동선수와의 여러 세션을 통해 성능 향상을 위한 다양한 개념을 테스트했습니다. 테스트의 주요 목적은 결과 자체보다는 에어로 테스트 프로세스를 개선하는 것이었습니다. 이러한 방식으로 우리는 향후 항공기 테스트를 위해 반복 가능하고 문서화된 프로세스를 구축할 수 있었습니다.

에어로 테스트를 수행하는 이유는 무엇입니까?

트랙 사이클링과 같은 데이터 기반 산업에서 현장 테스트는 연구 개발의 중추적인 측면입니다. 이는 이론적 개발을 검증하고 신제품이 견고하고 실제 적용에 잘 맞는지 확인할 수 있는 기회입니다. 그러나 결과의 신뢰성은 테스트 프로토콜이 얼마나 엄격한지에 따라 크게 달라집니다. 결과를 신뢰할 수 있도록 테스트 매개변수를 올바르게 설정하는 데 자신감을 갖고 싶었습니다. 핸들바가 자전거 타는 사람의 공기역학적 항력에 정확히 어떤 영향을 미치는지에 대한 데이터는 핸들바 유형을 선택하는 운동선수에게 귀중한 리소스일 뿐만 아니라 당사의 미래 혁신을 주도하는 데도 도움이 됩니다.

공기 역학을 테스트하는 방법은 무엇입니까?

라이더의 공기역학적 항력을 측정하기 위해 CdA라는 용어를 사용합니다. 이는 물체의 항력 계수(Cd)와 정면 면적(A)을 정량화하여 공기역학적 효율성을 알려줍니다. CdA가 클수록 속도가 느려지거나 동일한 속도를 유지하는 데 더 많은 전력이 필요합니다.

트랙 사이클링의 세계적 수준의 CdA 값은 0.15만큼 낮을 수 있으며 일반적으로 경쟁 아마추어의 경우 0.20-0.30 범위에 있습니다.

우리는 동적 및 정압을 측정하는 피토 정적 튜브가 내장된 Notio Aerometer를 사용했습니다. 이 측정값을 사용하여 모든 중요한 CdA 값을 계산합니다.

• 좁은 핸들바는 공기역학을 향상시킵니다.
• 도달 거리가 길어지면 공기 역학이 향상됩니다.
• Velobike Skat 그립 C는 현재 사용 가능한 다른 그립 옵션(그립 A 및 그립 B)보다 빠릅니다.

그립 C가 장착된 Velobike Skat 핸들바

우리는 그 과정에서 무엇을 배웠나요?

여러 세션에 걸쳐 우리는 다양한 핸들바 설정에서 다양한 선수들의 테스트 실행을 완료했습니다. 다른 날에 다른 운동선수를 사용하면 결과의 변수가 증가했지만 정확도는 테스트의 의도가 아니었습니다. 위에서 언급했듯이 이는 시스템의 공기역학적 성능을 측정하기 위해 반복 가능한 프로세스를 설정하고 개선하는 것에 관한 것입니다. 서로 다른 날에 다양한 운동선수를 활용한다는 것은 정확성이 더 중요한 미래의 경우에 구현하기 위한 학습을 ​​기반으로 구축할 수 있음을 의미했습니다. 이를 감안할 때 프로세스의 일부 측면은 잘 작동했지만 일부는 더 어려웠습니다.

• 야외 벨로드롬에서의 테스트는 접근성이 매우 높다는 장점이 있었습니다. 추적 시간이 거의 무제한인 부담 없는 환경이므로 유용한 데이터 검색을 시작하기에 좋은 장소입니다.

• 바람이 많이 부는 날에는 야외 트랙을 주행할 때 바람의 방향이 끊임없이 바뀌었습니다. 이로 인해 테스트 실행 중에 특정 속도를 유지하는 것이 거의 불가능해졌으며 CdA 값이 일관되지 않게 되었습니다. 온화한 날에는 일반적으로 반복 테스트에서 CdA 결과가 0.003만큼 변한 반면 적당한 바람이 불 때는 0.006으로 나타났습니다. 따라서 미풍(약 20km/h)이 넘는 날에 테스트하는 것은 가치가 없었습니다.

• 2시간의 세션 동안 라이더들은 피로해지기 시작했고 자세를 바꾸기 시작했습니다. 우리는 세션이 끝날 때 약간 더 높은 CdA를 보여주는 반복 기준 테스트에서 이를 확인했습니다. 이를 모니터링하면 피곤한 라이더로 인한 오류를 제거하는 데 도움이 되었습니다. 우리는 Leomo 모션 센서를 사용했지만 비디오 영상이나 헬멧 꼬리가 라이더의 등에 닿아 있는 것과 같은 지각 신호도 작동할 수 있었습니다. 또는 라이더를 오토바이 뒤에서 속도를 높이면 가속에 필요한 힘이 줄어들고 피로가 줄어듭니다.

• Notio 에어로 센서 와 연결된 소프트웨어가 CdA 계산을 처리합니다. 그러나 측정되지 않고 수동으로 입력해야 하는 기계적 효율, 구름 저항 과 같은 입력 변수가 있습니다 . 계산된 CdA 값을 확신하려면 신뢰할 수 있는 온라인 소스에서 이를 조사하는 데 시간을 할애해야 합니다. 다음은 Vittoria Corsa G+ 2.0 타이어(bicyclerollingresistance.com)의 구름 저항 값의 예입니다.

구름 저항 테스트 결과(bicyclerollingresistance.com)

다음은 Notio 앱의 자전거 프로필 설정 페이지 스크린샷입니다. 총 중량, 타이어 둘레 및 구름 저항은 모두 CdA 계산에 중요한 입력 사항입니다.

Notio Aerometer 자전거 프로필 설정 페이지

• 마지막으로, 이러한 세션은 시간이 많이 걸리며 최대 6개의 경주 속도 간격을 포함할 수 있습니다. 라이더의 개인 트레이닝 프로그램에 대한 배려와 유용한 통찰력을 선수에게 전달하는 것은 언제나 선수에게 높이 평가되었습니다.

에어로 테스트를 진행 중인 조엘 더글라스(뉴질랜드 테아와무투, 2023)

테스트 결과는 어땠나요?

우리는 테스트한 운동선수들에게서 몇 가지 흥미로운 공기역학 비용 절감 효과를 발견했습니다. 이는 라이더마다 다르며 전반적으로 적용된다고 가정할 수 없습니다. 그럼에도 불구하고, 이는 간단한 장비 변경으로 얻을 수 있는 비용 절감의 규모를 보여줍니다. 다음은 다양한 운동선수의 세 가지 결과입니다.

180mm 스템(길이 140mm 스템과 비교)은 45kph에서 18와트를 절약했습니다.

이번 세션에서는 줄기 길이와 위치의 영향을 살펴보았습니다. 우리는 더 긴 스템을 테스트한 다음, 더 긴 스템을 사용하여 더 높은 핸들바 배치를 테스트했습니다. 결과는 도달 거리가 길수록 빠르다는 경험적 법칙과 일치했습니다. 다음은 핸들바가 높을수록 CdA가 증가하는 한 선수의 데이터입니다 . 따라서 가장 빠른 설정은 원래 스택 높이에서 180mm 스템을 실행하는 것이었습니다.

핸들바 교체로 40km/h에서 36W 절약

우리는 이러한 엄청난 비용 절감을 달성하기 위해 두 가지 변수를 변경했습니다. 첫째, 핸들바가 더 좁아졌습니다(360mm에 비해 330mm). 둘째, 더 좁은 핸들바에는 후드 지지대가 있어 라이더가 후드에서 드롭이 아닌 수평 팔뚝 위치를 채택할 수 있습니다. 이것은 엄청난 CdA 절약을 설명합니다. 모든 것이 바 너비에서 비롯된 것이 아니라 위치 변경에서도 발생했습니다.

360mm 핸들바(상단) 및 Velobike 번치 바 330mm(하단).

이번 세션에서는 테스트 주행 거리를 1.5km에서 2.0km로 늘렸습니다. 이는 반복 테스트 사이에 보다 일관된 CdA 값을 생성했지만 운동선수가 더 많은 에너지를 발휘해야 한다는 명백한 단점이 있었습니다. 아래 그래프는 두 개의 핸들바를 사용하여 다양한 속도를 달성하는 데 필요한 출력을 보여줍니다.

그립 C가 장착된 Skat Endurance 핸들바는 45kph에서 그립 B보다 10와트 더 빨랐습니다.

Skat Endurance 핸들바에 는 A, B, C의 세 가지 그립 옵션(테스트 당시)이 있습니다. 이들은 작은 구성 요소이므로 정면 영역에 대한 기여가 최소화됩니다. 그러나 그립 유형(모양)은 라이더가 상체 위치를 지정하는 방식을 결정합니다. 라이더 위치는 정면 영역에 훨씬 더 많은 영향을 미칩니다. 그립 C를 사용하면 라이더가 더 앞으로 뻗어 손을 더 가까이 모아 추격 위치를 모방할 수 있습니다. 그립 B는 로드 자전거 시프터 후드와 더 유사하며 그립 C에 비해 도달 범위가 약간 줄어들고 자세가 넓어 라이더의 손에 맞습니다. 이는 우리가 이 선수에게서 기록한 10와트 절약을 설명할 수 있습니다.

그립 B(왼쪽)와 그립 C(오른쪽)

토론: 다음 번에 구현해야 할 한계와 교훈은 무엇입니까?

항공기 테스트 과정을 마무리하기 위해 야외 벨로드롬은 실용적이고 접근 가능한 리소스임이 입증되었습니다. 세션은 특히 여러 변수를 테스트할 때 많은 시간을 투자합니다. 따라서 야외 벨로드롬에서의 테스트는 시작하기에 좋은 장소입니다. 실내 벨로드롬의 압박감과 비용 없이 이 과정에 참여할 수 있습니다. 결과에 있어서는 날씨의 제약이 있었는데, 이는 일관성에 큰 영향을 미쳤습니다. 그러나 이를 모니터링함으로써 선수들이 자신의 위치와 장비를 개선하는 데 도움이 되는 데이터를 얻을 수 있었습니다. 보다 정확한 결과를 향한 다음 단계는 실내 경륜장에서 테스트하여 일부 환경 요인을 제거하는 것입니다(이에 대한 자세한 내용은 향후 블로그에서 제공됩니다).

우리는 또한 결과가 매우 개인적이며 생리학과 능력에 따라 달라질 수 있음을 확인했습니다. 따라서 실제 공기 역학 테스트를 적용하는 것은 공기 역학을 개선하려는 개인에게 도움이 됩니다. 특정 구성요소나 위치의 공기역학 성능을 분석하는 보다 일반적인 연구를 위해서는 추세를 감지하기 위해 더 큰 샘플 풀이 필요합니다.

전반적으로 '쓰레기는 들어오면 쓰레기가 나온다'는 옛말이 사실이었습니다. 정확한 입력 값과 엄격한 테스트 프로토콜을 통해 가장 깔끔한 결과가 나왔습니다. 우리는 트랙 사이클링 공기역학에 대한 심층 분석을 계속하게 되어 기쁘게 생각하며, 개발 과정에서 더 많은 통찰력을 공유할 것입니다. 그동안 가장 보고 싶은 에어로 데이터가 무엇인지 아래 댓글로 알려주세요.

Velobike Innovation의 엔지니어링 인턴십의 일환으로 Dan Gardner가 작성함