Wie angekündigt haben der Captain und ich gestern gemeinsame Aero-Tests gemacht. Leider konnten wir nicht auf meiner üblichen Strecke testen. Samstags ist im Industriegebiet noch zu viel Verkehr. Sobald ein 40tonner nur in die Nähe kommt, kann man die CdA Messungen vergessen. Also mussten wir uns eine ruhige Landstraße suchen.
Die Landstraße war leider nicht so ruhig wie erhofft, aber die Tests waren doch sehr aufschlussreich. Der Captain war auf einem RR unterwegs und ich hatte mein neues TT dabei.
Erkenntnis 1: Turbulenzen machen langsam.
In der ersten Serie ist der Captain mit 55mm Laufrädern und ich mit 80mm Laufrädern gefahren. Leider hatten wir in dieser Serie am meisten Verkehr. In der Hälfte der Testläufe haben uns Autos überholt. Die Testläufe mit den überholenden Autos waren in der Auswertung auch die Testläufe mit dem schlechtesten CdA Wert.
Für die zweite Serie haben wir die Vorderräder getauscht. Ich bin mit dem 55er gefahren und der Captain mit dem 80er. Bei uns beiden ist in der zweiten Serie der CdA Wert runter gegangen. Aber bei keinem von uns war die Reduktion signifikant.
Es wäre möglich, dass das TT mit dem 55er besser zurecht kommt und das RR mit dem 80er. Es könnte aber auch sein, dass es keinen Unterschied zwischen den beiden Laufrädern gibt und die gemessenen Unterschiede nur auf die überholenden Autos zurückzuführen sind.
Erkenntnis 2: ein TT Anzug macht schnell
Für die dritte Serie hat der Captain sein langes Trikot gegen einen TT Anzug getauscht. Das Trikot passte schon recht gut, hatte aber doch ein paar Falten geworfen. Der TT Anzug lag dagegen ohne Falten an. Der gemessene Unterschied zwischen diesen beiden Varianten war recht dramatisch. Der TT Anzug war ca. 15-20 Watt schneller als das enge Trikot.
Für eine vierte Serie hat der Captain noch den Helm getauscht. Auch dieser Wechsel hatte einen überraschend dramatischen Effekt. In der Berechnung war der zweite Helm ca. 10 Watt schneller als der erste Helm.
Insgesamt waren die berechneten CdA Gewinne so groß, dass wir sie kaum glauben wollten. Aber heute sind wir noch eine Tempo-Runde gefahren, bei der der Captain die ganze Zeit geführt hatte. Das Verhältnis von Watt zu Geschwindigkeit passt zu den Berechnungen von gestern.
Ich hatte für meine dritte Serie meinen Bell-Javelin Helm gegen einen Abus-Gamechanger Aero-Straßenhelm getauscht. Der TT Helm war bei mir 5 Watt schneller als der Aero-Straßenhelm.
Wie immer sind die genauen Ergebnisse mit Vorsicht zu genießen aber die grundsätzliche Tendenz halte ich schon für glaubhaft. Die Effekte waren so groß, dass in der Realität ein Geschwindigkeitszuwachs von deutlich über einem Kmh zu erwarten ist. Und heute waren wir ne ganze Ecke schneller unterwegs als geplant. Dabei hat der Captain nicht mehr Watt getreten als angekündigt.
Passend zur ersten Erkenntnis des letzten Aero Tests habe ich grade ein Conference Paper gefunden, dass sich mit Turbulenzen bei geringen Windgeschwindigkeiten befasst. https://www.researchgate.net/publica...CE_OF_AIRFOILS
In der Untersuchung wurden zwei Haupterkenntnisse gewonnen:
1) der CdA Wert steigt mit der Stärke der Turbulenzen.
2) in turbulenten Umgebungen kommt es erst später zu einem Strömungsabriss.
Die erste Aussage passt prima zu so ziemlich allen Erfahrungen die ich im Feld gemacht habe, sei es bei Aero-Tests oder bei anderen Trainingsausfahrten. Die Konsequenzen der zweiten Aussage kann ich noch nicht sinnvoll einschätzen.
Unter Berücksichtigung einer Wirkung auf den CdA Wert werden dann auch die Pacing Vorschläge bei Rücken- und Gegenwind interessant. So weit ich weiß wurden sie an Modellen entwickelt, die einen gemeinsamen CdA Wert für beide Richtungen annehmen. Wenn der CdA Wert bei Rückenwind aber geringer als bei Gegenwind ist, spricht nicht mehr viel dagegen, in beide Richtungen mit der gleichen Intensität zu fahren. Je nach Stärke der Änderung könnte sogar die gegenteilige Strategie sinnvoll sein, grade bei Rückenwind stärker in die Pedale zu treten.
Geändert von hein (24.02.2020 um 14:25 Uhr).
Grund: in erster Version zu viel spekuliert
Ich lese hier immer gerne mit, weil ich auch mal Ansatzweise daran gedacht habe mir einen Aeropod zu zulegen. Nach dem Motto: Das Leistungsvermögen ist beschränkt und dann muss es der CDA Wert halt richten
Zum Punkt 2 denke ich mir, dass die im Labor/Windkanal bei Laminarer Anströmung ermittelten Werte leider nicht vollständig auf Real World Bedingungen übertragen werden können. Und je windiger es ist, desto ungünstiger wird der CDA Wert.
Der besondere Trick im verlinkten Paper besteht ja grade darin, dass sie keine laminare Strömung erzeugt haben. Vor dem getesteten Flügel wurden verschiedene Gitter in den Luftstrom gesetzt, so dass am Flügel eine turbulente Strömung ankam. Durch die Dicke und den Abstand der Gitterstäbe und haben sie unterschiedlich starke Turbulenzen erzeugt.
Am Flügel wurden zwei Effekte beobachtet: a) je turbulenter die Strömung, desto höher der CdA Wert und b) je turbulenter die Strömung, desto höher der Anstellwinkel, bis die Strömung abreißt.
In der Realität müsste das bedeuten, dass die schönen Kurven zu Yaw-Winkeln und drag/lift bei Aero Laufrädern noch steilere Yaw-Winkel aushalten als im Windkanal. Bisher dachte ich, dass die Strömung bei turbulenten Umgebungen früher abreißt. Es kann aber auch sein, dass sich drehende Objekte anders verhalten als still stehende Flügel. Ich würde wirklich gerne eine Versuchsreihe aus dem Windkanal mit Laufrädern und turbulenten Strömungen sehen.
Ich bin mir auch noch nicht sicher, welche Konsequenzen für Rücken- und Gegenwind zu erwarten sind. Die Amplitude der Turbulenzen quer zur Fahrtrichtung sollte bei beiden Windbedingungen gleich sein.
Aber die Frequenz kann sich recht massiv unterscheiden. Welcher Teil ist wie stark für die CdA Änderungen relevant?
Am Flügel wurden zwei Effekte beobachtet: a) je turbulenter die Strömung, desto höher der CdA Wert und b) je turbulenter die Strömung, desto höher der Anstellwinkel, bis die Strömung abreißt.
In der Realität müsste das bedeuten, dass die schönen Kurven zu Yaw-Winkeln und drag/lift bei Aero Laufrädern noch steilere Yaw-Winkel aushalten als im Windkanal. Bisher dachte ich, dass die Strömung bei turbulenten Umgebungen früher abreißt.
Dazu würde passen, dass einige Laufradhersteller versuchen, Turbulenzen an der Felge zu erzeugen. Durch Rillen an den Felgenflanken, oder wie Zipp mit dem Sawtooth-Profil.
Das ist ja auch der Conti 4000 Effekt. Durch das Profil entstehen Mikro-Turbolenzen an der Reifenflanke und die Strömung reisst erst später an der Felge ab
Wenn ich mich richtig erinnere, entspricht die Erklärung des Conti 4000 Effektes nicht dem Effekt, den in der o. g. Studie gefunden wurde. Wie von dr_big richtig beschrieben, sollen an der Reifenflanke Mikro-Turbulenzen entstehen. Diese Mikro-Turbulenzen sind allerdings nur eine wenige mm breite Zwischenschicht, die dafür sorgt, dass eine umgebende laminare Strömung erst später abreißt. In der Studie von Yap et al. wurde der Lift eines Flügels bei geringer Windgeschwindigkeit, turbulenter Strömung und verschiedenen Anstellwinkeln gemessen. Dabei wurde gefunden, dass man den Flügel in turbulenter Strömung weiter anstellen kann, bis die Strömung abreißt. Ich sehe noch nicht, wo hier eine turbulente Bindungsschicht entstehen könnte, die eine umgebende laminare Strömung an sich zieht.
In den letzten Wochen habe ich recht wenig getestet aber dafür viel gerechnet und modelliert. Für die Modellierungen musste ich einen großen Teil meiner Auswertungen in C++ neu schreiben, damit sie schnell genug laufen. Wer sich mit Programmiersprachen auskennt, kann sich vorstellen wie nervig diese Arbeit war - zumal ich C++ in den letzten 10 Jahren nicht mehr angefasst hatte...
So nervig es auch war, es hat sich gelohnt. Durch die Modellierungen konnte ich viele Fragen beantworten und wurde auf Probleme gestoßen, die ich vorher als nicht so gravierend eingeschätzt hätte. Diese Probleme führen auch dazu, dass ich ein paar meiner alten Analysen nicht mehr glaube. Grundsätzlich lassen sich für alle Probleme Korrekturen finden. Allerdings gelingt das nicht immer mit den Daten aus einem Test-Tag.
Aber mal der Reihe nach:
1) Eine exakte Höhenkarte der Teststrecke ist nach Geschwindigkeit und Watt der wichtigste Faktor bei der Berechnung des CdA Wertes. Auch flache Strecken haben immer wieder kleine Steigungen, die ein paar Watt schlucken. Wenn man nur die barometrische Höhe kennt, dann gehen diese Wellen unter. Die verlorene Geschwindigkeit wird dem CdA Wert zugeordnet.
2) Ein Sensor-Lag führt zu systematischen Fehlern, die sich nicht über die Zeit ausmitteln. Wenn z. B. die gemessenen Watt nicht exakt zeitsynchron mit der Höhenkarte laufen, dann wird ein falscher CdA Wert berechnet. Fährt man über eine kleine Welle, dann ist man am Beginn der Welle schneller, verliert dann etwas Geschwindigkeit und baut auf dem Bergabstück wieder Geschwindigkeit auf. Da man unterschiedlich lange auf den bergauf und bergab Teilstücken ist, bekommen die Teilstücke bei einer zeitbasierten Rechnung ein unterschiedliches Gewicht. Zusammen mit einer nicht zeitsynchronen Zuordnung der Watt-Werte führt jede kleine Welle zu einem verzerrten CdA-Wert. Längere Strecken mit mehr Wellen verfestigen diesen Fehler nur. Er wird nicht ausgeglichen.
3) GPS-Daten haben bei mir den größten Zeitversatz. Wenn man die Teststrecke anhand der GPS-Koordinaten bestimmen will, dann sind die "out" und "back" Abschnitte bei meinen Messungen im Mittel um 8 Sekunden zu einander verschoben. Im Mittel läuft mein GPS z. B. 4 Sekunden hinter meiner Lap-Taste. Wenn man dann in jede Richtung einen Versatz von 4 Sekunden zum "wahren" Punkt hat, sind die out und back Strecken sogar um 8 Sekunden zueinander verschoben.
Die ausreichend exakte Höhenkarte ist momentan meine größte Baustelle. Auch wenn ich alle statistischen Tricks anwende, die mir eingefallen sind, gefällt mir meine Lösung noch nicht. Bei meinem letzten Test mit dem Cptn hatten wir beide zur gleichen Zeit auf der gleichen Strecke unseren AP kalibriert und sind danach die gleiche Teststrecke gefahren. Eine einfache Strecke war ca. 1,5 Km lang. Wenn ich meine Daten auswerte, dann finde ich zwischen der höchsten und der tiefsten Stelle einen Höhenunterschied von 4,7 Metern. Wenn ich die Daten vom Cptn mit dem gleichen Skript auswerte, dann finde ich nur 3,2 Meter Höhenunterschied. Das klingt jetzt nach keinem großen Problem, aber in Verbindung mit dem Streckenprofil entspricht das einem Unterschied von ca. 10 Watt (bei 40 Kmh) pro Richtung. Der Fehler mittelt sich zwar einigermaßen aus, wenn man in beide Richtungen fährt, aber nach der Erfahrung mit dem Sensor-Lag bin ich mir nicht sicher, wie weit sich dieser Fehler ausmittelt.
Wenn ich auf einer Strecke bei verschiedenen Windrichtungen und auch mal bei Windstille getestet habe, dann lässt sich aus den kombinierten Daten vermutlich eine ausreichend genaue Höhenkarte basteln. Das bedeutet dann aber auch, dass genaue Tests nur auf der vorher ausgemessenen Teststrecke möglich sind.
Die verschiedenen Sensor-Lags habe ich dagegen recht gut in den Griff bekommen. Hier konnte ich viele "was wäre wenn" Bedingungen durchspielen, die sich bei bestimmten Ausprägungen beängstigend genau mit den Messwerten gedeckt haben. Allerdings hat mich dabei überrascht, dass die Lags nicht stabil sein müssen. Mein GPS und mein PM konnten je nach Teilstück mal eine Sekunde und mal 3 Sekunden auseinander laufen. Das heißt für mich, dass ich nicht einfach einen Konstanten zeitlichen Versatz zwischen den verschiedenen Sensoren annehmen kann, sondern für jeden Testabschnitt einen neuen Versatz berechnen muss.
Ich halte es immer noch für möglich, mit dem AP und einem PM eine sehr gute CdA Berechnung durchzuführen, aber der Aufwand ist noch mal gewaltig gestiegen. Wenn man auf etwa 10 Watt genau sein will, dann reichen in etwa die Informationen, mit denen Aerotune et al. arbeiten. Wenn man dagegen bei 2 Watt landen will, braucht man erheblich genauere Daten.
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