Перетаскивание велосипедного колеса в слипстриме

Недавно я ехал за автомобилем, на заднем бампере которого был закреплен велосипед.

Колеса велосипеда не были связаны, поэтому они вращались в потоке автомобиля. Я удивляюсь тому факту, что колеса крутятся; это теоретически увеличивает или уменьшает лобовое сопротивление автомобиля?

Я не могу не отметить, что если бы одно из колес действительно касалось дороги , было бы полезно, если бы оно вращалось вместе с ней. Я не вижу, чем это сильно отличается от случая, когда он не касается дороги. Но я не знаю наверняка.

Ответы (4)

Колесо велосипеда имеет ненулевой крутящий момент, замедляющий его из-за трения. Следовательно, если колесо велосипеда крутится, вы откуда-то берете энергию — дополнительное топливо. На самом деле велосипедное колесо создает гораздо большее дополнительное сопротивление, чем незначительное количество, необходимое для вращения колеса.

Вероятно, это слишком сложно, чтобы быть уверенным, поскольку небольшие изменения в воздушном потоке легко влияют на общее сопротивление.

Однако, поскольку вещи (обычно) имеют тенденцию к наименьшей энергии, а колеса имеют тенденцию вращаться, когда машина движется, я предполагаю, что это состояние с наименьшей энергией и, следовательно, наименьшее общее сопротивление по сравнению с зажатием тормозов на велосипеде. колесо и остановить его вращение.

Но это утверждение о самом низком энергетическом состоянии и, следовательно, о самом низком общем сопротивлении — это чушь. Вещи не имеют тенденции к состоянию наименьшего рассеяния энергии!

Так:

Тяга на машине * скорость = мощность от машины.
мощность автомобиля = мощность вращающегося колеса + все остальное
Увеличенное сопротивление автомобиля = мощность, создаваемая вращающимся колесом / скорость

Если колесо не крутится, оно не работает. Если колесо вращается свободно, оно совершает очень маленькую работу, потому что у него очень мало трения. Таким образом, вращающееся колесо добавляет немного больше сопротивления, чем неподвижное.

Почему минус? Признаюсь, все мои постулаты несколько сумбурны. Но говорить, что на этот вопрос есть простой ответ «да» или «нет», за исключением фактического измерения сопротивления, вводит в заблуждение.

Это увеличит его. Если вы сначала рассмотрите случай стационарного автомобиля, когда велосипедные колеса вращаются; когда спицы колес движутся, они вызывают очень небольшое вращательное поле потока (азимутальное поле потока в цилиндрических координатах, принимающее направление, на которое указывает автомобиль, как направление z).

Теперь рассмотрим случай, который вы рассматриваете, с движущейся машиной. Этот небольшой вращательный поток, который перпендикулярен объемному потоку над автомобилем (действующий в нашем направлении z), вызовет перенаправление небольшого количества потока (вектор [массового] ​​потока потока получает дополнительную составляющую из-за вращения). колеса). Это незначительное перенаправление будет действовать как дополнительное сопротивление по отношению к объемному потоку. Таким образом, вращение будет увеличивать коэффициент аэродинамического сопротивления колеса.

Надеюсь, это поможет.

Согласно этому аргументу, вращающийся пропеллер также увеличивает лобовое сопротивление, чего не происходит, по крайней мере, на самолете.
Конечно, лопасти пропеллера можно использовать для создания огромного сопротивления в зависимости от ориентации лопастей. Лопасти винта сконструированы с использованием аэродинамических профилей для создания аэродинамической силы, аналогично крылу. Следовательно, на лопасти действует одна и та же аэродинамика — индуктивное сопротивление, паразитное сопротивление, вихри законцовок крыла, подъемная сила/сопротивление при изменении угла атаки, распределение давления, изменяющееся в зависимости от угла атаки и т. д. усилие, создаваемое лопастями, но сопротивление будет. Вот что происходит с колесом...
Но колесо крутится в слипстриме автомобиля! Это может быть связано с асимметричным расположением колеса (как мельничное колесо, падающее в поток) или со странным расположением спиц по часовой стрелке. Какой бы ни была причина, колесо не крутится, когда автомобиль не движется. В вашей модели есть недостаток один. Второй недостаток заключается в утверждении, что перенаправление части воздушного потока должно увеличивать сопротивление. Например, если я возьму наружное зеркало, это тоже перенаправит часть воздушного потока, но уменьшит сопротивление.
Что? Конечно, он не крутится, когда машина не движется - в чем смысл? Независимо от вашей точки зрения; пример с пропеллером был просто иллюстрацией, конечно, эффект механизма, который я описал выше, будет чрезвычайно мал, однако применима та же физика. Что касается точки потока массы - я признаю, что это не ДОБАВЛЯЕТ сопротивление, но в этом случае оно ДЕЙСТВИТЕЛЬНО действует как сопротивление, вызывая незначительное перенаправление потока. Ваше утверждение о том, что боковые зеркала уменьшают лобовое сопротивление, является ошибочным планом - конечно, боковые зеркала увеличивают общий коэффициент лобового сопротивления автомобиля.
Пример с боковыми зеркалами был аргументом «доведения до абсурда», указывающим на то, что простое перенаправление части воздушного потока может так же легко уменьшить сопротивление, как и увеличить его. То есть я меняю форму машины, и (в случае втягивания зеркал) она уменьшает лобовое сопротивление.
@Bobbi, вращающиеся пропеллеры действительно вызывают сопротивление, поэтому пилоты многомоторных самолетов « раскачивают » пропеллеры неработающих двигателей.
@RedGrittyBrick точно. Это то, что я пытаюсь использовать в качестве аналогии со спицами велосипеда...
@RedGrittyBrick, точно. Иногда вращающийся пропеллер тянет самолет вперед (обратное сопротивление), иногда вращающийся пропеллер вызывает сопротивление. Не только вращение винта вызывает сопротивление.
@Bobbi, вращение пропеллера (без двигателя) вызывает дополнительное сопротивление. См. Основные принципы работы воздушного винта . «Когда двигатель выключается в полете, воздушный винт без флюгера представляет собой большую плоскую поверхность, обращенную к воздушному потоку. Это может привести к сильному сопротивлению самолета. Поскольку воздушный винт может свободно вращаться, он действует как ветряная мельница с силой воздуха, вращающей винт. Сила, извлекаемая из воздуха, вызывает сопротивление самолета ». Также см. Авторотация .
Конечно, лопасти пропеллера можно использовать для создания огромного сопротивления в зависимости от ориентации лопастей. Лопасти винта сконструированы с использованием аэродинамических профилей для создания аэродинамической силы, аналогично крылу. Следовательно, на лопасти действует одна и та же аэродинамика — индуктивное сопротивление, паразитное сопротивление, вихри законцовок крыла, подъемная сила/сопротивление при изменении угла атаки, распределение давления, изменяющееся в зависимости от угла атаки и т. д. усилие, создаваемое лопастями, но сопротивление будет. Вот что происходит с колесом...
Повторяю комментарий выше. То, что @RedGrittyBrick сказал выше, верно. Это также подтверждает мой первоначальный ответ. Эффект будет небольшим, но вращение колеса вызовет дополнительное сопротивление.
@RedGrittyBrick, вы не прочитали всю статью! Не вращение гребного винта вызывает высокое сопротивление, а мощность, извлекаемая из вращающегося гребного винта заглохшим двигателем. Это имеет смысл (но см. лазейку ниже); больше мощности из системы (как я написал в своем ответе) равно большему сопротивлению. Но лазейка в аргументе термодинамики (мощность на входе = мощность на выходе) заключается в том, что мощность, извлекаемая вращающимся колесом, или даже мощность, расходуемая добавленной турбулентностью вниз по течению, не являются единственными поглотителями энергии в системе. Я вижу, что это слишком тонко...

Вращение колеса является следствием асимметрии потока воздуха, который оно получает. Это вращение, очевидно, снижает лобовое сопротивление автомобиля. Чтобы объяснить это, давайте вместо велосипедного колеса рассмотрим колесо с лопастями, как у ветряной мельницы. Очевидно, что автомобиль движется быстрее, когда это колесо свободно вращается.

Перетаскивание велосипедного колеса в слипстриме
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v