Aerodynamik/Rolltest

Der Auslauftest habe ich auf meinem Art und Weise (sehe hier ) analysiert.
Deine Darstellung geht davon aus das CwA einen konstanten Wert hat:

Ydyn(t)= - aground(t)/g = Crr + Bdyn* X(t) = Crr+ {½ * ( ρ/( m *g )) * CwA} * v(t) 2

Dies ist aber hier in dem Fall des frei auslaufenden Laufrades von Labello gerade nicht der Fall.

Du musst jetzt bitte erklären, welche Zusammenhänge man aus Deiner Darstellung ziehen kann. Ich kann die von Dir beschriebenen 3 Bereiche in Deiner Darstellung erkennen, diese scheinen mir aber bedeutungslos.

Das Wesentliche wurde ja schon erkannt, das CwA beim freilaufenden Laufrad stark geschwindigkeitsabhängig ist und genau gemessen werden kann. Das CwA also keine Konstante ist, sondern erst bei höheren Geschwindigkeiten rel. konstant wird.

Gruß Leonardi
 
Messung.
Die Messung ist Kolumne A und B und ist mit einer grünen Kurve gezeichnet in Grafik 2 (Geschwindigkeit zu Zeit.)

Blaue Punkte und Schnittpunkten.
Zur Analyse übersetze ich Geschwindigkeit und Zeit zuerst zu Beschleunigung (Kolumne D). Dass mache ich mittels eine Regression (NL: „RICHTING()“, ENG: „SLOPE()“ ) über 3 Zellen (aus Kolomn A,B) . Die Beschleunigung ist also über 3 Zellen durchschnittlich. Deswegen berechne ich auch die Durchschnittsgeschwindigkeit über die 3 Zellen (Kolumne E, Grafik 2, schwarz).

Dann berechne ich (mittels Kolumne C und D) die Koordinaten Ydyn und X (Kolumne F und G). Die blauen Punkte in Grafik 1.
Ich mache in zwei Zonen einen linear Regression Ydyn_high und Ydyn_low (Tabelle: [Zeile 2,3,4/ Kolumne E,F,G,H] ; „gradient“, „intercept“)
In eine Tabelle [Zeile 6,7,8,9 / Kolumne E,F,G,H] berechne ich damit die Regressions-Linie: Grafiek1.
Ja, ich meine tatsächlich das Schnittpunkt(?) oder Abschnitt(?) (what’s in the name: ENG: intercept, NL: snijpunt) der extrapolierte Linear-Regressions-Linie mit der Y-achse (Grafik 1. : Grün: Ydyn_high, und Rot: Ydyn_low). Schnittpunkt Grün ist hoch (0.0061), Schnittpunkt rot ist niedrig (0.0021).

In Kolumne I,J,K,L berechne ich die theoretische Ydyn_Werte zu gemessene original Geschwindigkeit (und der Minimalwert der beide Regressionen) und der Fehler.

In Kolumne N,O,P,Q berechne ich mit dem theoretischen Ydyn-Werten der theoretische Auslaufgeschwindigkeit und der Fehler zu gemessene original Geschwindigkeit (Grafik 2. lila).
Da habe ich die Falsche Kolumne ausgewählt, deshalb die -0,22 km/h (Kolumne C muss B sein).

Interpretation.
In der theoretische Welt ist alles ideal, dann ist:
- der Schnittpunkt (Regression mit Y-Achse) gleich der Rollwiderstand Crr.
- der Gradient ist gleich {½ * ( ρ/( m *g )) * CwA} also proportional zu Luftwiderstand CwA.

In der realen Welt ist nicht alles ideal.
In beide Zonen reagiert der Luftwiderstand CwA wie eine Konstante (= fast ideal: beide sind gerade Linien). Aber der Abschnitt der Regressionslinie mit Y-Achse verschiebt sich auch noch (von eine zu andere Zone = nicht ideal).

Der "Rollwiderstand" ist also keine wörtliche Auslegung. Der „Rollwiderstand look-a-like“ enthält auch andere Charakteristiken die auch proportional sind mit der Geschwindigkeit (linear). Der „Rollwiderstand look-a-like“ enthält also der Rollwiderstand des Kogellagers aber auch das Geschwindigkeits-abhängigen teil der Luftwiderstand. Es ist eine Interpretations-Interaktion, es gibt keine reale Interaktion mit dem Rollwiderstand des Kogellagers!!
Der „Rollwiderstand look-a-like“ steigert von 0.002 > 0.006 [-]. Die 0.002 ist wahrscheinlich durch den Rollwiderstand des Kogellagers dominiert. Die Zuname um 0.004 (0.002 > 0.006) ist sehr wahrscheinlich das Geschwindigkeits-abhängige Teil der Luftwiderstand. Der „Rollwiderstand look-a-like“ ist gleich die Summe Crr + Cv .
Dieser geschwindigkeits-abhängigen Teil der Luftwiderstand ist in beiden Zone eine Konstante und glücklich kein Hokuspokus : )
(zb unter 20 km/h: Cr=0.001,Cv=0.001 & Gradient=0.00033 ; über 20 km/h: Cr=0.001,Cv=0.005 & Gradient=0.00020 ) .
 
Zuletzt bearbeitet:
Es gibt 3 Bereiche. Die Ydyn zu X ist in zwei Bereiche linear, dazwischen gibt es eine begrenzte Übergangzone.
1. Ydyn_low:
X < 20 (m/s)^2 (unter 16 km/h) ;
2. Übergangzone.
3. Ydyn_high:

X > 60 (m/s)^2 (über 28 km/h) .

Dieser geschwindigkeits-abhängigen Teil der Luftwiderstand ist in beiden Zone eine Konstante und glücklich kein Hokuspokus : )
(zb unter 20 km/h: Cr=0.001,Cv=0.001 & Gradient=0.00033 ; über 20 km/h: Cr=0.001,Cv=0.005 & Gradient=0.00020 ) .
Kannst du nochmal begründen, wieso als Bereichsgrenzen ausgerechnet 16 und 28 km/h verwendet wurden?

Denn dass bei hohen Geschwindigkeiten der Luftwiderstand und bei ganz langsamen der Lagerwiderstand (hier) überwiegt ist ja klar.
Es geht doch gerade darum die Abhängigkeit des Luftwiderstand genauer zu analysieren.

Wie lautet deine Formel für den Luftwiderstand im Bereich 16-80 km/h ?
 
@Leonardi, @labella-baron.
Die Begründung ist:
Weil nur in die zwei Bereichen das verhalten Ydyn(X) linear ist. Wenn die Regression auch die Punkte der Übergangzone benützt, dann ist die Regression nicht entsprechend.
Die Stärke der Ydyn(X)-Grafik ist dass der Geschwindigkeit, wobei das verhalten des Luftwiderstands sich ändert, eindeutig klar wird.

Der Schnittpunkt mit der Y-Achse ist Adyn. Diesen Schnittpunkt Adyn umfasst jedes Verhalten, was proportional zu Geschwindigkeit ist. In meinem Artikel „Bike Efficiency“ ist die These dass Adyn nur der Rollwiderstand des Velomobil entspricht.
Im ihrem sauberen Auslauftest entspricht Adyn nur die Kogellagern und der Luftwiderstand.

Wie das Geschwindigkeitsabhängige Teil des Luftwiderstands mittels Ydyn(X) berechnet wird, habe ich ausgeschrieben:

IMG_0001.jpg

IMG_0002.jpg

Die Kurve in Bezug auf die Form ist ähnlich wie in #1078 .

Den Schnittpunkt der Linie (rote und grüne Regression Linie) ist bei 19 km/h.
Unter 19 kmh sind Adyn und Bdyn der Ydyn_low Regression am beste.
Über 19 kmh sind Adyn und Bdyn der Ydyn_High Regression am beste.
 
Wie groß der "Rollwiderstand" bzw. Reibungswiderstand durch die beiden Kugellager 6001 2z bei Labello tatsächlich ist, das kann man eigentlich nicht sagen:
Ich habe die x-Achse von v² mal wieder auf die v Darstellung geändert und rechts von 0-10 km/h vergrößert. Die y-Achse kann man sich auch als Kraftachse (Luftwiderstand+Rollwiderstand) vorstellen, da F=m*a (m=konst.) und a/9,81 (9,81= konst.) Normalerweise sollten die Geschwindigkeitsmessungen bei niedrigen Geschwindigkeiten genauer werden, also nicht so herumtanzen wie rechts gut zu sehen. Meine letzte Messung ging bis 1,4 km/h runter und war glaube ich besser. (mal die probieren hatte ich hier im Tread hochgeladen) Vielleicht hat labello das VM mit einer Hand freihändig gehalten und am Ende etwas herumgewackelt, oder die einseitigen Scheiben haben ein paar Windstöße aus der Umgebung (im Freien ?) abbekommen. Jedenfalls kann man so nicht den Crr abschätzen, meine ich.

2017_02_27 wie P_v.jpg

Somit kann man auch nicht sagen, das es in der Darstellung x-v² wirklich eine Gerade im unteren Bereich ist. Das ist meiner Ansicht nur eine Mutmaßung.

Die beiden Geraden kann man sich auch hier als 2 Funktionen vorstellen, wegen der fehlenden v² sind das hier zwei gekrümmte Kurven, in etwa so:

2017_02_21 CwA von v Labello mit 2 Regress.jpg

Also meiner Ansicht nach nichts Neues.

Gruß Leonardi
 
Normalerweise sollten die Geschwindigkeitsmessungen bei niedrigen Geschwindigkeiten genauer werden, also nicht so herumtanzen wie rechts gut zu sehen.
Das kann ich mir auch nicht erklären - hypothetisch: ein beginnender Lagerschaden?
Ganz geringe Geschwindigkeiten unter 5km/h haben mich auch nicht so interessiert - die kommen beim späteren Rollen ja auch so gut wie nicht vor.
Einen anderen Effekt habe ich jedoch schon bemerkt: Das VM lag ja auf der Seite. Eine kleine Unwucht ist ja immer da und bei den hohen Geschwindigkeiten konnte ich ein "Zittern" der Karosserie auf Grund der dann hohen Fliehkraft beobachten.
Vielleicht hat labello das VM mit einer Hand freihändig gehalten und am Ende etwas herumgewackelt,
Das nun nicht ...
oder die einseitigen Scheiben haben ein paar Windstöße aus der Umgebung (im Freien ?) abbekommen.
... aber der Versuch war wieder im Freien wie damals:
Versuch war im freien und es war etwas windig
 
Jedenfalls kann man so nicht den Crr abschätzen, meine ich.

Genau, so kann man die Crr gar nicht abschätzen. So wirt die Physik komplett ignoriert.
Die Physik, und nur die Physik, ist der Grund des Grafik Ydyn(X) mit X=v^2. Die Ydyn und X Werte habe in diesem Fall nur absolute Bedeutung wenn die Geschwindigkeit zu Winkelgeschwindigkeit umgesetzt wirt und die Beschleunigung zu Winkelbeschleunigung.

Ein Grafik Ydyn mit v auf die x-Achse hat in dieser Analyse absolut keine Physikalische Bedeutung.
Warum soll man nicht rechnen mit die Umfangsgeschwindigkeit der Nabe? So senkt die Crr ganz einfach :whistle: .


Das ist meiner Ansicht nur eine Mutmaßung.

Wenn ich in Grafik 1 meines Beitrags #1099 die Achsen vergrößere [ -0.004 < Ydyn <0.020 ; 0 < X < 50 ], dann bekomme ich nächste Grafik:

grahp_Ydyn_X_zoom.png

Nach meiner Meinung genügt eine lineare Annäherung in diesem unteren Bereich [0 < X=vair^2 < 20 m2/s2] und ist die Mutmaßung gar nicht so blöd.

Ein Polynome vom Grad 10+ ist vielleicht besser ;), aber der hat absolut keine Physikalische Bedeutung .
 
Genau, so kann man die Crr gar nicht abschätzen. So wirt die Physik komplett ignoriert.
Die Physik, und nur die Physik, ist der Grund des Grafik Ydyn(X) mit X=v^2. Die Ydyn und X Werte habe in diesem Fall nur absolute Bedeutung wenn die Geschwindigkeit zu Winkelgeschwindigkeit umgesetzt wirt und die Beschleunigung zu Winkelbeschleunigung.
Gut, machen wir doch eine Größenabschätzung über die Physik dieses auslaufenden Laufrades.

Über dessen Drehmasse und dem Radius kommt man auf eine Ersatzmasse, welche auch beim rollenden VM wirksam wäre. Diese Ersatzmasse wurde mit ca. 0,5kg abgeschätzt. Aufgrund der Bremswirkung der Luft bei der hohen Anfangsgeschwindigkeit beträgt die äquivalente Bremskraft ca. 0,5N und dann immer mehr fallend bis auf 0,015N bei 5 km/h.

Das Laufrad wiegt ca. 1kg. Die Rollwiderstandszahl eines Kugellagers wird mit 0,0005-0,0010 angegeben. Also beträgt die äquivalente Rollwiderstandskraft ca. 0,005-0.01N. Diese 5-10 Milli-Newton interessieren mich im Grunde genauso wenig wie die 15mN Luftwiderstandskraft bei 5 km/h.
Beträgt doch die Rollwiderstandskraft bei einer Auflast eines Rades mit 50 Kilo und einer Rollwiderstandszahl des Reifens von ca. 0,005 bereits 2,5N.

Also bereits mindestens das 250-Fache !

Die entscheidende Erkenntnis dieses Versuchs ist, dass sich die Luftwiderstandskraft beim Laufrad nicht mit dem Quadrat der Geschwindigkeit ändert !
Und sehr wahrscheinlich ist dies auch beim gesamten Velomobil so.
 
Zuletzt bearbeitet:
Die Rollwiderstandszahl eines Kugellagers wird mit 0,0005-0,0010 angegeben.
Das ist der Crr-Wert mit welchem sich die radiale Kraft im Abstand von ca. 20mm von der Achse (2 Lager Typ 6001 zz) berechnet. Im Abstand von 1,448m/(2*pi)=230 mm reicht schon eine viel geringere Kraft um die Kugellagerreibung zu überwinden. 20/230 = 0,09 also rund 10% der Kraft. Weil wir aber 2 Lager haben wird es bei 20% der Kraft liegen, also 1/5 der Endwerte von Labello.

Genau genommen ist im Lager auch Fett wodurch sich wiederrum ein etwas höherer Rollwiderstand ergibt, die Sache wird auch nicht linear sein. Es gibt einen Rechner von SKF http://webtools3.skf.com/BearingCalc/selectProduct.action
Damit kann man bei vorgegebener Drehzahl u.s.w. die Verlustleistung ausrechnen. Für ganz geringe Belastung gilt das aber nicht.

Ich verzettel mich, wenn ich mich weiter mit dem Thema Crr vom Kugellager beschäftige. Habe meine Ausroll dahingehend aber noch mal angeschaut, ich konnte bis 0,166 km/h runter messen (für die letzte Umdrehung hat das Laufrad 33,28 Sekunden benötigt, danach kam es kurz nach dem letzten Magnetdurchgang zum stehen) :

2017_02_27  150kmh c_t und f_v.jpg


Rechts habe ich eine ähnliche Darstellung wie Siem gewählt. Interessant, das auch (wie bei labello) bei mir im Bereich <2 m/s Schwankungen zu sehen sind. Die können nicht durch die Mikroprozessor Zeit- bzw. Geschwindigkeits-Erfassung herrühren. Das Laufrad wird tatsächlich solche mit dem Auge nicht wahrnehmbaren Schwankungen der Geschwindigkeit aufweisen. Ich hatte ein trägeres (die Geschwindigkeitsschwankungen besser ausgleichendes) Laufrad weil mit schwereren F-Lite. Labello hatte vermutlich einen halb so schweren weniger trägen Mantel beim Messen drauf, deshalb sind seine Schwankungen bei ca. 6 km/h so groß wie meine bei 3 km/h.

Gruß Leonardi
 

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  • 2017_01_11 Ventillationsverluste Speichenlaufrad 150 kmh.zip
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Weil wir aber 2 Lager haben wird es bei 20% der Kraft liegen
Hatte ich einen Gedankenfehler. Die Kraft verteilt sich ja auf zwei Lager, bleibt also bei 10% der Werte von labello.
In dem Bereich freilaufend ohne Belastung ist aber alles spekulativ, Lagerfett usw.

Aber eine Größenordnung kann man sehen: bei 1 m/s lese ich max. F=0,005 N im Diagramm ab.
Leistung= Kraft*Geschwindigkeit = 0,005 N * 1m/s = 0,005 Kg*m/s² * m/s = 0,005 Watt = 5 Milliwatt (Wind+Lagerreibung).

Gruß Leonardi
 
Darf gar nicht an die Messstrecke bei Elfershausen denken
Habe doch drangedacht:
Wetterbericht für Samstag: Bedeckt, kein Regen, Windstärke 1-2
Also am Freitag vorbereitet und Evo-S aufs Autodach und dann nix wie hin.
Dummerweise war dort eine Marathon-Veranstaltung. Aber gegen 15 Uhr konnte ich auf die Strecke.
Traumhafte Wetterbedingungen: "Wind" aus südlichen Richtungen mit Stärke 0-1.
Lediglich die Fahrbahn hat schon etwas gelitten - vor allem in der Kurve am Ende des Steilstücks.

Ein kleiner Vorgeschmack:
upload_2017-4-9_0-53-18.png
 
Ein kleiner Vorgeschmack:

Super. Bitte probiere auch: Die Kraft für Luft und Rollwiderstand (=F_rl) von jeder Radumdrehung gegen die Geschwindigkeit auftragen, ob das eine einigermaßen Kurve ergibt.

F_rl (v) = - Δh/Δs *m*g - (m+J/r²) * Δv/Δt

Man könnte dann so die Geschwindigkeitsabhängigkeit vom CwA ermitteln.

***

Ich muss erst noch hier eine Strecke höhenvermessen, ehe ich das probieren kann. Ich habe bis jetzt an der Verbesserung der Genauigkeit des Trägheitsmomentes J gearbeitet, komme bei einem Laufrad jetzt auf ca. +-2% Genauigkeit mit Gabellichtschranke. Mit Zeiterfassung bin ich jetzt von 8 μs auf 1 μs.

Gruß Leonardi
 
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Die Kraft für Luft und Rollwiderstand (=F_rl) von jeder Radumdrehung gegen die Geschwindigkeit auftragen, ob das eine einigermaßen Kurve ergibt.
Da wird wenig Sinnvolles herauskommen:
Gegenüber dem neuen Super-Asphalt beim Rolltest letzten November ist der jetzt nach dem Winter sehr viel schlechter.
Vermutlich auch deshalb, weil wegen der immer noch gesperrten Brücke in Aura viele aus den Nachbargemeinden diesen Schleichweg nutzen - es war jedenfalls ungewöhnlich viel Verkehr!

An einer Stelle "beschleunigt" das Laufrad bei 63 km/h sogar um 0,26 km/h:
upload_2017-4-9_13-45-33.png
 
Da wird wenig Sinnvolles herauskommen:

0=F_roll+F_luft+F_steigung+F_beschleunigung

0 = F_rl + F_steig+F_b

F_rl = -F_steig - F_b

F_rl = - Δh/Δs *m*g - (m+J/r²) * Δv/Δt

Du hast nur Δv aufgetragen, es könnte sein das (m+J/r²) *Δv/Δt also Konst. *Δv/Δt oder nur Δv/Δt nicht mehr so streut.

Es könnte auch sein, das sich erst eine Kurve ergibt, wenn man den ersten Therm Δh/Δs *m*g auch mit berücksichtigt und vor allem das ganze gegen die Geschwindigkeit und nicht nur gegen die Zeit aufträgt.

Für jede bestimmte Geschwindigkeit sollte sich jeweils ein konstanter Luft+Rollwiderstand= F_rl ergeben. Die Rollwiderstandskraft nimmt mit zunehmender Geschwindigkeit zu, die Luftwiderstandskraft bis ca. 30 km/h stark ab. Beide summiert, sollte man eine mehr oder weniger verrauschte Kurve erkennen können.

***

Bin erst gerade nach Hause gekommen, ich schicke Dir morgen das Höhenprofil mit korrekter Entfernungszuordnung.

Gruß Leonardi
 
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So - hier ist nun eine Antwort:
upload_2017-4-11_0-12-5.png upload_2017-4-11_0-12-39.png
Die Antwort ist nicht 42 ;)

Aber wie ist jetzt nochmal die Frage?

Wo doch CwA und Cr abhanden gekommen sind.
 
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