BE1020626A4 - BIKE FRAME STRUCTURE WITH MULTIPLE ELEMENTS FOR IMPROVED STIFFNESS AND IMPROVED AERODYNAMICS BY USING THE VENTURI EFFECT. - Google Patents
BIKE FRAME STRUCTURE WITH MULTIPLE ELEMENTS FOR IMPROVED STIFFNESS AND IMPROVED AERODYNAMICS BY USING THE VENTURI EFFECT. Download PDFInfo
- Publication number
- BE1020626A4 BE1020626A4 BE201200270A BE201200270A BE1020626A4 BE 1020626 A4 BE1020626 A4 BE 1020626A4 BE 201200270 A BE201200270 A BE 201200270A BE 201200270 A BE201200270 A BE 201200270A BE 1020626 A4 BE1020626 A4 BE 1020626A4
- Authority
- BE
- Belgium
- Prior art keywords
- profile
- air
- improved
- venturi effect
- venturi
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
- B62K19/00—Cycle frames
- B62K19/02—Cycle frames characterised by material or cross-section of frame members
- B62K19/04—Cycle frames characterised by material or cross-section of frame members the material being wholly or mainly metallic, e.g. of high elasticity
- B62K19/06—Cycle frames characterised by material or cross-section of frame members the material being wholly or mainly metallic, e.g. of high elasticity tubular
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Body Structure For Vehicles (AREA)
Description
TITEL PATENT:TITLE PATENT:
Fietsframe-structuur met meervoudige elementen voor een verbeterde stijfheid en verbeterde aërodynamica door gebruik van het Venturi effect.Bicycle frame structure with multiple elements for improved stiffness and improved aerodynamics through the use of the Venturi effect.
BESCHRIJVINGDESCRIPTION
1. Achterarond/Uitdaainaen1. Achterarond / Uitdaainaen
In de ontwikkeling van fietsframes zijn er twee tegenstrijdige principes:There are two conflicting principles in the development of bicycle frames:
Fietsframes hebben een zekere stijfheid nodig voor efficiënte krachtoverbrenging Tijdritfietsen moeten specifieke aërodynamische prestaties bezittenBicycle frames need a certain stiffness for efficient power transfer Time trial bikes must have specific aerodynamic performance
Na analyse van welke locatie het meest geschikt is om het meeste voordeel te halen kan besloten worden dat de onderbuis het meeste geschikt is: de onderbuis moet de meeste torsiebelasting weerstaan en tegelijkertijd vormt het de grootste barrière ten opzichte van de wind (Figuur 2: Torsie vs. Windbelasting)After analyzing which location is the most suitable to get the most benefit, it can be decided that the down tube is the most suitable: the down tube must withstand the most torsional load and at the same time it forms the greatest barrier to the wind (Figure 2: Torsion vs. Wind load)
Het is zeer lastig om de prestaties voor beide belastingen te optimaliseren:It is very difficult to optimize the performance for both loads:
Optimaliseren voor torsie (krachtoverbrenging) wordt verkregen door een wijd profiel van de dwarsdoorsnede.Optimization for torque (power transmission) is achieved by a wide cross-sectional profile.
Optimaliseren van de windbelasting (aërodynamica) wordt verkregen door een nauwer profiel van de dwarsdoorsnede.Optimizing the wind load (aerodynamics) is achieved by a narrower cross-sectional profile.
Dit wordt weergegeven in Figuur 3: Rond vs. Aero profiel.This is shown in Figure 3: Round vs. Aero profile.
UITDAGING: Hoe kan een structureel element met wijder profiel gemaakt worden dat een goede prestatie heeft op vlak van torsiestijfheid en dat op hetzelfde moment vergelijkbare aërodynamische prestaties bezit als een aërodynamisch profiel? 2. Structurele/Aerodvnamische principes a. Structurele principesCHALLENGE: How can a structural element with a wider profile be made that has a good performance in terms of torsional rigidity and that at the same time has comparable aerodynamic performance as an aerodynamic profile? 2. Structural / Aerodvnamic principles a. Structural principles
De onderbuis van het fietsframe ondergaat, onder andere, een torsiemoment (Figuur 4: Schematische weergave Torsiebelasting). De basisvergelijking voor Torsiemoment die de relatie beschrijft tussen het moment en de bijhorende hoekverdraaiing is:The lower tube of the bicycle frame undergoes, among other things, a torque (Figure 4: Schematic representation of Torsion load). The basic equation for Torsion Moment that describes the relationship between the moment and the accompanying angular rotation is:
•V• V
Met: MT is het Torsiemoment G is de Glijdingsmodulus J is het polair massatraagheidsmoment van de dwarsdoorsnede L is de lengte van de belaste structuur, dwars op de doorsnede gemeten Θ is de hoekverdraaiingWith: MT is the torque Torque G is the sliding modulus J is the polar moment of inertia of the cross-section L is the length of the loaded structure, measured transversely to the cross-section Θ is the angular rotation
De twee belangrijkste parameters die hierboven vermeld zijn, zijn de glijdingsmodulus (G), een materiaalconstante, en het polaire massatraagheidsmoment van de doorsnede (J) die met volgende vergelijking wordt verkregen:The two most important parameters mentioned above are the sliding modulus (G), a material constant, and the polar moment of inertia of the cross-section (J) obtained with the following equation:
Waarin r is de afstand van de massa radiaal gemeten ten opzichte van de centrale as van de het profiel.Where r is the distance of the mass measured radially with respect to the central axis of the profile.
Optimalisatie voor Torsiestijfheid zal gebeuren door zoveel mogelijk structureel materiaal (massa) zo ver mogelijk van de centrale as te positioneren.Optimization for Torsion Stiffness will be achieved by positioning as much structural material (mass) as possible as far as possible from the central axis.
b. Aërodynamische principes: Luchweerstandscoëfficiëntb. Aerodynamic principles: Luch resistance coefficient
Het verbeteren van aërodynamische prestaties van een fietsframe wordt verkregen door het verlagen van de luchtweerstand. De vergelijking om de luchtweerstand te bepalen is:Improving the aerodynamic performance of a bicycle frame is achieved by lowering the air resistance. The comparison to determine the air resistance is:
Met: D is de WeerstandskrachtWith: D is the Resistance Force
Cd is weerstandscoëfficiënt p is dichtheid (van lucht onder normale atmosferische omstandigheden: 1,225 kg/m3) V is de luchtsnelheid A is de referentie-oppervlakte (in meeste gevallen de frontaal geprojecteerde oppervlakte)Cd is coefficient of resistance p is density (of air under normal atmospheric conditions: 1.225 kg / m3) V is the air velocity A is the reference area (in most cases the frontally projected area)
De twee belangrijkste parameters die de aërodynamische weerstand beïnvloeden zijn: de weerstandscoëfficiënt en de referentie-oppervlakte. Bijhorende figuur geeft een overzicht van hoe de weerstandscoëfficiënt kan worden beïnvloed aangezien het de meeste winst kan vertegenwoordigen (Figuur 5: Voorbeelden van Weerstandscoefficiënt (Cd)).The two most important parameters that influence the aerodynamic resistance are: the resistance coefficient and the reference surface. The accompanying figure gives an overview of how the resistance coefficient can be influenced since it can represent the most gain (Figure 5: Examples of Resistance coefficient (Cd)).
Uit de voorbeelden kan worden afgeleid dat een dun "gestroomlijnd" profiel de laagste weerstandscoëfficiënt heeft. De reden voor deze lage weerstandscoëfficiënt heeft te maken met het feit dat er een beter laminaire stroming heerst rond het profiel. Het loslaten van de stroming en ontstaan van turbulente luchtstroom is de belangrijkste reden voor luchtweerstand (Figuur 6: Laminair vs. Turbulente luchtstroom). Het omslagpunt, waar de luchtstroming van laminair naar turbulent omslaat, hangt af van verschillende parameters: luchtsnelheid, oppervlaktekwaliteit, vorm van het profiel (lengte, breedte, kromming, ...).It can be deduced from the examples that a thin "streamlined" profile has the lowest resistance coefficient. The reason for this low resistance coefficient has to do with the fact that there is a better laminar flow around the profile. Releasing the flow and creating turbulent air flow is the main reason for air resistance (Figure 6: Laminar vs. Turbulent air flow). The turning point, where the airflow changes from laminar to turbulent, depends on various parameters: air speed, surface quality, profile shape (length, width, curvature, ...).
Ook de ronding van het profiel in relatie tot de luchtsnelheid speelt een grote rol in de ligging van het omslagpunt. (Figuur 7: Transitiezone rondom verschillende profielen)The curve of the profile in relation to the air speed also plays a major role in the location of the tipping point. (Figure 7: Transition zone around different profiles)
De uitdaging voor profiel-designers bestaat erin om een optimale vorm te bepalen die bij een gegeven snelheidsspectrum de weerstand tot een minimum reduceert zonder de sterkte en de stijfheid van de interne structuur te compromitteren.The challenge for profile designers is to determine an optimum shape that reduces the resistance to a minimum at a given speed spectrum without compromising the strength and stiffness of the internal structure.
c. Venturi Effectc. Venturi Effect
Een "Venturi"-buis is een opzettelijke vernauwing van een luchtstroom om een lokale verlaging van de luchtdruk te krijgen. Het "Venturi"-effect is een fysisch fenomeen dat kan gebruikt worden om gassen aan te trekken door een lokaal opgewekt lage-drukzone.A "Venturi" tube is a deliberate narrowing of an air flow to achieve a local reduction in air pressure. The "Venturi" effect is a physical phenomenon that can be used to attract gases through a locally generated low pressure zone.
Bijhorende figuur (Figuur 8: Theoretische weergave Venturi effect) geeft de theoretische weergave van het Venturi-principe: een vermindering van de luchtdruk tussen punt "1" en punt "2".The corresponding figure (Figure 8: Theoretical representation of the Venturi effect) shows the theoretical representation of the Venturi principle: a reduction in air pressure between point "1" and point "2".
De vergelijking om het Venturi-principe te verklaren is de "Wet van Bernoulli" gecombineerd met de vergelijking voor volumetrische flux (Q):The equation to explain the Venturi principle is the "Bernoulli law" combined with the equation for volumetric flux (Q):
Deze vergelijken tonen aan dat in alle gevallen er een verlaging van de luchtdruk zal plaatsvinden bij de uitstroom.These comparisons show that in all cases there will be a reduction in air pressure at the outflow.
3. Venturi Powerbox principe3. Venturi Powerbox principle
Door de onderbuis in de lengterichting te openen wordt er een nieuw type luchtstroming gecreërd. Waar de luchtstroom normaal rond een gesloten profiel zal stromen stroomt de lucht bij de Eddy Merckx ETT door het profiel. (Figuur 9: Venturi Powerbox)By opening the lower tube in the longitudinal direction, a new type of air flow is created. Where the air flow will normally flow around a closed profile, the air flows through the profile at the Eddy Merckx ETT. (Figure 9: Venturi Powerbox)
De opening van het profiel krijgt een specifieke vorm zodat de onderbuis van de Eddy Merckx ETT vergelijkbare aërodynamische prestaties bereikt met een gesloten aërodynamisch profiel met dezelfde breedte.The opening of the profile is given a specific shape so that the bottom tube of the Eddy Merckx ETT achieves comparable aerodynamic performance with a closed aerodynamic profile of the same width.
Een mogelike doorsnede van het profiel wordt gegeven in bijgevoegde figuur (Figuur 10: Venturi dwarsdoorsnede van de Eddy Merckx ΕΤΓ). Onderstaande tabel geeft de waarden weer voor de dimensies waaraan een Venturi-profiel zal voldoen.A possible cross-section of the profile is given in the attached figure (Figure 10: Venturi cross-section of the Eddy Merckx ΕΤΓ). The table below shows the values for the dimensions that a Venturi profile will satisfy.
Door gebruik te maken van de principes, beschreven in Structurele/aerodvnamische principes, wordt een nieuw type van fietsstructuur verkregen:By using the principles described in Structural / aerodvnamic principles, a new type of bicycle structure is obtained:
Structureel heeft de fietsstructuur een wijd profiel om Torsiemoment op te vangen Aërodynamisch, door gebruik te maken van het Venturi-principe, is er een mogelijke verlaging van de luchtweerstand.Structurally, the bicycle structure has a wide profile to absorb Torque. Aerodynamically, by using the Venturi principle, there is a possible reduction in air resistance.
Beide situaties (open en gesloten profiel) zijn voorgesteld in bijgevoegde figuur (Figuur 11: Open en gesloten profiel in een luchtstroom). Het doel is om de luchtweerstand te verminderen, gerelateerd aan een aërodynamisch profiel waarbij hierboven reeds is gemeld dat de afmetingen en vorm van het profiel de aërodynamische prestaties bepalen.Both situations (open and closed profile) are represented in the attached figure (Figure 11: Open and closed profile in an air stream). The aim is to reduce air resistance, related to an aerodynamic profile where it has already been mentioned above that the dimensions and shape of the profile determine the aerodynamic performance.
Een fietser fietst aan een constante snelheid VI. De luchtdruk op dat moment, buiten het profiel, is pl. Onder normale omstandigheden zal dit de atmosferische druk zijn.A cyclist cycles at a constant speed VI. The air pressure at that time, outside the profile, is pl. Under normal circumstances this will be atmospheric pressure.
Situatie 1: Open profiel met Venturi-EffectSituation 1: Open profile with Venturi Effect
De constante luchtstroom zal opgedeeld worden in twee luchtstromen: een stroom zal rond het profiel gaan (boven en onder) en de andere luchtstroom gaat door het midden van het profiel.The constant air flow will be divided into two air flows: one flow will go around the profile (above and below) and the other air flow will go through the center of the profile.
De luchtstroom die rond het profiel gaat zal vertragen en er zal een transitie ontstaan van laminaire naar turbulente luchtstroming. Deze turbulente luchtstroming is de hoofdreden voor luchtweerstand rond het profiel. Aangezien de lucht vertraagt, zal er lokaal een hogedrukgebied ontstaan.The air flow that goes around the profile will slow down and a transition will occur from laminar to turbulent air flow. This turbulent air flow is the main reason for air resistance around the profile. As the air slows down, a high pressure area will arise locally.
De luchtstroom die door het profiel gaat zal versnellen door de vernauwing verderop in de sectie: dit is het Venturi-principe. De versnelde lucht zal een lokaal lagedrukgebied veroorzaken net achter het profiel (p3<p2).The airflow that goes through the profile will accelerate due to the narrowing further down in the section: this is the Venturi principle. The accelerated air will cause a local low pressure area just behind the profile (p3 <p2).
Het verschil in druk tussen p2 en p3 zal het voortbestaan van de turbulente luchtstroming verstoren en zal een nieuwe transitie doen ontstaan tot een laminaire stroming. Vereenvoudigd geeft dit: het lagedrukgebied zal de lucht uit de turbulente stroming aantrekken en opnieuw laminair maken. Deze interactie tussen luchtstromingen zal een vermindering teweeg brengen van de luchtweerstand.The difference in pressure between p2 and p3 will disrupt the continued existence of the turbulent air flow and will create a new transition to a laminar flow. This is simplified: the low pressure area will attract the air from the turbulent flow and make it laminar again. This interaction between air flows will cause a reduction in air resistance.
Situatie 2: Gesloten aeroprofiel met zelfde breedte als open profielSituation 2: Closed aero profile with the same width as an open profile
Zoals hierboven beschreven is de luchtstroming rond een profiel afhankelijk van verschillende karakteristieken: lengte, breedte, specifieke vorm van het profiel. De weerstandcoëfficiënt is rechtstreeks afhankelijk van deze parameters.As described above, the air flow around a profile depends on various characteristics: length, width, specific shape of the profile. The resistance coefficient is directly dependent on these parameters.
Ergens langs het profiel zal er een omslagpunt/transitiezone zijn waarbij de laminaire stroming omslaat in een turbulente stroming. Wanneer dit gebeurt zal de luchtweerstand drastisch toenemen. Het doel van de ontwikkeling van een aërodynamisch profiel is om het te optimaliseren voor laminaire stroming.Somewhere along the profile there will be a turning point / transition zone where the laminar flow turns into a turbulent flow. When this happens the air resistance will increase drastically. The purpose of developing an aerodynamic profile is to optimize it for laminar flow.
FIGURENFIGURES
Figuur 1: Dwarsdoorsnede van de Venturi fietsstructuurFigure 1: Cross section of the Venturi bicycle structure
Figuur 2: Torsie vs. WindbelastingFigure 2: Torsion vs. Wind load
Figuur 3: Rond vs. Aero profielFigure 3: Round vs. Aero profile
Figuur 4: Schematische weergave TorsiebelastingFigure 4: Torsion load diagram
Figuur 5: Voorbeelden van Weerstandscoefficiënt (Cd)Figure 5: Examples of Resistance Practitioner (Cd)
Figuur 6: Laminair vs. Turbulente luchtstroom Figuur 7: Transitiezone rondom verschillende profielen Figuur 8: Theoretische weergave Venturi effect Figuur 9: Venturi PowerboxFigure 6: Laminar vs. Turbulent air flow Figure 7: Transition zone around different profiles Figure 8: Theoretical representation of the Venturi effect Figure 9: Venturi Powerbox
Figuur 10: Venturi dwarsdoorsnede van de Eddy Merckx ETT Figuur 11: Open en gésloten profiel in een luchtstroomFigure 10: Venturi cross section of the Eddy Merckx ETT Figure 11: Open and closed profile in an air stream
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BE201200270A BE1020626A4 (en) | 2012-04-23 | 2012-04-23 | BIKE FRAME STRUCTURE WITH MULTIPLE ELEMENTS FOR IMPROVED STIFFNESS AND IMPROVED AERODYNAMICS BY USING THE VENTURI EFFECT. |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BE201200270 | 2012-04-23 | ||
BE201200270A BE1020626A4 (en) | 2012-04-23 | 2012-04-23 | BIKE FRAME STRUCTURE WITH MULTIPLE ELEMENTS FOR IMPROVED STIFFNESS AND IMPROVED AERODYNAMICS BY USING THE VENTURI EFFECT. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BE1020626A4 true BE1020626A4 (en) | 2014-02-04 |
Family
ID=46330967
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BE201200270A BE1020626A4 (en) | 2012-04-23 | 2012-04-23 | BIKE FRAME STRUCTURE WITH MULTIPLE ELEMENTS FOR IMPROVED STIFFNESS AND IMPROVED AERODYNAMICS BY USING THE VENTURI EFFECT. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
BE (1) | BE1020626A4 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1338499A2 (en) * | 2002-02-14 | 2003-08-27 | Nicol, Morgan | Bicycle fork |
EP1803635A1 (en) * | 2005-12-09 | 2007-07-04 | Prince Sports, Inc. | Bicycle having multiple tube frame structure. |
US20100225090A1 (en) * | 2009-03-06 | 2010-09-09 | Cusack Douglas A | Aerodynamic bicycle structure |
-
2012
- 2012-04-23 BE BE201200270A patent/BE1020626A4/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1338499A2 (en) * | 2002-02-14 | 2003-08-27 | Nicol, Morgan | Bicycle fork |
EP1803635A1 (en) * | 2005-12-09 | 2007-07-04 | Prince Sports, Inc. | Bicycle having multiple tube frame structure. |
US20100225090A1 (en) * | 2009-03-06 | 2010-09-09 | Cusack Douglas A | Aerodynamic bicycle structure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ITBO20120088A1 (en) | REAR BUMPER WITH MOBILE FLYING ELEMENTS FOR A HIGH-PERFORMANCE ROAD CAR | |
US8876137B2 (en) | Frame for a bicycle | |
US20140062056A1 (en) | Suspension fork, in particular for a bicycle | |
BE1020626A4 (en) | BIKE FRAME STRUCTURE WITH MULTIPLE ELEMENTS FOR IMPROVED STIFFNESS AND IMPROVED AERODYNAMICS BY USING THE VENTURI EFFECT. | |
JP2009269599A (en) | Front member for automobile | |
JP2010502872A5 (en) | ||
TWI641530B (en) | Bicycle derailleur | |
ITPD20060078U1 (en) | EXTRACTION DEVICE FOR PRESSURE SENSORS INSIDE THE PRESSURE ROOMS OF CENTRIFUGAL FANS PARTICULARLY FOR FUME EXTRACTORS OR FUME EXTRACTORS | |
US8640569B2 (en) | Freewheel structure | |
CN108223018A (en) | A kind of open-celled structure for reducing the hollow moving turbine blade blade impact around-the-hole stress of aero-engine | |
KR20160002901U (en) | Aerodynamic bicycle frame | |
US20070163850A1 (en) | Aerodynamic Bicycle Disc Wheel Assembly | |
CN105276236A (en) | Shut-off flap | |
JP6360498B2 (en) | Equipment for bicycle wheels and rims for bicycle wheels | |
JP6397414B2 (en) | Exhaust gas turbocharger | |
WO2018014070A1 (en) | Improvements to the aerodynamics of bicycle frames and associated components | |
GB2592048A (en) | Improved motorcycle structure and powertrain arrangement | |
CN110462166A (en) | Cooling component for turbine assembly | |
CN206539534U (en) | Blade, centrifugal blower fan blade wheel, centrifugal blower and range hood | |
CN207374023U (en) | A kind of hub mechanism based on empty iron | |
TWI669237B (en) | Front fork and bicycle frame assembly including the same | |
Malizia et al. | A numerical analysis of different approaches for rotation modelling on the aerodynamic drag of a spoked cycling wheel | |
ES2577136T3 (en) | Training device for cyclists | |
US8820764B2 (en) | Bicycle frame | |
ITAL20100025U1 (en) | AERODYAMICLY PERFORMING WHEEL SYSTEM |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM | Lapsed because of non-payment of the annual fee |
Effective date: 20170430 |
|
NE | Restoration requested |
Effective date: 20141224 |