出處 : bicycling 作者 : SELENE評論 : 9
騎腳踏車的人都喜歡空氣動力學的裝備：空氣動力學腳踏車，空氣動力學輪組，空氣動力學騎行頭盔，甚至空氣動力學智慧碼錶，Oh，糟糕這是心動的感覺！ 但我們真的知道這些欺騙風的裝備是如何工作的嗎？或者說“空氣動力學”到底意味著什麼? 這些空氣動力輪組能夠輕鬆地保持速度嗎? 當你騎得不是很快的時候，空氣動力學重要嗎? 你的騎行姿態夠氣動嗎? 我們聘請了業內頂尖的空氣動力學專家來解決這些亟待解決的疑問。以下是我們所這篇文章給大家帶來的乾貨。
空氣動力學的定義
在你騎行中要克服的所有阻力中，兩個最大的阻力是：空氣阻力和(當路面向上傾斜時)重力。 你可以呆在平地上騎行避免後者，但除非去月球旅行，否則你就不可能避開空氣阻力。 即使是在完全無風的日子裡，你騎車也會產生空氣阻力，而且你騎得越快，空氣阻力就越大。 當騎行速度超過每小時9英里（14.5公里）時，它就是最主要的阻力。 當騎行速度達到每小時30英里（48公里）時，你90%的動力都用於克服科學家所說的空氣阻力。 雖然空氣動力學是研究流動空氣的特性以及空氣與固體之間的相互作用，但作為騎行愛好者的你也應該瞭解如何減少阻力。 這裡快速回顧一下你面臨的兩種主要阻力：壓力差阻力和表面摩擦阻力。
壓力差阻力
當你騎行時，你與空氣粒子猛烈碰撞，空氣會被壓縮，然後在你身上流過時它們變得間隔開來；從前面到後面的氣壓差產生了阻力。 空氣動力學外形設計透過減小壓力差來減少壓力阻力，讓空氣在你前方更順暢地流動，減少你身後的低壓尾跡。
表面摩擦阻力
你的身體和移動的空氣粒子之間有摩擦，你周圍的空氣層之間也有摩擦。 你身體上方的空氣是靜止的；空氣快速、自由地流過身體。 這些區域之間的過渡產生了摩擦，產生了阻力。 可以透過減少表面摩擦阻力來減少總體阻力，就像你看到的高爾夫球上的蜂窩狀凹面或皮衣肩部的紋理材料。
澳大利亞莫納什大學應用空氣動力學博士，Cannondale設計工程師內森.巴里說:“表面光潔度透過使接近表面的空氣更加湍流而增加了面板摩擦。這樣做的好處是紊流邊界層有更好的能量傳遞，這使得氣流在圓形表面停留的時間更長，從而減少了壓力阻力。”
誰會從空氣動力學中受益？
有一種誤解，認為空氣動力學只在車手速度快時才重要。 “人們會說，‘我的速度不夠快，不需要空氣動力學裝置，’”巴里解釋道： “良好的空氣動力學也能為慢速騎手節省更多時間。”
的確，你速度得越快，消耗你力氣的空氣阻力就越大。 把你的速度從32公里/小時提高到64公里/小時，產生的並不是雙倍的空氣阻力，而是呈幾何數量增加的接近8倍的空氣阻力。“在接近每小時48公里的速度下，90%的動力都用於克服空氣阻力。” 巴里說：“即使在相對較慢的速度下，你的大部分力氣也會用於克服空氣阻力。 ”
巴里說：“在每小時16公里的速度下，一半的動力要克服空氣阻力。 你騎行速度越慢，空氣動力學就能幫你節省更多的時間，因為你花在路上的總時間更多。 如果你以每小時29公里的速度騎行，你仍然可以透過減少空氣阻力而節省大部分時間。”
▲就算在山地爬坡賽，爬坡車也完成了向氣動車的進化。（延伸閱讀參考：《流言終結者：空氣動力學車架等於爬坡慢？》）
▲氣動設計就像公路車的基因已經傳承到了各個領域，包括碎石車，馬山黨也為此歡欣鼓舞。
減少空氣阻力甚至可以幫助你更快地爬坡。 巴里說:“在大約6%坡度的地形上，一輛氣動外形設計的腳踏車將比輕型腳踏車更快，或者相當於更強壯的精英水平車手爬升7%坡度地形。” 在這個坡度上，同等重量情況你可以節省更多的力氣。
關於空氣動力學裝備我們需要知道的
當以功率來科學計算時，良好的空氣動力學可以等同於輕鬆地保持速度和節約身體能量。 你的氣動學裝備可以大大減少空氣阻力，所以你可以用更少的力氣騎得更遠更快。 讓我們來看看什麼是最重要的。
腳踏車
不列顛哥倫比亞省西蒙弗雷澤大學的空氣動力學運動研究顧問Len Brownlie博士說，你的腳踏車佔總阻力的30%，這是非常重要的，特別是對於那些在腳踏車上沒有使用空氣動力學騎行姿態的車手。 他說:“如果你身體靈活度不是很高，或者你的身體構造不能讓你長時間地保持空氣動力學騎行姿態，那麼一輛可以減少空氣阻力的腳踏車可以幫助你彌補這一點，不管你在任何時候，空氣動力學外形設計的腳踏車總是為你踏實而默默無聞地為你減阻。”
對於腳踏車本身來說，即使一開始騎腳踏車速度很快， 但管形氣動最佳化依然可以節省大量的時間。
舉個例子，在Cannondale的工程師測試SystemSix時，他們發現如果和另一輛普通公路車使用了相同的車輪，那麼在40K計時賽程中，SystemSix的車手可以節省兩分鐘的時間。SystemSix是該品牌設計的第一款徹底的空氣動力學公路車，而Evo是一款比賽用車。
如果你把空氣動力腳踏車和傳統的低框輪組賽車相比，節省的時間更接近3分鐘。 巴里說：“正確的操控駕駛艙設計有很大的影響，在空氣阻力的最前方，將傳統的圓管外形車把最佳化為氣動外形車把對減少阻力是非常重要的。”
▲Cannondale KNOT車把，傳統圓管被拍扁了就成了氣動管型。
▲SCOTT SYNCROS CRESTON IC SL
▲Bontrager Aeolus RSL
各大廠商推出的一體氣動車把，在這條路上，只有想不到，沒有做不出，大家都配上鏡受限於篇幅有限，就不一一列舉了。
▲Cannondale與Palace Skateboards推出的聯名塗裝款SystemSix氣動戰車
更為有趣的是，碟盤剎車不僅僅提高了減速或停止的制動能力， 巴里解釋道：這還是一個更符合空氣動力學的車架結構。 如果放棄傳統圈剎而採用碟剎，那麼在設計上就有很大的自由度。 在減阻方面，你會看到很多改進。”
騎行頭盔
根據布朗利的研究，在以每小時50公里速度行駛的40K賽程中，使用經典的氣動TT頭盔而不是標準的公路車頭盔可以為你節省超過1分鐘的時間。 但是TT頭盔是出了名的舒適度差和各種使用限制。 幸運的是，今天的氣動頭盔比以往任何時候都更好、更舒適。 “現代氣動頭盔，如Giro Vanquish和Specialized S-Works Evade II，在空氣動力學方面非常接近傳統的全覆蓋TT頭盔，但它們更舒適。”
▲Specialized S-Works Evade
▲Giro Vanquish
布朗利說道：“如果要選擇一個氣動頭盔來提高運動表現，我會選擇其中一個。”
騎行裝備
以40K計時賽為例，同樣功率相同的車手，穿著最先進的緊身騎行服的車手要比穿著一件不合身的俱樂部騎行服車手，領先超過兩分鐘完成比賽。布朗利說道，工程師把騎行服的減阻作為主要研究方向，他還曾與耐克公司合作開發了一款擾流器設計(有點像一系列小翅膀)的競技運動服。
布朗利說，對於田徑短跑運動員來說，他們可以減少10%的阻力，這相當於100米的成績提高1%。 “有一些腳踏車服裝製造商已經開發出類似的計時賽騎行服，這些有擾流效應充滿紋理質感的面料，把他們設計到肩膀，上臂到肘部，大腿等迎風面部位，這使得粗糙的空氣流過你的四肢和保持接近身體時產生更少的阻力。”
然而，布朗利指出：“這種減阻效果也存在著邊際遞減效應，我們最近對計時賽騎行服進行的風洞測試顯示，一些宇航服的設計可能因為有太多的紋理面料而走極端；我們測試的最低阻力套裝將紋理面料限制在肩膀和上臂，依靠與氣流對齊的接縫設計，面料非常光滑和緊緻。在我們的測試中，騎行服生產商Castelli、Sugoi和Bioracer提供了最好的減阻效果。”
▲曾被列入“UCI禁用”範圍的TT計時賽連體騎行服，經過風洞測試，可見Castelli騎行服強大的研發實力。
輪組
布朗利說：“車輪結構很複雜，再加上它們搭配了輪胎，可以極大地改變阻力。幾年前，我們用五家不同輪胎製造商生產的輪胎進行了相同的空氣動力學前輪測試。 我們驚訝地發現，選擇不同的輪組，車輪阻力的變化幅度高達9%。 但總的來說，60毫米到90毫米框高的輪圈會最大程度地減少空氣阻力。“
▲ROVAL RAPIDE CLX，前輪框高51mm，後輪框高60mm。
根據巴里對SystemSix和它的新款Knot64氣動輪組的研究，優秀的氣動輪組節省的時間是顯著的。 即使是在氣動外形公路車上，與典型的30毫米框高合金訓練輪組相比，氣動外形輪組也能在300瓦的40K TT賽上節省48秒。
騎手如何做到氣動騎行姿態?
當你想要減少阻力時，首先要看鏡子。 你，作為騎手，比你的腳踏車大，佔迎風抗阻總體截面的70%到80%，布朗利解釋道。 毫無疑問，降低你的軀幹可以明顯減少了迎風抗阻面和總體阻力。 在達到收益遞減點的速度比你想象的要快。 巴里和莫納什大學的一組研究人員進行了一項研究，他們模擬在騎行速度為45公里/小時風阻情況下，用一系列手部和身體姿勢來模擬精英公路賽和鐵人三項賽速度。
最高的阻力位置是經典的垂直騎行位置，騎手手握手變位置時，這需要430瓦克服空氣阻力。 手握下把位時可以節省一點能量，需要417瓦。 透過彎曲肘部和下壓腰部趴低時可以節省更多的能量，需要385瓦。 但最有效的空氣動力學姿勢實際上是手握手變，手臂彎曲，前臂與地面平行。 在這種姿勢下，車手只需要372瓦的功率，相比最初的手變位姿勢節省了13.4%的功率。
▲三種不同的騎行姿態，可以看到圖三比圖一更為有效的降低了軀幹位置，減少了風阻，節省了功率。
（關於以上九種騎行姿勢的延伸學習大家可以閱讀這篇：《學術派丨9種騎行姿勢哪家強？讓資料來告訴你》）
對於一個在40K計時賽程中輸出300瓦功率的車手來說，簡單的姿勢調整(彎曲肘部和降低軀幹)，就可以從起點到終點縮短近3分鐘。
▲TT騎行姿態
但事實證明，有一種看法被過度氣動化渲染了。 研究表明，隨著車手騎行姿勢的改變也會影響他們的呼吸和功率輸出。 在一項研究中，19名訓練有素的車手進行了一系列的力量測試，從軀幹與水平方向呈24°角開始，逐漸下降到0°角（或儘可能接近0，當然不是每個車手的腰部都能柔韌到爬得如此之低）。 測試的每個效能引數：包括功率、心率、踏頻、V02 max和峰值功率輸出都隨著軀幹角度的下降而惡化。
功率輸出從最高位下降到最低位，下降了14%(51瓦)。 當然，車手的迎風截面也減少了(最多14%)，因為他們騎行姿態變得更低了，所以他們在現實世界的條件下會有更多的空氣動力學優勢。 然而，研究人員得出的結論是，最低坐姿阻礙了車手的最佳功率輸出表現，這使得即便是訓練有素的PRO們也應該避免這種坐姿。所以對於氣動騎行姿態，這是一個在功率輸出受損和獲得空氣動力優勢之間的權衡博弈，各有利弊。
Peaks Coaching Group的功率訓練專家亨特·艾倫(Hunter Allen)說:“用功率計來測試自己是相當簡單可行的，除此之外你也可以簡單地用速度和RPE(自感用力的頻率)來測試。” 以下是他的建議:
設定一個基準線：找一段平坦的路，這樣你就可以不受干擾地騎車了。 把你的腳踏車碼錶蓋起來，這樣你就看不見你的騎行資料了。 然後，用你的正常騎行姿態，以6級的RPE（1——10級，6級為略感吃力，10級是你能做到的最大難度。）做兩次折返騎行，檢查並記錄你的平均速度。
自我測試：將軀幹降低幾度。 同樣，不要看你的騎行資料，在相同的RPE上重複測試。 檢查並記錄你的平均速度。 以逐漸降低的騎行姿勢重複這個測試(不要讓自己筋疲力盡)，直到你的平均速度減慢。
伸展和訓練：保持你的最低位騎行姿勢，堅持三週，每週至少騎車三次，包括在週末的長距離騎行，在這段時間裡，每天伸展你的腿筋、臀肌、小腿、股四頭肌和臀部屈肌。
重新測試：三週後，重新測試自己，看看你現在是否能在那個姿勢騎得更快。 如果是，再低一點，看看能不能再低一點。 如果不是，將你的姿勢恢復到你記錄的最快平均速度。
