你该换姿势了!专业分析风阻与骑行的关系

当自行车骑士在空气中运动的时候 , 空气支对骑士施加一股力量 , 称为空气阻力 , 又称风阻(Drag) 。 研究这种物体民气体作相对运动情况下的受力特性 , 即为空气动力学(Aerodynamics),科学家对此已有相当程度的研究 。 虽然一般人看不见它 , 对它的感受也只限于骑快的时候会有呼呼的风从脸旁吹过 , 但它对于骑士的踩踏能量损耗 , 可不亚于传动系统的摩擦阻力 , 所以千万别小看它!
空气阻力实际上与有效迎风面积(EffectiveFrontalArea)、前进速度(Veloity)的平方以及阻力系数(DragCoefficent)成正比 。 当有效迎风面积增加1倍时 , 阻力会增加一倍;而阻力系数增加一倍 , 阻力也会增加一倍;但是速度增加一倍时 , 阻力则会增加三倍 , 变成原先的四倍 。 因为空气阻力的影响如此之大 , 在1970、1980年代 , 科学家们进行广泛而深入的研究不论是从理论分析、数值仿真或利用风洞测试等 , 所获得的结论都成为后来骑乘姿势、比赛战术与自行车设计等的重要参考依据 。
?? 骑乘姿势V.S.风阻
在骑乘姿势方面 , 根据实验结果 , 假设采正姿骑乘(一般骑淑女车的姿势) , 以时速20km/h前进 , 所受的空气阻力约为10牛顿 。 而如果将身体弯下来 , 像场地赛选手那样地骑乘 , 大约可减少55%的空气阻力 , 因此一般跑车选手会尽量压低自己的身体 。 如果是采用轮车的方式 , 弯姿骑乘的领骑选手空气阻力仍是减少 55% , 但在其后的选手可以较正姿骑乘减少86%的阻力 , 等于只要花原先1/7的力量就可以克服空气阻力 。
各姿势对风阻的影响 , 你该换姿势了!
?? 比赛战术V.S.风阻
在整个车队前进的情况下 , 领骑选手较其后选手约多3倍的空气阻力 , 因此允许自行车的团队比赛中(目前UCI多数的画队赛都允许) , 战术如何的运用就显得格外重要 。
一般而言 , 各队都会有副将骑在主将前面 , 帮他挡风 , 让主将保留体力至最后冲刺 , 因此也衍生出各种战术应用 , 如领先集团、主集团、领骑、掩护、攻击、追赶等 , 都是各种战术中所用的专用名词 。 而自行车比赛战术之复杂技巧之细腻 , 也由此可见一斑 。
而在整个自行车运动中 , 人体所占的有效迎风面积比例最高 , 风阻系数也较高 , 产生之空气阻力约 占整体阻力的60% , 所以采用低风阻的骑乘姿势对于减小阻力非常有帮助 。 其次是轮组 , 因为轮组除了本身在空气中运动的阻力外 , 钢丝在旋转时亦会产生阻力 ,整体轮组约占了整个阻力8% , 因此采用低风阻的轮组亦会有相当助益 , 各家轮组厂也无不挖空心思进行改良 , 希望能有效减少风阻 。 至于车架的影响约与轮组相 当 , 也在8%左右 , 所以车架设计如何在轻量化、高刚性与低风阻间取得较佳平衡点 , 一直是各车厂不停努力研究的焦点 。
?? 轮组v.s风阻
改用低风阻轮组可以发现 , 前轮之影响后轮大 , 这是因为前轮为整辆车最先接触到空气的部分 , 所以在前轮下功夫是较具经济效应 。 至于后轮 , 由于空气经过人体 , 已产生扰流 , 如以同样的方式改进后轮 , 其效果没有前轮显著 。
最先出现的低风阻设计是碟轮(Disc Wheel) , 因完全没有钢丝 , 正向风阻最小 , 结构刚性也最佳 , 并提供了最高的转动惯量 , 常见于场地赛或计时赛 。 不过侧风时 , 由于轮组所受的风力过大 , 会影响骑乘操控性与稳定性 , 使用上仍有其安全顾虑 , 不适合一般道路骑乘 。
再来则是采用低风阻辐条取代钢丝 , 风阻的确降低了 , 不适由于辐条体积较钢线大 , 在重量上失去优势 。 为了轻量化 , 碳织维成为该型轮组的主流材料 , 但其价格与制 造难度偏高 , 使得这种低风阻轮组仍属于贵族产品 。 最后一种是现在市面上最常见到的方式 , 直接减少钢丝数量 , 利用高强度的钢丝(或钛丝)取代旧有钢丝 , 并搭 配高强度设计的多层轮圈 , 可同时达到降低风阻以及重量的双重理想目标 。 目前主要的轮组厂商都有推出这类轮组 , 钢丝数从传统的32条减少到24~16条 , 钢丝编法之设计理论各不相同 , 车友可作多方比较 , 选择适合自己的轮组 。

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