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学术派丨9种骑行姿势哪家强?让数据来告诉你

发布日期:2017-07-04

近年来,气动车的概念大热,几乎所有品牌都推出了主打空气动力性能的车型,让人挑花了眼。

众所周知,在骑行过程中,空气阻力占到了全部阻力的80%以上,而这其中,车手身体产生的风阻又占到了大头,因此在提升自行车硬件气动性能的同时,如何进一步优化骑行姿势来减少空气阻力,成了颇受关注的课题,也难怪大牌车手都要进风洞吹一吹,毕竟减少风阻换来的速度提升是最直截了当的。 

对于业余自行车和铁三爱好者无福享受进风洞的待遇,小编给大家找了这么一篇研究文献,可以对大家优化自己的骑行风阻起一些参考作用。本期学术派为大家介绍的便是这篇发表于2015年《体育工程和科技》(Journal of Sports Engineering and Technology)期刊的文章《空气动力性能与公路及铁三骑行姿势》(Aerodynamic Performance and Riding Posture in Road Cycling andTriathlon)。

小编注:本文烧脑,结论惊人!


骑行姿势与实验目的

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车手的骑行姿势对于其产生的风阻大小有直接的影响。通常研究文献中关注较多的骑行姿势有4种:

1.上把位,即双手握在车把把横处;

2.手变位,此乃最常见的公路骑姿,双手抓在手变头处;

3.下把位,即抓握车把的下弯处; 

4.TT姿势,即屈肘前臂靠拢,置于车把把横上。

一般认为,以上4种骑姿的风阻从低到高依次为4 < 3 < 2 < 1,而有研究显示,TT姿势对比下把位,减少的风阻可以多达5-30%。

就TT姿势本身而言,细节上的差异所导致的风阻的大小差别也可达10%,因此仍有进一步优化的空间。对于公路大组赛,虽然大部分时间车手都在集团中骑行,但也有一些特定场合下,空气动力学性能显得非常关键,如冲刺,突围等。

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自上世纪90年代中期以后,ITU铁三精英组别就开始允许跟车,而规则允许使用的休息把在长度上不能超过手变头,这种在公路车上的TT骑姿,不仅在ITU精英组的铁三赛中出现,我们也会在公路大组赛中见到,尤其是在领骑或是突围时。

本研究的目的就是通过风洞测试来探究上述这些常见的公路及铁三骑行姿势之间的区别,帮助运动员和教练更好地利用骑姿的优化,提高运动表现。

实验方式及实验对象

实验在莫纳什大学风洞内进行,风速恒定为45km/h。实验结果取同一骑行姿势下两轮30秒测试的均值。实验选取的偏航角(Yaw angle)为0度,即风从车手的正前方吹来。

作者坦言在现实环境中,带有一定偏航角的侧风更为多见,但是在侧风环境中,对车手及自行车产生阻力的因素不止侧向的气流,还有侧向力、滚动力矩和偏航力矩等均作用在人和车这个系统上,由于该实验所用风洞本身的测量局限性,为保证结果客观可信,故选取0度偏航角。

受试者为国家级精英选手,所使用的公路自行车装备有符合ITU规则的短休息把,所用轮组为30mm低框轮,自行车后轮固定,前轮在骑行时可以有自由的侧向转动,风洞实验中,受试者保持如户外骑行时一致的踩踏。

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实验相关参数,从上到下依次为:车手体重,车重,滚阻系数,车轮滚动产生的风阻,传动效率系数,空气密度,车速


实验过程

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实验共测试了9种不同的骑行姿势,分别是:

手变位(以此骑姿为其余8种姿势的参照点); 

下把位; 

下把位,并屈肘降低躯干角度; 

下把位,屈肘,低头眼睛向下看; 

手变位,屈肘,前臂水平; 

TT姿势,使用符合ITU规则的短休息把; 

TT姿势,降低头的高度,收窄肩膀; 

TT姿势,低头眼睛向下看; 

TT姿势,把头埋进双臂之间。

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▲测试的9种骑行姿势,右边是姿势所对应的迎风面积

为了更好地将空气动力性能和实际骑行运动表现结合起来,本实验还计算了克服各种阻力所需的功率。

一般来说,车手在实际环境中骑行需要克服的阻力包含:风阻(AT)、滚动阻力(RR)、车轮轴承内阻(WB)、势能的变化(PE,指爬升)、动能的变化(KE,指加减速)。最后还要考虑到传动系统的传动效率(EC)。

因此,车手需要输出功率克服的阻力可表示为:

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在本实验中,需要考虑的阻力因素为AT、RR、WB和EC。因此:

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最终可表示为:

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这9种不同的骑行姿势,为了克服空气阻力所需的功率如下表所示:

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▲右侧的Delta power为以骑姿1(上把位)为参考点的功率差

以骑姿1(手变位)为参照点,其余8中骑行姿势所减少的风阻和节省的功率的百分比,如下图所示:

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下面是大家最关心的时间节省了。40KM,恒定输出功率300w的情况下,以骑姿1(手变位)为参照点,其余8中骑行姿势所节省的时间(秒)

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再带大家复习下实验中测试的9种骑行姿势:

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▲9种骑行姿势的侧面观

实验结论

结果很有意思:

1.在纯公路车配置下(不使用短休息把),仅仅抓握下把,只比标准的手变位节省了3%的功率。

2.而纯公路配置下最快的姿势竟然不是握下把,而是抓手变头并屈肘,使前臂水平,这个姿势相比标准手变位节省了将近14%的功率。

3.TT姿势下,看起来快到飞起的骑姿9(把头埋进双臂之间),其实和标准的TT姿势(骑姿6)相差无几。更糟糕的是在TT姿势下低头眼睛向下看(骑姿8),和骑姿5差不多,这休息把算是白瞎了。

4.TT姿势下最快的是骑姿7,即收窄肩膀,降低头部高度,这个姿势对比骑姿1可节省17%的功率。

开元观点

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自行车爱好者中有人坚持“轻量至上”,有人强调“发动机最重要”,也有人认为气动性是高手们考虑的,自己骑得慢,无所谓。

实际上,空气阻力是无处不在的,即便是20km/h出头的时速,空气阻力仍然是大头,而且当你骑行速度较慢时,完成一定距离所需的时间也更长,换句话说,需要去克服空气阻力的时间也就较长,因此气动性对你的骑行仍然会有很大的影响。我一直认为,功率和气动性并不矛盾,完全可以“两手抓,两手都要硬”。一方面,你可以苦练内功,切实提高自己的功率输出和骑行能力;另一方面,通过器材和骑行姿势的优化,获取“买来”的速度,何乐而不为呢?本文就为各位的实践提供了切实可行的参考依据,大家不妨一试,有功率计的甚至可以自己做下比较。当然,安全第一,而且上面的数据也证明了,危险动作(低头,眼睛向下看)并不见得会更快,所以骑行时还是要看路看车!


文末福利

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