骑自行车的人都喜欢空气动力学的装备：空气动力学自行车，空气动力学轮组，空气动力学骑行头盔，甚至空气动力学智能码表，Oh，糟糕这是心动的感觉！ 但我们真的知道这些欺骗风的装备是如何工作的吗？或者说“空气动力学”到底意味着什么? 这些空气动力轮组能够轻松地保持速度吗? 当你骑得不是很快的时候，空气动力学重要吗? 你的骑行姿态够气动吗? 我们聘请了业内顶尖的空气动力学专家来解决这些亟待解决的疑问。以下是我们所这篇文章给大家带来的干货。

空气动力学的定义  

在你骑行中要克服的所有阻力中，两个最大的阻力是：空气阻力和(当路面向上倾斜时)重力。 你可以呆在平地上骑行避免后者，但除非去月球旅行，否则你就不可能避开空气阻力。 即使是在完全无风的日子里，你骑车也会产生空气阻力，而且你骑得越快，空气阻力就越大。 当骑行速度超过每小时9英里（14.5公里）时，它就是最主要的阻力。 当骑行速度达到每小时30英里（48公里）时，你90%的动力都用于克服科学家所说的空气阻力。 虽然空气动力学是研究流动空气的特性以及空气与固体之间的相互作用，但作为骑行爱好者的你也应该了解如何减少阻力。 这里快速回顾一下你面临的两种主要阻力：压力差阻力和表面摩擦阻力。  

压力差阻力  

当你骑行时，你与空气粒子猛烈碰撞，空气会被压缩，然后在你身上流过时它们变得间隔开来；从前面到后面的气压差产生了阻力。 空气动力学外形设计通过减小压力差来减少压力阻力，让空气在你前方更顺畅地流动，减少你身后的低压尾迹。  

表面摩擦阻力  

你的身体和移动的空气粒子之间有摩擦，你周围的空气层之间也有摩擦。 你身体上方的空气是静止的；空气快速、自由地流过身体。 这些区域之间的过渡产生了摩擦，产生了阻力。 可以通过减少表面摩擦阻力来减少总体阻力，就像你看到的高尔夫球上的蜂窝状凹面或皮衣肩部的纹理材料。

澳大利亚莫纳什大学应用空气动力学博士，Cannondale设计工程师内森.巴里说:“表面光洁度通过使接近表面的空气更加湍流而增加了皮肤摩擦。这样做的好处是紊流边界层有更好的能量传递，这使得气流在圆形表面停留的时间更长，从而减少了压力阻力。”  

有一种误解，认为空气动力学只在车手速度快时才重要。 “人们会说，‘我的速度不够快，不需要空气动力学设备，’”巴里解释道： “良好的空气动力学也能为慢速骑手节省更多时间。”

的确，你速度得越快，消耗你力气的空气阻力就越大。 把你的速度从32公里/小时提高到64公里/小时，产生的并不是双倍的空气阻力，而是呈几何数量增加的接近8倍的空气阻力。“在接近每小时48公里的速度下，90%的动力都用于克服空气阻力。” 巴里说：“即使在相对较慢的速度下，你的大部分力气也会用于克服空气阻力。 ”  

巴里说：“在每小时16公里的速度下，一半的动力要克服空气阻力。 你骑行速度越慢，空气动力学就能帮你节省更多的时间，因为你花在路上的总时间更多。 如果你以每小时29公里的速度骑行，你仍然可以通过减少空气阻力而节省大部分时间。”  

▲就算在山地爬坡赛，爬坡车也完成了向气动车的进化。（延伸阅读参考：《流言终结者：空气动力学车架等于爬坡慢？》）

▲气动设计就像公路车的基因已经传承到了各个领域，包括碎石车，马山党也为此欢欣鼓舞。

减少空气阻力甚至可以帮助你更快地爬坡。 巴里说:“在大约6%坡度的地形上，一辆气动外形设计的自行车将比轻型自行车更快，或者相当于更强壮的精英水平车手爬升7%坡度地形。” 在这个坡度上，同等重量情况你可以节省更多的力气。  

当以功率来科学计算时，良好的空气动力学可以等同于轻松地保持速度和节约身体能量。 你的气动学装备可以大大减少空气阻力，所以你可以用更少的力气骑得更远更快。 让我们来看看什么是最重要的。

自行车  

不列颠哥伦比亚省西蒙弗雷泽大学的空气动力学运动研究顾问Len Brownlie博士说，你的自行车占总阻力的30%，这是非常重要的，特别是对于那些在自行车上没有使用空气动力学骑行姿态的车手。 他说:“如果你身体灵活度不是很高，或者你的身体构造不能让你长时间地保持空气动力学骑行姿态，那么一辆可以减少空气阻力的自行车可以帮助你弥补这一点，不管你在任何时候，空气动力学外形设计的自行车总是为你踏实而默默无闻地为你减阻。”  

对于自行车本身来说，即使一开始骑自行车速度很快，  但管形气动优化依然可以节省大量的时间。

举个例子，在Cannondale的工程师测试SystemSix时，他们发现如果和另一辆普通公路车使用了相同的车轮，那么在40K计时赛程中，SystemSix的车手可以节省两分钟的时间。SystemSix是该品牌设计的第一款彻底的空气动力学公路车，而Evo是一款比赛用车。 

如果你把空气动力自行车和传统的低框轮组赛车相比，节省的时间更接近3分钟。 巴里说：“正确的操控驾驶舱设计有很大的影响，在空气阻力的最前方，将传统的圆管外形车把优化为气动外形车把对减少阻力是非常重要的。”  

▲Cannondale KNOT车把，传统圆管被拍扁了就成了气动管型。

▲SCOTT SYNCROS CRESTON IC SL

▲Bontrager Aeolus RSL

各大厂商推出的一体气动车把，在这条路上，只有想不到，没有做不出，大家都配上镜受限于篇幅有限，就不一一列举了。

▲Cannondale与Palace Skateboards推出的联名涂装款SystemSix气动战车

更为有趣的是，碟盘刹车不仅仅提高了减速或停止的制动能力， 巴里解释道：这还是一个更符合空气动力学的车架结构。 如果放弃传统圈刹而采用碟刹，那么在设计上就有很大的自由度。 在减阻方面，你会看到很多改进。”  

骑行头盔  

根据布朗利的研究，在以每小时50公里速度行驶的40K赛程中，使用经典的气动TT头盔而不是标准的公路车头盔可以为你节省超过1分钟的时间。 但是TT头盔是出了名的舒适度差和各种使用限制。 幸运的是，今天的气动头盔比以往任何时候都更好、更舒适。 “现代气动头盔，如Giro Vanquish和Specialized S-Works Evade II，在空气动力学方面非常接近传统的全覆盖TT头盔，但它们更舒适。”

▲Specialized S-Works Evade

▲Giro Vanquish

布朗利说道：“如果要选择一个气动头盔来提高运动表现，我会选择其中一个。”  

骑行装备 

以40K计时赛为例，同样功率相同的车手，穿着最先进的紧身骑行服的车手要比穿着一件不合身的俱乐部骑行服车手，领先超过两分钟完成比赛。布朗利说道，工程师把骑行服的减阻作为主要研究方向，他还曾与耐克公司合作开发了一款扰流器设计(有点像一系列小翅膀)的竞技运动服。  

布朗利说，对于田径短跑运动员来说，他们可以减少10%的阻力，这相当于100米的成绩提高1%。 “有一些自行车服装制造商已经开发出类似的计时赛骑行服，这些有扰流效应充满纹理质感的面料，把他们设计到肩膀，上臂到肘部，大腿等迎风面部位，这使得粗糙的空气流过你的四肢和保持接近身体时产生更少的阻力。”  

然而，布朗利指出：“这种减阻效果也存在着边际递减效应，我们最近对计时赛骑行服进行的风洞测试显示，一些宇航服的设计可能因为有太多的纹理面料而走极端；我们测试的最低阻力套装将纹理面料限制在肩膀和上臂，依靠与气流对齐的接缝设计，面料非常光滑和紧致。在我们的测试中，骑行服生产商Castelli、Sugoi和Bioracer提供了最好的减阻效果。”  

▲曾被列入“UCI禁用”范围的TT计时赛连体骑行服，经过风洞测试，可见Castelli骑行服强大的研发实力。

轮组

布朗利说：“车轮结构很复杂，再加上它们搭配了轮胎，可以极大地改变阻力。几年前，我们用五家不同轮胎制造商生产的轮胎进行了相同的空气动力学前轮测试。 我们惊讶地发现，选择不同的轮组，车轮阻力的变化幅度高达9%。 但总的来说，60毫米到90毫米框高的轮圈会最大程度地减少空气阻力。“ 

▲ROVAL RAPIDE CLX，前轮框高51mm，后轮框高60mm。

根据巴里对SystemSix和它的新款Knot64气动轮组的研究，优秀的气动轮组节省的时间是显著的。 即使是在气动外形公路车上，与典型的30毫米框高合金训练轮组相比，气动外形轮组也能在300瓦的40K TT赛上节省48秒。  

当你想要减少阻力时，首先要看镜子。 你，作为骑手，比你的自行车大，占迎风抗阻总体截面的70%到80%，布朗利解释道。  毫无疑问，降低你的躯干可以明显减少了迎风抗阻面和总体阻力。 在达到收益递减点的速度比你想象的要快。 巴里和莫纳什大学的一组研究人员进行了一项研究，他们模拟在骑行速度为45公里/小时风阻情况下，用一系列手部和身体姿势来模拟精英公路赛和铁人三项赛速度。

最高的阻力位置是经典的垂直骑行位置，骑手手握手变位置时，这需要430瓦克服空气阻力。 手握下把位时可以节省一点能量，需要417瓦。 通过弯曲肘部和下压腰部趴低时可以节省更多的能量，需要385瓦。 但最有效的空气动力学姿势实际上是手握手变，手臂弯曲，前臂与地面平行。 在这种姿势下，车手只需要372瓦的功率，相比最初的手变位姿势节省了13.4%的功率。

▲三种不同的骑行姿态，可以看到图三比图一更为有效的降低了躯干位置，减少了风阻，节省了功率。

（关于以上九种骑行姿势的延伸学习大家可以阅读这篇：《学术派丨9种骑行姿势哪家强？让数据来告诉你》）

对于一个在40K计时赛程中输出300瓦功率的车手来说，简单的姿势调整(弯曲肘部和降低躯干)，就可以从起点到终点缩短近3分钟。  

▲TT骑行姿态

但事实证明，有一种看法被过度气动化渲染了。 研究表明，随着车手骑行姿势的改变也会影响他们的呼吸和功率输出。 在一项研究中，19名训练有素的车手进行了一系列的力量测试，从躯干与水平方向呈24°角开始，逐渐下降到0°角（或尽可能接近0，当然不是每个车手的腰部都能柔韧到爬得如此之低）。 测试的每个性能参数：包括功率、心率、踏频、V02 max和峰值功率输出都随着躯干角度的下降而恶化。

 功率输出从最高位下降到最低位，下降了14%(51瓦)。 当然，车手的迎风截面也减少了(最多14%)，因为他们骑行姿态变得更低了，所以他们在现实世界的条件下会有更多的空气动力学优势。 然而，研究人员得出的结论是，最低坐姿阻碍了车手的最佳功率输出表现，这使得即便是训练有素的PRO们也应该避免这种坐姿。所以对于气动骑行姿态，这是一个在功率输出受损和获得空气动力优势之间的权衡博弈，各有利弊。  

Peaks Coaching Group的功率训练专家亨特·艾伦(Hunter Allen)说:“用功率计来测试自己是相当简单可行的，除此之外你也可以简单地用速度和RPE(自感用力的频率)来测试。” 以下是他的建议:  

设定一个基准线：找一段平坦的路，这样你就可以不受干扰地骑车了。 把你的自行车码表盖起来，这样你就看不见你的骑行数据了。 然后，用你的正常骑行姿态，以6级的RPE（1——10级，6级为略感吃力，10级是你能做到的最大难度。）做两次折返骑行，检查并记录你的平均速度。  

自我测试：将躯干降低几度。 同样，不要看你的骑行数据，在相同的RPE上重复测试。 检查并记录你的平均速度。 以逐渐降低的骑行姿势重复这个测试(不要让自己筋疲力尽)，直到你的平均速度减慢。  

伸展和训练：保持你的最低位骑行姿势，坚持三周，每周至少骑车三次，包括在周末的长距离骑行，在这段时间里，每天伸展你的腿筋、臀肌、小腿、股四头肌和臀部屈肌。  

重新测试：三周后，重新测试自己，看看你现在是否能在那个姿势骑得更快。 如果是，再低一点，看看能不能再低一点。 如果不是，将你的姿势恢复到你记录的最快平均速度。  

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