骑车、编队骑行与风阻

悉尼

<P>当你看到两队骑自行车的人，一队是排着一、两行长长的纵队，用整齐的快速踏频和严整的纵列队型飞驰而过；一队是三五成横行，乱哄哄的一堆骑过，你觉得哪一队更省力、更专业一些？</P>
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<P>如果有人说，“我骑着躺车，在平路上敢在100公里的距离内和阿母斯特朗较量一下！”你相信吗？</P>
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<P>问题的核心，就是空气阻力，我们叫做“风阻”。</P>

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<P>为什么会产生风阻呢？我们来形象地想象一下：</P>
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<P>空气是由许多无穷小和作无规则的质点组成，它们之间有很大的距离，是一种稀薄介质，能被一快速运动的物体所压缩。例如在炮弹的前方空气被压缩时，炮弹自身会直接感受到一种全新的力，即空气弹性力。欧拉对这一现象也解释说：“当速度增加时，从某一速度开始，流体质点被压缩，而且随着物体运动速度的提高越来越厉害，质点之间的距离减小，物体的正前方，流体的压强增高；而它的后方则正好相反。这样，在高速时物体所受的阻力大一些，低速时小一些”。</P>
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<P>换句话说，当你以20公里/小时的速度运动时，假如你腿部发出功率为400W，它克服空气的阻力，那么当你以40公里/小时的速度时，你腿部的功率就需要1600W来克服风阻。</P>

晴骑车雨读书

以后集体出行，我们也多练练 编队骑行 ，这次去大学城第一次编队骑行，感觉精神百倍 :_hjll  （不会插了悉尼教授的队吧 貌似帖子还没完）

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车辆在行驶时，所要克服的阻力有：机件损耗阻力、轮胎产生的滚动阻力(一般也称做路阻)和空气阻力。  随著车辆行驶速度的增加，空气阻力逐渐成为最主要的行车阻力。

在婆娑舞动的树阴下，轻快地踩着踏板，自在地欣赏着周遭的美景，两旁尽是虫鸣鸟叫、群蝶飞舞、微风徐徐，实为人间一大享受！但是，这种景象只出现在幻想中，在真实的世界里骑单车，夏天艳阳高照的时候，一丝凉风都没有，只有满身大汗与湿透的车衣；冬天冻得直发抖的时候，寒风大到手指冻到边煞车都快按不动，风似乎总是跟自行车骑士过不去。

从某个角度来看，的确是如此！当自行车骑士在空气中运动的时候，空气对骑行者施加一股力量，称为空气阻力，又称风阻（Drag）。研究这种物体对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，就像是研究骑单车的风阻以及研究飞机如何在空中飞行的道理是相同的！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，不亚于传动系统的摩擦阻力，所以千万别小看它。

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<P>空气阻力实际上与有效迎风面积（Effective Frontal Area）、前进速度（Veloity）的平方以及阻力系数（DragCoefficent）成正比。因此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。</P>
<P><BR>换而言之，先考虑车辆摩擦等其它阻力，假设你以正姿骑乘，20km/hr前进，所受的空气阻力大约为10牛顿（Nt，一种力量单位，提起一瓶1000cc矿泉水所需的力量约等于9.8牛顿）。因此你的腿只要施力超过10牛顿，就可以维持这个速度前进，但如果想要加速一倍到40km/hr时，就需要面对40牛顿的空气阻力，你的腿必须提供四倍的力量才行。<BR>这也就是为什么逆风与顺风骑车时，感觉会差那么多。如果车友想以20km/hr前进，当无风的时候需要出10牛顿的力量，在顺风10km/hr（风级2级，为轻风Slight Breeze，人面感觉有风，树叶摇动，亦为普通之风标转动）的情况下，对于空气的前进速度只有10km/hr（20-10=10），所以只要出2.5牛顿的力量就可以，但在逆风10km/hr时，相对于空气的前进速度是30km/hr（20+10=30），所需要的力量也由10牛顿增加到22.5牛顿。</P>

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<P>（冬季起风时多超过40km/h，而超过62km/h就算是台风。）</P>
<P><BR>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。</P>
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<P><BR>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。如果说，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。</P>
<P><BR>将身体压低以减少风阻的效果十分显著，因此在90年代自行车界发展出现各种不同的尝试，许多方式亦沿用至今。最有名的当属自行车传奇人物Graeme Obree，他于1993年首创“Tuck”式，将手臂完全缩于胸部下方，以减少有效迎风面积与风阻系数，一举打破世界纪录（1小时骑51.596公里）。但这种方式起步速度较慢，加上UCI的限制，使得“Tuck”式成为绝响。因此95年Obree更进一步发展出“Supeman Position”，将手臂完全伸展，同样能减少阻力且速度更快，英国名将Chris Boardman即于96年以此姿势将世界纪录推至56.375km/h（平路，无风条件下。至今仍未被打破）。</P>
<P><BR>至于几年前风行于欧洲（尤其是荷兰），最近又再度引领潮流的躺车，除了骑乘时不用弯腰，背部有足够的支撑，感觉较舒适外，其风阻也较传统正姿骑乘减少约40~60%（视车型而定）上下。虽然减低风阻的效果和弯姿随乘差不多，但对于一般车友而言，躺车的姿势显然是舒服多了。</P>

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<P>比赛战术与风阻</P>
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<P>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。</P>
<P><BR>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。</P>
<P><BR>至于自行车本身，也出现许多低风阻系数的设计。1984年洛杉矶奥运，美国队利用新设计无钢丝碳纤维碟轮以及低风阻设计的车架，取得大幅度的优势。而在1988年奥运时，许多国家也跟进改用各式低风阻设计的零配件，从轮组、车架、前叉、把手、车鞋、车衣与安全帽等，能够换的全部换了！<BR><BR>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。</P>
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<P>在轮组上（主要是公路车），一种减少空气阻力的方法是用封闭轮或扁辐条，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。<BR></P>
<P>车架方面，以1984年洛杉矶奥运美国队所采用的低风阻车架（Huffy制造）为例，无风时大约可减少5%的阻力，而10度侧风时竟能减少12%的阻力，让美国队在1984、1988两届奥运因而大放异彩，在场地赛共拿下两金、两银及一铜。<BR></P>
<P>至于前叉方面，理论上目前常见的山地车圆柱型避震前叉，如果改为相同直径的流线型，空气阻力约可以减少9%，不过体积与重量也会相对增加（为了配合避震机构），其成本的增加不可避免，加上一般的山地车骑乘速度较慢，强调的是Off-road时的舒适性与操控性，所以低风阻设计仍不常见。至于公路车因为不需考虑避震机构，前叉直径较小，且时速较快（别忘了，阻力与速度的平方成正比），所以现在的跑车前叉有越来越多各式低风阻设计的出现。</P>
<P><BR>事实上，自行车风阻的问题相当复杂，但对于爱好骑车而非科学家的一般车友，能在选购低风阻设计零组件时，有概念知道该如何选择适合自己的产品就足够了。而车友们下次骑车的时候，除了享受追风的乐趣外，也可以亲身体验一下空气动力学的奥妙。</P>

小土

长知识了 去大学城回来的时候编队骑行就是省力 两个公路车打的头 辛苦了

一苇

“领骑选手较其后选手约多3倍的空气阻力，”看了教授的帖子才知道领骑这么辛苦，多谢每次活动领骑的车友！