你该换姿势了！专业分析风阻与骑行的关系

舒阳apple

                                                                                                   

　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（DiscWheel），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。

▶▶ 车架&前叉v.s.风阻

　　至于车架以及前叉，由于各家设计差异极大，所能减少之风阻系数与有效迎风面积也相去甚远，对于侧风阻力减少的效果也各异。

自行车行进过程中，车架&前叉与风阻关系甚大▲

　　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。

　　至于前叉方面，理论上目前常见的登山车圆柱型避震前叉，如果改为相同直径的流线型，空气阻力约可以减少90%，不过体积与重量也会相对增加（为了配合避震机构）。当然，适当的低风阻设计可在减少阻力与增加重量寻找出平衡点，但其成本的增加则是无可避免，再加上一般的登山车骑乘速度较慢，强调的是Off- road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。

　　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奥妙！