气动玄学之锁鞋鞋套性能真相揭秘

   2018-01-25 09:04

在小编的印象中,从三四年前开始,自行车界刮起了一阵气动旋风。人们不单单满足于追求更加气动的车架和轮组设计,转而开始用空气动力学将全身武装起来。仿佛一瞬间,头盔上的坑坑洼洼被填充抹平,变成了气动头盔;有的骑行服有了气动剪裁和气动面料;有的锁踏有了更加气动的造型;牙盘、刹车、轮胎也纷纷为了气动改变了设计;甚至某家码表架也开始号称自己可以为车手节省功率……

在这一阵气动狂潮之下,不少厂家推出了有气动设计的锁鞋。有很多玩家也开始投身锁鞋套的怀抱。那么,不同的锁鞋对气动究竟有多大的影响呢?今天,小编为大家带来一篇《自行车鞋的空气动力学效果》,文章原名《Cycling Shoes Aerodynamic》,2010年发表于国际体育工程协会。


众所周知,在自行车运动中,绝大多数的骑行功率被用于对抗空气阻力。对于运动员骑行姿态、头盔、骑行服等相关因素,很多研究都给出了相应的空气动力学分析。然而对于锁鞋的研究与上述研究不同,因为在骑行过程中脚部的活动会导致锁鞋姿态的改变,因此单一姿态的静态空气动力学分析并不具备代表性。

在骑行过程中,锁鞋相对风的运动主要来自两方面:1)自行车整体的运动方向;2)车手的踩踏方向。因此,最好的测试方法是让运动员在真实踩踏的情况下进行风洞测试,然而由于因素众多而锁鞋对气动的影响相对较小,这一测试不一定能够真正反映锁鞋的空气动力学效果。因此,作者选择制作机械结构模拟锁鞋的运动。

首先,作者对真实的运动员骑行影像进行分析,测定在一个踩踏周期内,脚踝角度、锁鞋迎风角度和曲柄角度之间的关系。

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之后,作者制作了如下的实验装置在真实风洞中进行测试:

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在测试中,作者选用了三种锁鞋设置:

1)一双使用鞋带的锁鞋,将鞋带系紧;

2)一双使用卡扣的锁鞋,将卡扣锁紧;

3)在2)的基础上使用锁鞋套。

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之后,作者采用了15m/s(54km/h)的风速以及108rpm的踏频设置进行测试。关于空气密度、踩踏角度、气动阻力等公式和具体计算方法在此略过,让我们直接来看测试结果。

让人惊讶的是,达到最佳气动效果的竟然是鞋带式的锁鞋。而锁鞋套,非但没有降低阻力,反而显著增加了气动阻力。

图片6.png以下是每只锁鞋在前进方向的阻力、在踩踏方向的阻力和总阻力的对比。可以看出来,在各个方面,使用锁鞋套都会让功率增加。对于这个结果,作者的解释是,使用锁鞋套增加了锁鞋的整体迎风面积,而迎风面积对于气动效果至关重要。

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在与测试环境相对应(54km/h)的实际比赛中,车手需要的骑行功率约为500w。结合实验数据,锁鞋的气动效果在这一环境下贡献了8%的总功率,因而不容小觑。而使用鞋套会增加5w的功率,也就是总功率的1%。这会让运动员在一场10km的个人计时赛中损失2秒的时间。

开元观点

这篇论文给出了一个让人十分意外的结果。气动鞋套非但没有减少功率输出,反而会成为一个累赘。这为爱好者们提了一个醒,并没有必要盲目地迷信气动效果,一些在气动方面的投资可能会产生南辕北辙的效果。 

不过,喜爱使用锁鞋套的朋友们也不必紧张,毕竟这篇研究的实验条件依然不够完美,例如没有考虑到侧风的影响,也没有考虑到自行车上其他组件带来的扰流。

当气动科学变成了气动玄学,纠结一点点气动效果,还不如喜欢怎么穿就怎么穿,毕竟做人,最重要的是开心。


文:《Cycling Shoes Aerodynamic》 编译:王开元 编辑:HCY

转载自微信公众号Locomo耐力运动研究院《论锁鞋套的气动玄学 | 学术派》

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关键词搜索:鞋套 气动

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