风洞测试实证:水壶应该放在哪里最省力?

   2025-05-30 13:50


“边际效益”理念在职业赛场和业余赛场的认可度越来越深,今天探讨的边际效益关注点在于水壶在车上的放置位。你该用一个、两个,甚至三个水壶吗?如果只用一个,应该安装在哪里?气动水壶真的有那么神吗?在如今大家都关注如何降低核心体温、优化散热策略的背景下,使用大容量750ml水壶是否会影响气动性?

 

为了揭晓答案,测试团队前往了位于银石(Silverstone)的运动工程中心风洞实验室。通过CdA值——衡量一个物体在空气中移动阻力大小的标准,进行对比。测试中使用的是Cube NuRoad SLT砾石公路车,并确保每次测试中除了测试变量外,其余所有配置完全一致,包括轮组、外胎、曲柄位置等。之所以选择这辆车,一方面是它允许在下管底部安装第三个水壶架,另一方面是因为它拥有更大的胎宽兼容性——团队还顺带测试了不同宽度公路外胎的空气动力性能。结果令人震惊:40mm宽的外胎对大多数人来说竟然更快。

 

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团队测试了以下几种配置:


无水壶

一个水壶,安装在下管

一个水壶,安装在座管

两个水壶,分别安装在下管和座管

两个大容量750ml水壶,分别安装在下管和座管

两个空水壶架,分别安装在下管和座管

三个水壶,分别安装在下管、座管以及下管底部

一个Elite品牌的空气动力学计时赛专用水壶,安装在下管

一个Elite空气动力水壶,安装在座管

一对Elite空气动力水壶,分别安装在下管和座管

 

团队在没有骑手的情况下进行了所有测试。虽然使用一位真实踩踏的骑手会更贴近实际情况,但在要测量的这些极其细微的差异面前,测试的准确性反而会因此降低。因此选择以简洁干净的数据为优先,以得出明确的结论。

 

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所有测试均在时速40公里下进行,模拟了5种偏航角的风向变化,每次以5度为增量,范围从-10°到+10°,以模拟风从不同角度吹来时对自行车的影响。每次采集(即测量CdA值的时间段)持续15秒。如果在过程中检测到任何异常扰动(例如CdA值在采集中段突然跳变),会重新进行该组测试。幸运的是,所有测试记录都非常稳定。

 

注意事项

 

这些数据并非水壶或水壶架空气动力性能的最终结论,这些测试结果仅代表测试当天的情况。测试团队也理解,骑手踩踏时的双腿运动可能会影响瓶架周围的气流分布,从而影响节省气动阻力的效果。不过,团队仍然认为只测试自行车本身的数据具有参考价值,也值得分享。

 

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测试结果

 

从纯空气动力学角度来看,可以得出一些有趣的结论:


·Elite的空气动力学计时水壶比普通圆形水壶更具空气动力优势。


·将水壶放在立管上的CdA与放在传统使用的下管上相同。因此,如果你只打算携带一个水壶,选择哪一个位置没有对错之分,选你觉得更顺手的位置就行。


·如果你的目标是追求极致速度,Elite空气动力水壶是最佳选择。但如果你没有这类水壶,那不带水壶反而比用普通水壶更快——当然,这仅限于你可以在整个赛事中不需要喝水的情况下。


·最有趣的一点是:携带三个水壶(其中一个安装在下管底部)比携带两个普通水壶还要更快,甚至比带两个750ml大水壶更省力。

 

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团队还测试了最轻配置(无水壶)与最重配置(三个水壶)的爬坡情况,这之间有1.8公斤的差距。


·在0%坡度下,两者都无需额外功率来克服重力。

·在2.5%坡度时,基础配置多消耗21.8瓦,而三水壶配置需要26.7瓦,相差4.9瓦。

·当坡度上升到10%时,这额外的1.8公斤将让你多花19.6瓦的功率。

 ·在平路条件下,Elite空气动力水壶架相比“无水壶无水壶架”的基础配置,可节省0.9瓦功率。但当进入爬坡阶段,这一优势会减小:在2.5%坡时仅节省0.4瓦,到了5%坡度则反而会亏损0.2瓦,也就是说,爬坡中额外重量的影响已超过空气动力优势。

 

对于更重的配置(例如带两个或三个水壶),在坡度上升时所需的功率也随之大幅增加。在最陡的10%坡度下,最重配置相比最轻配置需多输出约20.4瓦功率。需要注意的是,这只是单纯自行车的差异,并未包含骑手,因此这个数值在现实中会被“稀释”一些。


接下来,将数值调整为贴近实际骑行者的情况,并将速度下调至更具可实现性的30km/h。在这个较慢的速度下,可节省的功率更加有限:在平路上,最快与最慢配置之间的差距仅为0.4瓦。事实上,所有配置之间的差异都在0.5瓦以内。但一旦出现坡度,额外重量便会逐渐抵消原本的空气动力优势,即便水壶是空的也不例外。在10%坡度时,最佳与最差配置之间的功率差达到15瓦。这意味着在爬坡时,重量因素远比空气动力更关键。

 

编辑:HCY

图片:资料图库


风洞 水壶

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