空气动力学基础

骑行中空气动力学的基本原理，包括阻力分量及其对性能优化的影响。

在更高的骑行速度下，骑手的功率有相当一部分用于克服空气阻力（Martin 等，1998）。

随着速度增加，风阻呈指数增长，这意味着速度的小幅提升需要不成比例地更多功率来维持。研究表明，在高速情况下，骑手输出功率的高达80–90%用于克服空气阻力（Bassett 等，1999；Faria，2005）。这是由于速度与阻力之间的关系，克服阻力所需的功率随速度的立方增长（Martin 等，1998）。因此，通过调整身体姿势、装备或服装来减少阻力，可以对自行车性能产生显著影响，尤其是在计时赛或需要保持高速度的公路赛中（Faria 等，2005）。

气动阻力力定义为物体在流体（如空气）中运动时所经历的阻力。它主要由物体前后表面之间的压力差以及空气与其表面的摩擦引起。气动阻力力的公式为：

气动阻力力公式，显示阻力与空气密度、速度的平方、迎风面积和阻力系数之间的关系

……这告诉我们气动阻力力与四个因素相关：

• 空气密度（rho）

• 空气相对于骑手的速度（实际上是速度的平方）

• 迎风面积（A）

• 阻力系数（Cd）。它量化了物体在流体环境（如空气或水）中的阻力。它表示物体的流线型程度，或物体切过流体的效率。Cd 的数值取决于物体的形状、表面粗糙度以及周围的流动条件。较低的数值表示更具空气动力学的物体，而较高的数值则反映更大的阻力。

在自行车运动中，我们关心的是最小化气动阻力力，以便运动员产生的更多功率用于提高速度。我们可以控制哪些因素？

• 我们无法控制空气密度

• 仅为了减少气动阻力而降低速度是适得其反的，因为总体上我们要尽可能提高速度

• 我们可以通过改变骑手和自行车的形状（姿势）和表面粗糙度来控制阻力系数

• 我们可以通过改变骑手的姿势来控制迎风面积。

因此，大部分气动优化工作都集中在阻力系数和迎风面积这两个因素上。

参考文献

Fox, R.W., & McDonald, A.T. (1973). Introduction to fluid mechanics (第2版)。纽约：Wiley。

Martin JC, Milliken DL, Cobb JE, McFadden KL, & Coggan AR (1998)。用于公路自行车功率的数学模型的验证。应用生物力学杂志，14(3), 276-291。

Bassett, D. R. Jr., Kyle, C. R., Passfield, L., Broker, J. P., & Burke, E. R. (1999)。比较1967–1996年的自行车一小时世界纪录：人机界面的建模。体育与运动医学科学，31(11), 1665-1676。

Faria, E. W., Parker, D. L., & Faria, I. E. (2005)。自行车科学：影响表现的因素 – 第2部分。运动医学，35(4), 313-337。