Факторы влияющие на силу воздушного сопротивления в велоспорте

Известно, что аэродинамическая сила сопротивления возрастает пропорционально квадрату скорости набегающего потока и площади проекции системы велосипедист—велосипед на плоскость, перпендикулярную потоку (миделевая площадь, рис. 1).

Аэродинамическая сила сопротивления зависит от коэффициента лобового сопротивления, который, в свою очередь, зависит от формы тела и числа Рейнольдса Re, выражающего связь между характерными размерами тела, скоростью потока и кинематической вязкостью воздуха.


где X — сила сопротивления воздуха;
С_x — коэффициент лобового сопротивления;
V — скорость потока, м/сек;
S — миделевая площадь, м²;
ρ — плотность воздуха, кг·с²/м⁴;
l — характерный линейный размер, м;
V — коэффициент кинематической вязкости, м²/с.

Первая часть работы, проведенная авторами, заключалась в определении аэродинамического сопротивления в зависимости от различных посадок велосипедиста (положение головы, рук, локтей) и его экипировки (каска, шлем, обтекаемый костюм, а также обычная спортивная одежда). Вторая часть работы состояла в поиске посадки, при которой спортсмен испытывает воздушное сопротивление меньшее, чем то, которое возникает при прохождении соревновательной дистанции, а также в выявлении возможности получить наименьшее сопротивление в привычной позе за счет индивидуальных особенностей (телосложение, расположение рук, кистей и головы).

Третья часть работы была направлена на количественное определение силы воздушногс сопротивления в зависимости от одежды велосипедиста.

Исследования проводились в аэродинамической трубе.

Для закрепления велосипеда на аэродинамических весах применялся специальный кронштейн, который с одной стороны прикреплялся к весам, а с другой — к каретке и наклонной трубе рамы. Колеса велосипеда находились в 2—3 см от поверхности экрана, имитирующего поверхность, по которой движется велосипедист (рис. 2).

Спортсмен во время исследования находился без движения, так как регистрировать силу воздушного сопротивления при движении ног было невозможно из-за действия на весы инерционных сил, возникающих при педалировании. Измерения проводились при различном положении ног и при скоростях потока воздуха 10, 15, 20 м/сек. Замерялись определенные позы спортсменов, которые затем фотографировались.


В результате исследования было выявлено следующее. Коэффициент лобового сопротивления (С_x) при одной и той же посадке и скорости потока воздуха 10—20 м/сек менялся для разных велосипедистов в пределах 0.185—0,299. На аэродинамическую силу сопротивления влияло изменение не только положения туловища, но и положения отдельных частей тела и даже кистей рук.

Аэродинамическое сопротивлениие зависит:

1) от антропометрических характеристик спортсмена. Сопротивление воздуха в наилучшей посадке гонщиков для скорости потока 20 м/сек было в пределах от 44 до 73 Н. Различие этого параметра достигало 29 Н. Причем разность силы воздушного сопротивления в наилучшей посадке и посадке, имеющей наибольшее воздушное сопротивление, составляла у одного гонщика 7, а другого — 19Н. В зависимости от особенностей телосложения гонщиков приблизительно одного роста и веса сила сопротивления воздуха в одной и той же посадке была различной;

2) от одежды велосипедиста (обычная, различные обтекаемые велосипедные костюмы, различные шлемы и каски). Результаты эксперимента приводятся в табл. 1 и 2. Были выявлены спортсмены, имеющие благоприятное с точки зрения аэродинамики телосложение, и спортсмены, для которых совершенствование посадки в аэродинамической трубе имеет первостепенное значение.


Из сказанного можно сделать вывод, что применение одного и того же костюма, шлема и другой экипировки различными гонщиками изменяет воздушное сопротивление по-разному (табл. 3). Поэтому подбирать их следует одновременно и индивидуально и обязательно в сочетании с выгодной посадкой.


Р. Е. Варгашкин, А. В. Рудченко, Б. А. Яковлев, Москва.

Пока нет комментариев, смелее!