Факторы, влияющие на силу воздушного сопротивления в велосипедном спорте

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;
Сх — коэффициент лобового сопротивления;
V — скорость потока, м/сек;
S — миделевая площадь, м²;
ρ — плотность воздуха,
I — характерный линейный размер, м;
v — коэффициент кинематической вязкости,

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 воздушного 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 (Сх) 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 сопротивление 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