Tällä kertaa olisi tarkoitus katsahtaa hieman aerodynaamiikan “saloihin”. Aerodynamiikka on virtausopin ala, jossa tutkitaan ilman ja kiinteiden kappaleiden vuorovaikutuksia niiden liikkuessa toistensa suhteen. Meitähän tietysti kiinnostaa ilman ja pyöräilijän väliset vuorovaikutkset. On syytä muistaa, että pyöräilijä (pyörä + ajaja + vaatteet + varusteet) on hyvin monimutkainen kompleksi ja yksinkertaiset mallit eivät käytännössä riitä mallintamaan pyöräilijöitä -Ilmavirtaukset jotka ympäröivät pyöräilijän ovat monimutkaisia ja turbulenttisia. Löysin vanhoja laskelmia pyöräilijän aerodynamiikasta, joissa pyöräilijää oli mallinnettu yksinkertaisesta sylinterillä. Tämä on tietysti helppo tapa lähetyä ongelmaa laskemalla, mutta se on hyvin pitkälle yksinkertaisesttu ja jopa “peruspyörätutkija” ei tyydy tällaiseen malliin. Yksi mahdollisuus on simuloida pyöräilijään vuorovaikutuksia tietokoneen avulla, mutta jos ilmiö on mahdollista mitata, niin simulointi ei voi sitä korvata. Simuloinnit voivat kuitenkin auttaa ongelman rajauksessa ja nopeuttaa kalliiden mittauseten toteuttamista. Luotettavimmat pyöräilijöiden aerodynaamiset tutkimukset tulevat suoraan “tuulitunneleista”, joissa testataan myös autoja ja esimerkiksi lentokoneita aiheuttamaa ilmanvastusta (drag). Pyöräilijän aerodynaamisia ja todellisia ajo-ominaisuuksia voidaan myös mitata polkijan tuottaman tehon avulla (vakio nopeus ja matka sekä tietty ympäristö). Muuttaen pyöräilijän asentoa tai pyörän geometriaa voidaan saada tietoa ajo-ominaisuuksien muutoksista pyöräilijän tuottaman tehon funktiona (esimerkiksi SRM- powermeter. Jos jollakin sattuu olemaan tuollaiset, niin saa kutsua minut testailemaan ja mittailemaan).
Valitettavasti löysin vain netistä pari juttua joissa on tarkemmin esitetty numeroita, mittausmenetlmiä ja tuloksia, joten lähteeni ovat hieman hataralla pohjalla. Lisäksi on ikävä etten löytänyt saksalaisen TOUR- lehden tekemään tehomittaus artikkelia, jossa “peruspyörälijä” riisuttiin aerodynaamisista esteistä ja muutettiin vähitellen huipputason aika-ajopyöräilijäksi (jos jollakin sattuu olemaan tämä artikkelin, niin olisin kiinnostunut näkemään sen. Noin pari vuotta vanha)… Pitäisi varmaan käydä kirjastossa pitkästä aikaa.
Ensinnäkin pitää muistuttaa, että miksi tässä nyt puhutaan aerodynamiikasta ja aerobareista. Aika-ajoissa tai triathlon kisoissa on tarkoitus pyöräillä määrätty matka mahdollisimman nopeasti (kisan tarkoitus?!?). Pyöräosuuden voi suorittaa lyhyemmässä ajassa ainoastaan, jos kisailija pystyy lisäämään tehoja eli polkee kovempaa, vähentää vastustavia voimia esimerkiksi ilmanvastusta tai löytämään oikoreitin (ei suositeltavaa!). Triathlonissa, kuitenkin pyöräilyosuuden jälkeen on jäljellä vielä ripaus jouksua, jonka takia tehoja ei voi lisätä ns. maksimiin. Tämän takia houkuttelevaan onkin yrittää vähentää vastustavia voimia.
Asiaa hieman yksinkertaistamalla voidaan sanoa, että pyöräilijää vastustaa tasasella tiellä ja tyynellä ilmalla ilmanvastus sekä vierintävastus. Jotta pyöräilijä pääsisi edes yhtään eteenpäin, hänen tulee voittaa vastustavat voimat, joten pyöräilijän tehon (eli juuri ne paljon puhutut Watit) pitää saada tarpeeksi korkealle tasolle, että päästään eteenpäin. Mittausteknillisistä syistä (esim. pyöräilijän pinta-alaa on vaikea arvioida) ilmanvastusta kuvataa ns. efektiivisellä pinta-alalla, joka on pinta-alan A ja ilmanvastuksen c tulo A*c. Vierintävastuksesta yleensä mainitaan vain kitkakerrointoimella. Tyypillinen A*c arvo pyöräilijälle, joka pukinsarvilta alhaalta on noin 0.252 ja kitkakerroin kisarenkailla välillä 0.003-0.006. On syytä kuitenkin muistaa, että teho joka vaaditaan voittamaan kitka muuttuu suoraan verrannolisesti nopeuden kasvaessa, mutta ilmanvastus kasvaa huomattavasti nopeammin. Esimerkiksi ajaessasi 25 km/h, tuotettava teho kitkaa vastaava on noin 22 W ja ilmanvastusta vastaan 53 W. Mutta nopeuden kasvaessa 40 km/h, kitkaa vastaava teho on 34 W, mutta ilmanvastuksen voittamiseksi tarvitaankin jo 218 W! Edellisessä esimerkissä käytettiin efektiivisenä pinta-alan arvona 0.26, joka vastaa varmaan aika lähelle ylätangolta ajettavaa ajoasentoa.
Tästä voisi vaikka kuinka paljon kirjoittaa, mutta on aika on tehdä ehkä joku yhteenveto. Käytännössä lähteestä kuin lähteestä
katsoo (ja järkevästä hieman ajattelee), niin löytää saman toteamuksen: Suurin voitto ilmanvastuksesta saadaan, kun muutetaan pyöräilijän ajoasento aerodynaamiseksi (esim. cervelo: aerodynamics ja Analytic cycling ). Aerobareilla efektiivinen pinta-ala voidaan saada laskettua lähelle 0.23 paikkeille (ja ajoasento mahdollinen saavuttaa triathlon pyörällä), joka 30 km/h nopeudessa (80 kg painoisen pyöräilijä) kohdalla tarkoittaa noin 20 W vähennystä pelkästää asennon muutoksella (tässä ei ole esim. tuulta)!
Pyöräilijän aerodynamiikasta ja historiasta löytyy lisää mainiolta Wolfgang Menn:n sivuilta. Hänen sivuillaan on myös kerättyä efektiivisiä pinta-aloja eri julkaisuista ja sivuilla on myös laskuri, jolla on tämänkin jutun laskut suoritettu. Kannattaa joku ilta leikkiä sillä! Ja viimeikseksi teille, jotka oikeiasti haluavat viilita ajoasentoa kohti täydellisyyttä, niin kannattaa ilmoittautua toivottavasti myös ensi vuonna San Diogossa järjestettävään Wind tunnel camp:lle (tämän vuoden sivuilta):
“Do you ever wonder how much time you are giving up on your bike due to aerodynamics? Are you sure those bottle cages, race wheels, helmet, and/or handle bars aren’t slowing you down? Are you putting in hours of training that is being undermined by a poor position on the bike? Or, are you more aero but not producing as much power? There’s only one way to find out for sure, and that is by getting the “Ultimate Bike Fit” by Multisports.com at the San Diego Air & Space Technology Center Low Speed Wind tunnel…..
The cost of the test: $975.00″