螺纹面设计出现！自行车气动领域或将大变革

2016年，澳大利亚冲刺手马修-吉布森（Matthew Glaetzer）在里约奥运会上，骑的是一辆与众不同的场地自行车。在那辆自行车的座杆迎风面，有自下而上的螺旋造型，这样设计的目的，旨在使空气能够更快速地掠过自行车，增加气动效果。很少有人会注意到这种新颖的设计，但是这样的设计，很可能代表了自行车的空气动力学迈向更重要的一步。

气动的下一大事件，会是螺旋迎风面吗？为了找到答案，来自阿德莱德大学，计算机与数学科学学院负责研究项目的负责人理查德·凯尔索（Richard Kelso）副教授介绍说，该大学已经拥有这项技术的专利，并有望将其应用于下一代气动自行车。

根据Zipp的说法，相对于更传统的轮框，锯齿状的轮缘形状既减少了空气阻力，又提高了侧风中的操纵稳定性。

还记得Zipp推出的454 NSW车轮吗？轮框模仿了座头鲸鳍状肢上的结节，当时Zipp声称这是为了提高空气动力学性能。虽然这听起来有点荒谬，但实际上，Zipp 454 NSW这样的轮框外形，是基于许多年前的多篇相关的学术论文而设计的。这些学术论文一经发布后，也引发了全新的空气动力学设计浪潮。例如，早在2006年，理查德·凯尔索（Richard Kelso）和许多技术人员就开始研究翼板上的结节和类似的减阻装置，特别是针对工业风扇进行改造。

凯尔索称：“我们现在正在将其中一些设计，开发出来并逐渐商业化。通用电气和ZIEHL-ABEGG等公司也一直在为燃气涡轮发动机，以及工业风扇开发类似技术。我们的研究已发表了20篇论文，大大提高了减阻领域的知识。”时至今日，凯尔索针对最新的专利“ 改善自行车的空气动力学性能 ”，他解释道：“鳍状外形旨在产生绕鳍状两侧通过的涡流，并延迟这个涡流的作用时间，换个说法就是导致空气阻力被减小。”

作为一名骑友，需要知道骑行过程中，要克服的阻力几乎永远不只是正面的迎风面。偏航角是现代自行车空气动力学中的热门话题，它是骑行运动方向与相对风向之间的夹角。

车架使用导程角对偏航角的影响

凯尔索说：“ 导程角的原理与高尔夫球面上的酒窝，以及飞机机翼上的湍流发生器的原理相似，但效果更大。在偏航角大于4º时，当大多数翼型自行车部件周围的气流开始分离时，导程角阻止或延迟了边界层的分离，从而减少了阻力。但是，与传统的湍流发生器不同，当实际不需要它们时，它们不会在较小的偏航角上增加阻力。

值得注意的是，大多数车架的座管，下管使用的翼型管通常都很厚，当与低速气流相遇时，这可能导致边界层分离。在偏航角在5º时，会直接导致阻力增加。那么，导程角到底要几度，才会对速度产生巨大的差异？根据凯尔索的说法，一辆以54 km/h的速度行驶的最先进的计时自行车，仅靠座杆和立管上精准设计的导程角，可以在10-15º时将自行车阻力降低6％。

摘自专利图纸，这是翼型设计的一次迭代，它位于机翼的正面轮廓上。

Mavic测量了2013年的整条Kona Ironman赛段的偏航角，发现全赛道的68%路程中，相对于自行车的偏航角超过4º，而30％的路程中超过10º，剩下的2%路程，最大偏航角超过了20º。

凯尔索针对Mavic的这个偏航测量模型，提出建议在自行车座杆和立管迎风面上增加特定的导程角，可使铁人车的阻力降低4％。如果将车架下管和前叉的迎风面也设计成螺旋面的话，那么减阻效果更加。

当偏航角超过4º时，螺旋面的气动效果开始发挥作用。在场地赛上，气流的偏航角通常在4º以下，因此不能发挥最大作用。但是，对于公路车，计时以及铁人车，由于环境风的影响，螺旋面的气动效果就非常显著。

从另一方面来说，要制造出带有导程角的自行车零配件，是另一项工程挑战，例如重量，刚度和强度。不过使用3D打印技术，即可消除这种担忧，但是随之而来的就是制造成本的增加。

澳大利亚的马修-吉布森在其座杆上使用专利技术，参加了2016年里约奥运会。看起来该设计在室外才能提供了最大的效果。

对于UCI是否会对这种设计进行限制，凯尔索坦率地表示说他不太担心，他们先将在铁人车上使用该技术，因为铁三的UCI限制规则较少，允许更大的创新范围。之前凯尔索与澳大利亚自行车队有着长期合作，并与Scott合作设计了现有的该品牌气动头盔系列，目前他已经与澳大利亚自行车队签订了一份神秘的研发合同，几乎可以肯定，明年的东京奥运会上会再次出现这项技术。

编辑：levvvvvv3000