Aerodinamik Berbasikal: CdA, Drafting, Pengoptimuman Posisi

Memahami dan mengurangkan seretan aerodinamik untuk menunggang lebih laju

Seretan Aerodinamik: Daya Dominan dalam Berbasikal

Pada kelajuan melebihi 25 km/j (15.5 mph), seretan aerodinamik menjadi daya rintangan utama yang mesti anda atasi. Di jalan rata pada 40 km/j (25 mph), kira-kira 80-90% daripada output kuasa anda digunakan untuk menolak udara—bukan mengatasi rintangan guling atau graviti.

Ini bermakna penambahbaikan aerodinamik mempunyai ROI yang besar untuk pelumba jalan raya, ujian masa, dan triatlet. Pengurangan 10% dalam seretan boleh menjimatkan 20-30 watt pada kelajuan perlumbaan—bersamaan dengan keuntungan kecergasan berbulan-bulan.

Pengagihan Kuasa pada 40 km/j (Jalan Rata):

Seretan aerodinamik: 80-90% daripada jumlah kuasa
Rintangan guling: 8-12% daripada jumlah kuasa
Kerugian drivetrain: 2-5% daripada jumlah kuasa

Pada kelajuan yang lebih tinggi, seretan aero meningkat secara kubik manakala rintangan guling kekal malar—aero menjadi lebih dominan.

Persamaan Kuasa

Daya seretan aerodinamik digambarkan oleh persamaan fizik asas ini:

Formula Daya Seretan

F_drag = ½ × ρ × CdA × V²

Di mana:

ρ (rho): Ketumpatan udara (~1.225 kg/m³ di aras laut, 15°C)
CdA: Kawasan seretan (m²) = Pekali seretan × Kawasan hadapan
V: Halaju relatif kepada udara (m/s)

Kuasa untuk Mengatasi Seretan

P_aero = F_drag × V = ½ × ρ × CdA × V³

Wawasan kritikal: Kuasa yang diperlukan meningkat dengan kuasa tiga halaju. Menggandakan kelajuan memerlukan 8× lebih kuasa untuk mengatasi seretan.

Contoh: Hubungan Kubik

Penunggang dengan CdA 0.30 m² menunggang pada kelajuan berbeza (aras laut, tiada angin):

20 km/j (12.4 mph): 12W untuk mengatasi seretan
30 km/j (18.6 mph): 41W untuk mengatasi seretan
40 km/j (24.9 mph): 97W untuk mengatasi seretan
50 km/j (31.1 mph): 189W untuk mengatasi seretan

Analisis: Beralih dari 40 ke 50 km/j (peningkatan kelajuan 25%) memerlukan 95% lebih kuasa disebabkan hubungan kubik!

Nilai CdA Mengikut Posisi

CdA (kawasan seretan) adalah hasil darab pekali seretan (Cd) dan kawasan hadapan (A). Ia diukur dalam meter persegi (m²) dan mewakili rintangan aerodinamik keseluruhan yang anda cipta.

CdA lebih rendah = lebih laju pada output kuasa yang sama.

Posisi / Persediaan	CdA Tipikal (m²)	Penjimatan Kuasa vs. Hoods @ 40 km/j
Tegak (hoods, santai)	0.40-0.45	Garis dasar (0W)
Hoods (siku bengkok)	0.36-0.40	Penjimatan 5-10W
Drops (tangan di drops)	0.32-0.36	Penjimatan 10-20W
Bar Aero (posisi TT)	0.24-0.28	Penjimatan 30-50W
Pakar TT Pro	0.20-0.22	Penjimatan 50-70W
Kejar trek (optimum)	0.18-0.20	Penjimatan 70-90W

Memperincikan Komponen CdA

Pekali Seretan (Cd)

Betapa "licin" anda. Dipengaruhi oleh:

Posisi badan (sudut torso, posisi kepala)
Pakaian (skinsuit vs. jersi longgar)
Bentuk bingkai basikal
Integrasi komponen (kabel, botol)

Kawasan Hadapan (A)

Berapa banyak "ruang" yang anda halang. Dipengaruhi oleh:

Saiz badan (tinggi, berat, binaan)
Lebar siku
Posisi bahu
Geometri basikal

Pengukuran CdA Dunia Sebenar

Pelumba basikal profesional dalam terowong angin:

Chris Froome (posisi TT): ~0.22 m²
Bradley Wiggins (kejar trek): ~0.19 m²
Tony Martin (pakar TT): ~0.21 m²

Nilai CdA amatur tipikal:

Penunggang rekreasi (hoods): 0.38-0.42 m²
Pelumba kelab (drops): 0.32-0.36 m²
TTer kompetitif (bar aero): 0.24-0.28 m²

💡 Kemenangan Cepat: Menunggang di Drops

Hanya dengan beralih dari hoods ke drops mengurangkan CdA sebanyak ~10% (0.36 → 0.32 m²). Pada 40 km/j, ini menjimatkan ~15W—kelajuan percuma sepenuhnya tanpa perubahan peralatan.

Latihan: Latih diri anda untuk menunggang di drops dengan selesa untuk tempoh yang lama. Mulakan dengan interval 10-15 minit, tingkatkan secara beransur-ansur.

Faedah Drafting: Sains "Slipstreaming"

Drafting (menunggang dalam aliran udara penunggang lain) adalah cara paling berkesan untuk mengurangkan seretan aerodinamik. Penunggang hadapan mencipta zon tekanan rendah di belakang mereka, mengurangkan seretan yang dialami oleh penunggang yang mengikut.

Penjimatan Kuasa mengikut Posisi dalam Paceline

Posisi dalam Paceline	Penjimatan Kuasa	Nota
Memimpin (menarik)	~3% penjimatan	Faedah kecil dari gelombang sendiri, kebanyakannya melakukan kerja
Roda ke-2	27-40% penjimatan	Faedah besar pada 0.5-1m di belakang pemimpin
Roda ke-3-4	30-45% penjimatan	Faedah meningkat lebih jauh ke belakang
Roda ke-5-8	35-50% penjimatan	Posisi optimum—terlindung tetapi tidak terlalu jauh ke belakang
Roda terakhir (kumpulan kecil)	45-50% penjimatan	Faedah drafting maksimum dalam kumpulan <5

Jarak Drafting Optimum

Jarak Di Belakang Pemimpin

0.3-0.5m (roda bertindih): Draft maksimum (~40% penjimatan) tetapi risiko kemalangan tinggi
0.5-1.0m (setengah panjang basikal): Draft cemerlang (~35% penjimatan), lebih selamat
1.0-2.0m (satu panjang basikal): Draft baik (~25% penjimatan), selesa
2.0-3.0m: Draft sederhana (~15% penjimatan)
>3.0m: Draft minimum (<10% penjimatan)

Drafting Angin Lintang

Arah angin mengubah posisi drafting optimum:

🌬️ Angin Depan

Draft terus di belakang penunggang. Angin datang dari depan, gelombang lurus ke belakang.

↗️ Angin Lintang dari Kanan

Draft sedikit ke kiri penunggang di hadapan (bahagian bawah angin). Sudut gelombang beralih dengan arah angin.

↖️ Angin Lintang dari Kiri

Draft sedikit ke kanan penunggang di hadapan (bahagian bawah angin).

Tip Pro: Dalam echelon (formasi angin lintang), penunggang berbaris secara menyerong untuk melindungi satu sama lain dari angin yang bersudut. Inilah sebabnya anda melihat "longkang" terbentuk dalam perlumbaan pro semasa peringkat berangin.

Drafting semasa Mendaki

Bertentangan dengan kepercayaan umum, drafting masih memberikan faedah yang signifikan semasa mendaki, terutamanya pada kecerunan sederhana (5-7%) pada kelajuan yang lebih tinggi (20+ km/j).

Dapatan Penyelidikan (Blocken et al., 2017):

Pada kecerunan 7.5% pada 6 m/s (21.6 km/j):

Drafting pada 1m di belakang: 7.2% penjimatan kuasa
Drafting pada 2m di belakang: 2.8% penjimatan kuasa

Implikasi: Malah semasa mendaki, duduk di roda adalah penting. Pada 300W, 7% penjimatan = 21W—besar!

Bila Drafting Tidak Banyak Membantu

Mendaki sangat curam (10%+): Kelajuan terlalu rendah (<15 km/j), seretan aero adalah kecil berbanding graviti
Turun bukit teknikal: Keselamatan dan pemilihan laluan lebih penting daripada keuntungan aero
Ujian masa solo: Sudah tentu—tiada siapa untuk didraf!

🔬 Asas Penyelidikan

Blocken et al. (2017) menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk memodelkan faedah drafting dalam pelbagai formasi dan keadaan. Dapatan utama:

Faedah draft menurun secara eksponen melebihi jarak 2m
Kumpulan yang lebih besar memberikan perlindungan yang lebih baik (sehingga ~8 penunggang, kemudian pulangan berkurangan)
Menunggang bersebelahan mengurangkan keberkesanan draft berbanding satu barisan

Sumber: Blocken, B., et al. (2017). Riding Against the Wind: A Review of Competition Cycling Aerodynamics. Sports Engineering, 20, 81-94.

Pengoptimuman Posisi: Lebih Rendah, Lebih Sempit, Lebih Lancar

Badan anda mencipta ~70-80% daripada jumlah seretan aerodinamik (basikal hanya 20-30%). Perubahan posisi kecil boleh menghasilkan keuntungan aero yang besar.

Elemen Posisi Utama

1. Sudut Torso

Lebih rendah = lebih laju (tetapi keselesaan penting untuk kuasa mampan)

Posisi jalan raya (hoods): ~45-50° sudut torso ke mendatar
Posisi jalan raya (drops): ~35-40° sudut torso
Posisi TT: ~20-30° sudut torso
Kejar trek: ~10-15° sudut torso (ekstrem)

Pertukaran: Posisi yang lebih rendah mengurangkan kawasan hadapan dan meningkatkan Cd, tetapi:

Menyekat pernafasan (kapasiti paru-paru berkurang)
Mengehadkan output kuasa (sudut pinggul tertutup)
Lebih sukar untuk dikekalkan untuk tempoh yang lama

Matlamat: Cari posisi terendah yang boleh anda kekalkan pada kelajuan perlumbaan untuk tempoh perlumbaan tanpa menjejaskan kuasa atau keselesaan.

2. Lebar Siku

Lebih sempit = kawasan hadapan lebih rendah = lebih laju

Siku lebar (pada hoods): Kawasan hadapan tinggi
Siku sempit (pada drops/bar aero): Kawasan hadapan berkurang sebanyak 10-15%

Bar aero secara semula jadi memaksa posisi siku yang sempit (~lebar bahu atau kurang). Di drops jalan raya, secara sedar bawa siku masuk lebih rapat untuk mengurangkan kawasan hadapan.

3. Posisi Kepala

Sudut kepala mempengaruhi CdA dan keselesaan leher:

Kepala naik (memandang jauh ke hadapan): Menangkap angin, meningkatkan CdA
Kepala neutral (memandang 5-10m ke hadapan): Runcing, mengurangkan CdA sebanyak 2-3%
Kepala turun (dagu terselip): Paling aero, tetapi sukar melihat jalan—tidak selamat

Latihan: Lihat dengan mata, bukan dengan mengangkat seluruh kepala. Selitkan dagu sedikit untuk meratakan sudut leher.

4. Kerataan Belakang

Belakang yang rata dan mendatar mengurangkan seretan lebih daripada belakang yang bulat dan membungkuk:

Belakang bulat: Mencipta gelombang bergelora, meningkatkan Cd
Belakang rata: Pemisahan aliran udara yang lancar, Cd lebih rendah

Cara mencapai: Libatkan teras, putar pelvis ke hadapan (anterior pelvic tilt), regangkan hamstring untuk membolehkan posisi yang lebih rendah tanpa membungkuk.

⚠️ Pertukaran Aero vs. Kuasa

Posisi paling aero tidak selalu menjadi posisi terpantas. Jika menjadi ultra-aero mengurangkan kuasa mampan anda sebanyak 10%, anda akan menjadi lebih perlahan secara keseluruhan.

Contoh: Jika posisi TT optimum anda membenarkan 300W tetapi posisi yang lebih agresif hanya membenarkan 280W, kira:

Posisi A (CdA 0.26, 300W) → Kelajuan X
Posisi B (CdA 0.24, 280W) → Kelajuan Y

Anda perlu menguji mana yang lebih pantas—keuntungan aero mesti melebihi kehilangan kuasa. Gunakan Kaedah Kenaikan Maya atau ujian terowong angin.

Pilihan Peralatan: Keuntungan Marginal Bertambah

Selepas mengoptimumkan posisi, peralatan boleh memberikan tambahan pengurangan CdA 2-5%. Inilah yang paling penting:

1. Kedalaman Roda vs. Berat

Jenis Roda	Faedah Aero	Penalti Berat	Kes Penggunaan Terbaik
Cetek (30mm)	Garis dasar	Paling ringan	Mendaki, angin lintang, serba boleh
Kedalaman sederhana (50-60mm)	Penjimatan 5-10W @ 40 km/j	~200-400g lebih berat	Perlumbaan jalan raya, kriteria, TT rata
Bahagian dalam (80mm+)	Penjimatan 10-20W @ 40 km/j	~400-700g lebih berat	TT rata, triathlon, keadaan tenang
Roda cakera (belakang)	Penjimatan 15-30W @ 40 km/j	~600-1000g lebih berat	TT/triathlon (rata, tiada angin lintang)

Peraturan biasa: Di laluan rata pada 35+ km/j, roda aero lebih laju. Semasa mendaki dengan kecerunan >5%, roda yang lebih ringan lebih laju. Angin lintang memihak kepada roda yang lebih cetek dan stabil.

2. Bingkai Aero

Bingkai jalan raya aero moden (vs. bingkai tiub bulat tradisional) menjimatkan 10-20W pada 40 km/j melalui:

Bentuk tiub airfoil terpotong
Laluan kabel bersepadu
Seatstays jatuh
Tiang tempat duduk aero

Pertimbangan ROI: Bingkai aero berharga €3000-6000+ dan menjimatkan 15W. Pengoptimuman posisi (percuma) boleh menjimatkan 30-50W. Optimumkan posisi dahulu!

3. Pilihan Topi Keledar

Topi keledar aero vs. topi keledar jalan raya tradisional:

Topi keledar TT Aero: 15-30 saat dijimatkan dalam 40km TT (berbanding topi keledar jalan raya)
Topi keledar jalan raya Aero: 5-10 saat dijimatkan dalam 40km (berbanding topi keledar jalan raya tradisional)

Naik taraf aero nilai terbaik—agak murah (€150-300) untuk penjimatan masa yang ketara.

4. Pakaian

Pakaian	Kesan CdA	Penjimatan @ 40 km/j
Jersi kelab longgar + seluar pendek	Garis dasar	0W
Jersi perlumbaan ketat + bib shorts	-2% CdA	~5W
Skinsuit	-4% CdA	~10W
Skinsuit TT (kain bertekstur)	-5% CdA	~12W

Skinsuit menghapuskan kain yang berkibar dan mencipta aliran udara yang lancar. Naik taraf kos efektif untuk ujian masa.

5. Penempatan Botol

Di belakang pelana: Lebih baik daripada dipasang di bingkai (dalam bayangan aliran udara)
Antara bar aero (TT): Seretan minimum, akses mudah
Dipasang di bingkai (standard): Menambah 3-5W seretan setiap botol
Tiada botol: Paling pantas tetapi tidak praktikal untuk perjalanan jauh

💡 Senarai Semak Kemenangan Mudah

Maksimumkan keuntungan aero dengan pengoptimuman percuma/murah ini:

Menunggang lebih banyak di drops: Penjimatan 15W percuma
Sudut torso lebih rendah: Latih posisi belakang rata (percuma)
Selitkan dagu, siku sempit: Percuma 5-10W
Topi keledar Aero: €200, menjimatkan 15-30s dalam 40km TT
Skinsuit untuk TTs: €100-200, menjimatkan 10W

Jumlah kos: €300-400. Jumlah penjimatan: 30-50W pada 40 km/j. Bandingkan dengan basikal aero €6000 yang menjimatkan 15W!

Aerodinamik untuk MTB: Mengapa Ia (Kebanyakannya) Tidak Penting

Berbasikal gunung beroperasi pada kelajuan di mana aerodinamik adalah faktor kecil berbanding berbasikal jalan raya:

Mengapa MTB Kurang Sensitif Aero

1. Kelajuan Purata Lebih Rendah

Perlumbaan XC MTB purata 15-20 km/j (vs 35-45 km/j jalan raya). Pada kelajuan ini, graviti dan rintangan guling mendominasi—bukan seretan aero.

Pecahan kuasa pada 18 km/j pada pendakian 5%:

Graviti: ~70% daripada kuasa
Rintangan guling: ~20% daripada kuasa
Seretan aerodinamik: ~10% daripada kuasa

Pengoptimuman aero menjimatkan 1-2W pada kelajuan MTB—boleh diabaikan.

2. Posisi Tegak Diperlukan

MTB memerlukan posisi tegak untuk:

Pengendalian basikal di medan teknikal
Pergeseran berat (depan/belakang untuk mendaki/turun)
Penglihatan (melihat halangan, memilih laluan)
Output kuasa pada pendakian curam

Anda tidak boleh menunggang dalam keadaan tuck aero di laluan MTB teknikal—keselamatan dan kawalan adalah yang paling utama.

Di Mana Aero Mungkin Penting dalam MTB

Senario terhad di mana aero membantu:

Perlumbaan gravel pantas (30+ km/j): Posisi aero boleh membantu di bahagian yang licin dan pantas
Pecutan akhir XC: Tuck untuk 200m terakhir lurus pada 30+ km/j
Pendakian jalan api yang lancar: Posisi lebih rendah mungkin apabila medan membenarkan

Kesimpulan: Jangan risau tentang aero untuk MTB. Fokus pada kemahiran pengendalian basikal, kekuatan, dan kebolehulangan sebaliknya.

Kaedah Kenaikan Maya: Ujian CdA DIY

Anda tidak memerlukan terowong angin untuk menganggarkan CdA anda. Kaedah Kenaikan Maya menggunakan data meter kuasa + GPS dari tunggangan luar untuk mengira CdA.

Bagaimana Ia Berfungsi

Kaedah ini menggunakan persamaan kuasa yang diselesaikan untuk CdA:

CdA = (P_total - P_gravity - P_rolling - P_drivetrain) / (½ × ρ × V³)

Dengan mengukur kuasa dan kelajuan di laluan yang diketahui, anda boleh mengira balik CdA.

Protokol Ujian

Cari jalan rata dan lurus (atau gred lembut, <2%) dengan trafik minimum
Tunggang beberapa pusingan (4-6) pada kuasa malar (usaha tempo, ~250-300W)
Gilirkan arah untuk membatalkan kesan angin
Rekod kuasa, kelajuan, ketinggian, suhu, tekanan dengan komputer basikal
Analisis data menggunakan perisian (Golden Cheetah, MyWindsock, Aerolab)

Alat Perisian

Golden Cheetah: Percuma, sumber terbuka, termasuk penganalisis Aerolab
MyWindsock: Berasaskan web, antara muka mudah
Best Bike Split: Alat premium dengan anggaran CdA

Uji Posisi Berbeza

Jalankan ujian berasingan untuk setiap posisi yang anda ingin bandingkan:

Hoods (santai)
Hoods (siku bengkok, lebih rendah)
Drops
Bar aero (jika berkenaan)

Ini mendedahkan posisi mana yang menjimatkan watt paling banyak untuk anda—perbezaan individu adalah besar!

🔬 Pengesahan Kaedah

Ketepatan Kaedah Kenaikan Maya: ±0.005-0.01 m² CdA (vs. terowong angin). Memerlukan keadaan angin tenang (<5 km/j) dan pelaksanaan yang teliti. Pusingan berbilang meningkatkan ketepatan dengan mempuratakan variasi persekitaran.

Sumber: Martin, J.C., et al. (2006). Validation of Mathematical Model for Road Cycling Power. Journal of Applied Biomechanics.

Soalan Lazim

Berapa banyak masa yang dijimatkan oleh aero dalam 40km TT?

Anggaran kasar untuk 1 jam TT (40 km) pada ~300W FTP: Mengurangkan CdA dari 0.30 kepada 0.25 (pengurangan 17%) menjimatkan ~2-3 minit. Beralih dari hoods (0.36) ke bar aero (0.26) boleh menjimatkan 4-5 minit—keuntungan besar!

Patutkah saya membeli basikal aero atau roda aero dahulu?

Optimumkan posisi dahulu (percuma). Kemudian: topi keledar aero + skinsuit (~€300, menjimatkan 20-30s dalam 40km). Kemudian: roda dalam (~€1500, menjimatkan 30-60s). Kemudian: basikal aero (~€5000, menjimatkan 45-90s). Posisi + pakaian + roda = 80% keuntungan untuk 10% kos vs. basikal aero penuh.

Adakah aerodinamik penting semasa mendaki?

Ya, tetapi kurang. Pada pendakian 5-7% pada 20+ km/j, aero masih penting (menjimatkan 5-10W). Pada pendakian 10%+ pada <15 km/j, aero boleh diabaikan—berat dan kuasa-ke-berat mendominasi. Pada kelajuan mendaki, graviti adalah 70-80% daripada rintangan.

Bolehkah saya menguji CdA saya tanpa terowong angin?

Ya. Gunakan Kaedah Kenaikan Maya dengan meter kuasa + GPS di jalan rata. Perisian seperti Golden Cheetah (percuma) mengira CdA dari data tunggangan. Ketepatan adalah ±0.005-0.01 m² dengan protokol yang betul (angin tenang, pusingan berbilang, arah bergilir).

Adakah saya memerlukan roda aero untuk MTB?

Tidak. Kelajuan MTB (purata 15-20 km/j) terlalu rendah untuk aero menjadi penting. Fokus pada pemilihan tayar, persediaan suspensi, dan kemahiran pengendalian basikal sebaliknya. Aero penting untuk jalan raya/gravel pada kelajuan mampan 30+ km/j.

Berapa banyak pakaian mempengaruhi aerodinamik?

Skinsuit menjimatkan ~10W vs. jersi longgar pada 40 km/j (terjemahan kepada ~30-45 saat dalam 40km TT). Naik taraf murah (€100-200) berbanding basikal aero. Malah kit perlumbaan ketat (vs. longgar) menjimatkan 5W.

Adakah posisi aero yang lebih agresif sentiasa lebih pantas?

Tidak jika ia mengurangkan output kuasa anda. Contoh: CdA 0.26 pada 300W mungkin lebih perlahan daripada CdA 0.28 pada 310W. Uji posisi untuk mencari keseimbangan aero/kuasa optimum. Posisi "terpantas" mengekalkan kelajuan tertinggi, bukan CdA terendah.