Аэродинамика велоспорта: CdA, драфтинг, оптимизация посадки

Понимание и снижение аэродинамического сопротивления для более быстрой езды

Аэродинамическое сопротивление: доминирующая сила в велоспорте

На скоростях выше 25 км/ч аэродинамическое сопротивление становится основной силой сопротивления, которую вы должны преодолевать. На ровной местности при скорости 40 км/ч примерно 80-90% вашей мощности идет на преодоление воздуха — а не на преодоление сопротивления качения или силы тяжести.

Это означает, что аэродинамические улучшения имеют огромную отдачу для шоссейных велосипедистов, разделочников и триатлетов. Снижение сопротивления на 10% может сэкономить 20-30 ватт на гоночной скорости — эквивалент месяцев тренировок.

Распределение мощности на 40 км/ч (ровная дорога):

Аэродинамическое сопротивление: 80-90% общей мощности
Сопротивление качения: 8-12% общей мощности
Потери трансмиссии: 2-5% общей мощности

На более высоких скоростях аэро-сопротивление возрастает кубически, в то время как сопротивление качения остается постоянным — аэродинамика становится еще более доминирующей.

Уравнение мощности

Сила аэродинамического сопротивления описывается этим фундаментальным физическим уравнением:

Формула силы сопротивления

F_сопр = ½ × ρ × CdA × V²

Где:

ρ (ро): Плотность воздуха (~1,225 кг/м³ на уровне моря, 15°C)
CdA: Площадь сопротивления (м²) = Коэффициент сопротивления × Лобовая площадь
V: Скорость относительно воздуха (м/с)

Мощность для преодоления сопротивления

P_аэро = F_сопр × V = ½ × ρ × CdA × V³

Критический вывод: Требуемая мощность возрастает в кубе от скорости. Удвоение скорости требует в 8 раз больше мощности для преодоления сопротивления.

Пример: кубическая зависимость

Велосипедист с CdA 0,30 м², едущий на разных скоростях (уровень моря, без ветра):

20 км/ч: 12 Вт на преодоление сопротивления
30 км/ч: 41 Вт на преодоление сопротивления
40 км/ч: 97 Вт на преодоление сопротивления
50 км/ч: 189 Вт на преодоление сопротивления

Анализ: Переход с 40 до 50 км/ч (увеличение скорости на 25%) требует на 95% больше мощности из-за кубической зависимости!

Значения CdA по позициям

CdA (площадь сопротивления) — это произведение коэффициента сопротивления (Cd) и лобовой площади (A). Измеряется в квадратных метрах (м²) и представляет общее аэродинамическое сопротивление, которое вы создаете.

Меньше CdA = быстрее при той же мощности.

Позиция / Настройка	Типичное CdA (м²)	Экономия мощности vs. на рогах @ 40 км/ч
Прямая посадка (на рогах, расслабленно)	0,40-0,45	Базовая (0 Вт)
На рогах (согнутые локти)	0,36-0,40	Экономия 5-10 Вт
На нижней части руля	0,32-0,36	Экономия 10-20 Вт
Аэробары (разделочная позиция)	0,24-0,28	Экономия 30-50 Вт
Профессиональный разделочник	0,20-0,22	Экономия 50-70 Вт
Трековая гонка преследования (оптимальная)	0,18-0,20	Экономия 70-90 Вт

Разбор компонентов CdA

Коэффициент сопротивления (Cd)

Насколько вы "обтекаемы". Зависит от:

Положения тела (угол торса, положение головы)
Одежды (комбинезоны vs. свободные джерси)
Формы рамы велосипеда
Интеграции компонентов (тросы, фляги)

Лобовая площадь (A)

Сколько "пространства" вы блокируете. Зависит от:

Размера тела (рост, вес, телосложение)
Ширины локтей
Положения плеч
Геометрии велосипеда

Реальные измерения CdA

Профессиональные велосипедисты в аэродинамической трубе:

Крис Фрум (разделочная позиция): ~0,22 м²
Брэдли Уиггинс (трековая гонка): ~0,19 м²
Тони Мартин (специалист по разделке): ~0,21 м²

Типичные значения CdA для любителей:

Рекреационный гонщик (на рогах): 0,38-0,42 м²
Клубный гонщик (на нижней части руля): 0,32-0,36 м²
Конкурентный разделочник (аэробары): 0,24-0,28 м²

💡 Быстрая победа: езда на нижней части руля

Простой переход с рогов на нижнюю часть руля снижает CdA на ~10% (0,36 → 0,32 м²). На скорости 40 км/ч это экономит ~15 Вт — совершенно бесплатная скорость без изменения оборудования.

Практика: Научитесь ездить на нижней части руля комфортно в течение длительного времени. Начните с интервалов 10-15 минут, постепенно увеличивайте.

Преимущества драфтинга: наука о слипстриме

Драфтинг (езда в слипстриме другого гонщика) — самый эффективный способ снизить аэродинамическое сопротивление. Ведущий гонщик создает зону низкого давления позади себя, снижая сопротивление для следующих гонщиков.

Экономия мощности по позиции в пелотоне

Позиция в пелотоне	Экономия мощности	Примечания
Ведущий (тянет группу)	~3% экономии	Небольшая выгода от собственного следа, в основном работает
Второе колесо	27-40% экономии	Огромная выгода на расстоянии 0,5-1 м позади лидера
3-4 колесо	30-45% экономии	Увеличивающаяся выгода дальше назад
5-8 колесо	35-50% экономии	Оптимальная позиция — защищена, но не слишком далеко
Последнее колесо (малая группа)	45-50% экономии	Максимальная выгода от драфтинга в группах <5

Оптимальное расстояние для драфтинга

Расстояние позади лидера

0,3-0,5 м (перекрытие колес): Максимальный драфт (~40% экономии), но высокий риск падения
0,5-1,0 м (полдлины велосипеда): Отличный драфт (~35% экономии), безопаснее
1,0-2,0 м (длина велосипеда): Хороший драфт (~25% экономии), комфортно
2,0-3,0 м: Умеренный драфт (~15% экономии)
>3,0 м: Минимальный драфт (<10% экономии)

Драфтинг при боковом ветре

Направление ветра изменяет оптимальную позицию для драфтинга:

🌬️ Встречный ветер

Драфтуйте прямо позади гонщика. Ветер идет спереди, след прямо назад.

↗️ Боковой ветер справа

Драфтуйте слегка слева от гонщика впереди (подветренная сторона). Угол следа смещается с направлением ветра.

↖️ Боковой ветер слева

Драфтуйте слегка справа от гонщика впереди (подветренная сторона).

Совет профи: В эшелонах (построениях при боковом ветре) гонщики выстраиваются по диагонали, чтобы прикрывать друг друга от косого ветра. Вот почему на ветреных этапах профессиональных гонок образуются "водостоки".

Драфтинг на подъемах

Вопреки распространенному мнению, драфтинг все еще дает значительные преимущества на подъемах, особенно на умеренных градиентах (5-7%) при более высоких скоростях (20+ км/ч).

Результаты исследования (Blocken et al., 2017):

На градиенте 7,5% при скорости 6 м/с (21,6 км/ч):

Драфтинг на расстоянии 1 м позади: экономия мощности 7,2%
Драфтинг на расстоянии 2 м позади: экономия мощности 2,8%

Вывод: Даже на подъемах важно держаться за колесом. При 300 Вт экономия 7% = 21 Вт — существенно!

Когда драфтинг мало помогает

Очень крутые подъемы (10%+): Скорость слишком низкая (<15 км/ч), аэро-сопротивление незначительно по сравнению с силой тяжести
Технические спуски: Безопасность и выбор траектории важнее аэродинамических выгод
Одиночные разделки: Очевидно — некого драфтить!

🔬 Научная основа

Blocken et al. (2017) использовали вычислительную гидродинамику (CFD) для моделирования преимуществ драфтинга в различных формациях и условиях. Ключевые выводы:

Выгода от драфтинга экспоненциально падает за пределами 2 м расстояния
Большие группы обеспечивают лучшую защиту (до ~8 гонщиков, затем убывающая отдача)
Езда бок о бок снижает эффективность драфтинга по сравнению с одиночным файлом

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

Оптимизация посадки: ниже, уже, плавнее

Ваше тело создает ~70-80% общего аэродинамического сопротивления (велосипед — только 20-30%). Небольшие изменения посадки могут дать огромные аэродинамические выгоды.

Ключевые элементы посадки

1. Угол торса

Ниже = быстрее (но комфорт важен для устойчивой мощности)

Шоссейная позиция (на рогах): ~45-50° угол торса к горизонтали
Шоссейная позиция (на нижней части руля): ~35-40° угол торса
Разделочная позиция: ~20-30° угол торса
Трековая гонка преследования: ~10-15° угол торса (экстремальная)

Компромисс: Более низкая позиция уменьшает лобовую площадь и улучшает Cd, но:

Ограничивает дыхание (уменьшенная емкость легких)
Ограничивает мощность (закрывается угол бедра)
Сложнее поддерживать длительное время

Цель: Найдите самую низкую позицию, которую вы можете удерживать на гоночной скорости в течение гоночной дистанции без ущерба для мощности или комфорта.

2. Ширина локтей

Уже = меньше лобовая площадь = быстрее

Широкие локти (на рогах): Высокая лобовая площадь
Узкие локти (на нижней части руля/аэробарах): Уменьшенная лобовая площадь на 10-15%

Аэробары естественным образом заставляют держать локти узко (~на ширине плеч или уже). На шоссейном руле сознательно сводите локти ближе, чтобы уменьшить лобовую площадь.

3. Положение головы

Угол головы влияет как на CdA, так и на комфорт шеи:

Голова поднята (смотрит далеко вперед): Ловит ветер, увеличивает CdA
Голова нейтрально (смотрит на 5-10 м вперед): Обтекаемо, снижает CdA на 2-3%
Голова опущена (подбородок прижат): Наиболее аэродинамично, но сложно видеть дорогу — небезопасно

Практика: Смотрите глазами, а не поднимая всю голову. Слегка прижмите подбородок, чтобы выровнять угол шеи.

4. Плоскость спины

Плоская горизонтальная спина снижает сопротивление больше, чем округлая, сгорбленная спина:

Округлая спина: Создает турбулентный след, увеличивает Cd
Плоская спина: Плавное разделение воздушного потока, меньше Cd

Как достичь: Напрягите корпус, поверните таз вперед (передний наклон таза), растяните подколенные сухожилия, чтобы позволить более низкую позицию без округления.

⚠️ Компромисс аэродинамики и мощности

Наиболее аэродинамичная позиция не всегда самая быстрая. Если ультра-аэро снижает вашу устойчивую мощность на 10%, вы будете медленнее в целом.

Пример: Если ваша оптимальная разделочная позиция позволяет 300 Вт, но более агрессивная позиция только 280 Вт, рассчитайте:

Позиция A (CdA 0,26, 300 Вт) → Скорость X
Позиция B (CdA 0,24, 280 Вт) → Скорость Y

Вам нужно протестировать, что быстрее — аэродинамические выгоды должны перевешивать потерю мощности. Используйте метод виртуального подъема или тестирование в аэродинамической трубе.

Выбор оборудования: маргинальные выгоды складываются

После оптимизации посадки оборудование может обеспечить дополнительное снижение CdA на 2-5%. Вот что важнее всего:

1. Глубина колес vs. вес

Тип колес	Аэро-выгода	Весовой штраф	Лучший вариант использования
Низкопрофильные (30 мм)	Базовая	Самые легкие	Подъемы, боковой ветер, универсальность
Средняя глубина (50-60 мм)	Экономия 5-10 Вт @ 40 км/ч	~200-400 г тяжелее	Шоссейные гонки, критериумы, ровные разделки
Глубокопрофильные (80 мм+)	Экономия 10-20 Вт @ 40 км/ч	~400-700 г тяжелее	Ровные разделки, триатлон, спокойные условия
Дисковое колесо (заднее)	Экономия 15-30 Вт @ 40 км/ч	~600-1000 г тяжелее	Разделки/триатлон (ровно, без бокового ветра)

Правило: На ровных трассах при скорости 35+ км/ч аэродинамичные колеса быстрее. На подъемах с градиентом >5% более легкие колеса быстрее. Боковой ветер благоприятствует более низким, более стабильным колесам.

2. Аэродинамичные рамы

Современные аэро-рамы (vs. традиционные рамы с круглыми трубами) экономят 10-20 Вт при скорости 40 км/ч за счет:

Усеченных профилей труб
Интегрированной прокладки тросов
Опущенных задних перьев
Аэродинамических подседельных штырей

Соображения ROI: Аэро-рамы стоят €3000-6000+ и экономят 15 Вт. Оптимизация посадки (бесплатно) может сэкономить 30-50 Вт. Сначала оптимизируйте посадку!

3. Выбор шлема

Аэродинамичные шлемы vs. традиционные шоссейные шлемы:

Аэро-шлем для разделки: Экономия 15-30 секунд в разделке 40 км (по сравнению с шоссейным шлемом)
Аэро-шоссейный шлем: Экономия 5-10 секунд в 40 км (по сравнению с традиционным шоссейным шлемом)

Лучшее соотношение цена-качество среди аэродинамических апгрейдов — относительно дешево (€150-300) для значительной экономии времени.

4. Одежда

Одежда	Влияние на CdA	Экономия @ 40 км/ч
Свободное клубное джерси + шорты	Базовая	0 Вт
Облегающее гоночное джерси + велошорты	-2% CdA	~5 Вт
Комбинезон	-4% CdA	~10 Вт
Разделочный комбинезон (текстурированная ткань)	-5% CdA	~12 Вт

Комбинезоны устраняют развевающуюся ткань и создают плавный воздушный поток. Экономичный апгрейд для разделок.

5. Размещение фляги

Позади седла: Лучше, чем на раме (в аэродинамической тени)
Между аэробарами (разделка): Минимальное сопротивление, легкий доступ
На раме (стандартно): Добавляет 3-5 Вт сопротивления на флягу
Без фляг: Быстрее всего, но непрактично для длинных поездок

💡 Чек-лист легких побед

Максимизируйте аэродинамические выгоды с этими бесплатными/дешевыми оптимизациями:

Чаще ездите на нижней части руля: Бесплатная экономия 15 Вт
Снизьте угол торса: Практикуйте позицию с плоской спиной (бесплатно)
Прижмите подбородок, сведите локти: Бесплатно 5-10 Вт
Аэро-шлем: €200, экономит 15-30 с в разделке 40 км
Комбинезон для разделок: €100-200, экономит 10 Вт

Общая стоимость: €300-400. Общая экономия: 30-50 Вт при 40 км/ч. Сравните с €6000 аэро-велосипедом, экономящим 15 Вт!

Аэродинамика для MTB: почему это (в основном) не имеет значения

Маунтинбайк работает на скоростях, где аэродинамика — минорный фактор по сравнению с шоссейным велоспортом:

Почему MTB менее чувствителен к аэродинамике

1. Более низкие средние скорости

Гонки XC MTB в среднем 15-20 км/ч (vs. 35-45 км/ч на шоссе). На этих скоростях доминируют сила тяжести и сопротивление качения — не аэро-сопротивление.

Распределение мощности на скорости 18 км/ч на подъеме 5%:

Сила тяжести: ~70% мощности
Сопротивление качения: ~20% мощности
Аэродинамическое сопротивление: ~10% мощности

Аэродинамическая оптимизация экономит 1-2 Вт на скоростях MTB — незначительно.

2. Необходимость прямой посадки

MTB требует прямой посадки для:

Управления велосипедом на техничной местности
Смещения веса (вперед/назад для подъемов/спусков)
Видимости (обнаружение препятствий, выбор траектории)
Выходной мощности на крутых подъемах

Вы не можете ехать в аэро-позиции на техничных MTB-трассах — безопасность и контроль превыше всего.

Где аэродинамика может иметь значение в MTB

Ограниченные сценарии, где аэро помогает:

Быстрые гравийные гонки (30+ км/ч): Аэро-позиция может помочь на гладких, быстрых участках
Финишные спринты XC: Приседание на финальные 200 м на прямой при 30+ км/ч
Гладкие грунтовые подъемы: Более низкая позиция возможна, когда местность позволяет

Итог: Не беспокойтесь об аэродинамике для MTB. Сосредоточьтесь на навыках управления велосипедом, силе и повторяемости вместо этого.

Метод виртуального подъема: DIY-тестирование CdA

Вам не нужна аэродинамическая труба для оценки вашего CdA. Метод виртуального подъема использует данные измерителя мощности + GPS с выездов на открытом воздухе для расчета CdA.

Как это работает

Метод использует уравнение мощности, решенное для CdA:

CdA = (P_общая - P_{гравитация} - P_{качение} - P_{трансмиссия}) / (½ × ρ × V³)

Измеряя мощность и скорость на известной трассе, вы можете обратно рассчитать CdA.

Протокол тестирования

Найдите ровную прямую дорогу (или пологий уклон, <2%) с минимальным трафиком
Проедьте несколько кругов (4-6) на постоянной мощности (темповое усилие, ~250-300 Вт)
Чередуйте направления, чтобы нейтрализовать эффекты ветра
Записывайте мощность, скорость, высоту, температуру, давление с велокомпьютером
Анализируйте данные с помощью программного обеспечения (Golden Cheetah, MyWindsock, Aerolab)

Программные инструменты

Golden Cheetah: Бесплатная программа с открытым исходным кодом, включает анализатор Aerolab
MyWindsock: Веб-интерфейс, простой интерфейс
Best Bike Split: Премиум-инструмент с оценкой CdA

Тестируйте разные позиции

Проводите отдельные тесты для каждой позиции, которую хотите сравнить:

На рогах (расслабленно)
На рогах (согнутые локти, ниже)
На нижней части руля
Аэробары (если применимо)

Это покажет, какая позиция экономит больше всего ватт для вас — индивидуальные различия огромны!

🔬 Валидация метода

Точность метода виртуального подъема: ±0,005-0,01 м² CdA (vs. аэродинамическая труба). Требует спокойных ветровых условий (<5 км/ч) и тщательного выполнения. Несколько кругов улучшают точность, усредняя вариации окружающей среды.

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

Часто задаваемые вопросы

Сколько времени экономит аэродинамика в разделке на 40 км?

Приблизительные оценки для 1-часовой разделки (40 км) при ~300 Вт FTP: Снижение CdA с 0,30 до 0,25 (снижение на 17%) экономит ~2-3 минуты. Переход с рогов (0,36) на аэробары (0,26) может сэкономить 4-5 минут — огромные выгоды!

Что купить сначала: аэро-велосипед или аэро-колеса?

Сначала оптимизируйте посадку (бесплатно). Затем: аэро-шлем + комбинезон (~€300, экономит 20-30 с в 40 км). Затем: глубокие колеса (~€1500, экономит 30-60 с). Затем: аэро-велосипед (~€5000, экономит 45-90 с). Посадка + одежда + колеса = 80% выгод за 10% стоимости vs. полный аэро-велосипед.

Имеет ли значение аэродинамика на подъемах?

Да, но меньше. На подъемах 5-7% при скорости 20+ км/ч аэродинамика все еще важна (экономит 5-10 Вт). На подъемах 10%+ при скорости <15 км/ч аэродинамика незначительна — доминируют вес и мощность на килограмм. На скоростях подъема сила тяжести составляет 70-80% сопротивления.

Могу ли я протестировать свой CdA без аэродинамической трубы?

Да. Используйте метод виртуального подъема с измерителем мощности + GPS на ровных дорогах. Программное обеспечение типа Golden Cheetah (бесплатно) рассчитывает CdA из данных поездки. Точность ±0,005-0,01 м² при правильном протоколе (спокойный ветер, несколько кругов, чередующиеся направления).

Нужны ли мне аэро-колеса для MTB?

Нет. Скорости MTB (15-20 км/ч в среднем) слишком низкие, чтобы аэродинамика имела значительное значение. Сосредоточьтесь на выборе покрышек, настройке подвески и навыках управления велосипедом. Аэродинамика важна для шоссе/гравия при устойчивых скоростях 30+ км/ч.

Насколько одежда влияет на аэродинамику?

Комбинезоны экономят ~10 Вт vs. свободные джерси при скорости 40 км/ч (переводится в ~30-45 секунд в разделке 40 км). Недорогой апгрейд (€100-200) по сравнению с аэро-велосипедом. Даже облегающий гоночный комплект (vs. свободный) экономит 5 Вт.

Всегда ли более агрессивная аэро-позиция быстрее?

Нет, если это снижает вашу мощность. Пример: CdA 0,26 при 300 Вт может быть медленнее, чем CdA 0,28 при 310 Вт. Тестируйте позиции, чтобы найти оптимальный баланс аэродинамики/мощности. "Самая быстрая" позиция поддерживает наивысшую скорость, а не самый низкий CdA.