エアロテック #3 — スプリントエアロポジション

トラック サイクリストにとって最大の敵は、ボードに乗っているとき他のライダーとは限りません。力強く走り切るために必要な精神力は別として、克服すべき最大の戦いは空気抵抗です。時速 50 km (31 mph) の速度では、ライダーの出力の約 90% が、ライダーにかかる空気の力を克服するために使用されます。

一連のブログ投稿を通じて、トラック サイクリングの空気力学を分析し、一連の革新的なコンセプトと製品デザインで私の研究に応えていきます。

今週は、スプリントにおけるエアロボディポジションについてお話します。エアロボディポジションはどれほどのメリットをもたらすのでしょうか？ライダーはパワー出力に影響を与えずに、効果的なエアロポジションをどれくらい長く維持できるのでしょうか？そして、極端なエアロの欠点は何でしょうか？

スプリント トラック サイクリストにとって最長の競技 (パシュート エアロバーを使用しない) はケイリンです。ケイリンは通常、250 メートルの自転車競技場で 1.5 キロメートルまたは 6 周を走ります。レースの半分の間、通常 6 ～ 9 人のライダーがバイクの後ろでトラックを走り回ります。ライダーは、スピードを上げながらスリップストリームで貴重なエネルギーを節約します。最後の 750 メートルでペースメーカーが離れ、レースが始まります。

ケイリンは、勝つのが最も難しく、名誉あるスプリントレースの 1 つとされています。知恵、戦略、パワー、そして時には少しの運も必要です。トップクラスのケイリン選手は、レース終了までに時速 70 キロを超えることもあります。自転車でこの速度を達成するには、エアロポジションが大きな要因となります。

体の位置と抗力

今年初め（2019年2月）、オランダとベルギーの研究者Thijs van Druenen、Yasin Toparlar、Thomas Andrianneが、ロードサイクリングで採用されるさまざまなスプリント姿勢が空気力学にどのような影響を与えるかを議論した論文を発表しました。

「一部のライダーは、前面面積を減らすために、胴体を低く、ほぼ水平に、ハンドルバーに近づけるという、かなり例外的でより空気力学的に優れたスプリントポジションを採用しています。このようなポジションで空気力学的にどの程度のメリットが得られるのかという疑問が生じます。この論文では、通常のスプリントポジションと低いスプリントポジションの両方について、より一般的な 3 つのサイクリングポジションと比較した空気力学的分析を示します。」

研究で試された他の 2 つの「サドルから降りた」スプリント姿勢のうち、風洞とCFD 分析を使用して比較された 3 つの着席姿勢を以下に示します。研究でテストされた 5 つの姿勢のうち、これら 3 つはトラック スプリントに最も関連しています。示されている各姿勢は、水平からのヒップ角度がそれぞれ 24.9°、10.7°、-9.4° と異なります。

画像出典: https://link.springer.com/article/10.1007/s12283-019-0304-7

以下は、イーサン・ミッチェル (ニュージーランド) の「背中を上にした」スプリント姿勢とマシュー・グレイツァー (オーストラリア) の「背中を水平にした」スプリント姿勢の実際の比較を示しています。「背中を下にした」姿勢は (ちょっとしたコメディを除いて) 一般的には見られないものです。そのため、スプリントでこの姿勢をとるプロの例は描いていません。

画像出典: https://twitter.com/CyclingAus/status/884234914601644033

研究結果を分析するには、まず使用されている用語をいくつか理解する必要があります。

前面面積:ライダーとバイクが空気を押し出すシルエットの表面積。前面面積が大きいほど、空気抵抗が大きくなります。( 出典)

抗力係数:空気中の物体の抗力または抵抗を定量化するために使用される量。抗力方程式で使用され、抗力係数が低いほど、物体の空気抵抗が小さいことを示します。抗力係数は前面面積と関連しています。( 出典)

抗力領域:物体の抗力領域は、物体の周囲の空気の流れから「見える」物体の有効サイズを表します。(出典)

Andrianne、Toparlar、van Druenen から提供されたデータと、 Omnicalculator.comの抗力計算機との組み合わせに基づき、標準的な「背中を上にした」スプリント姿勢から「背中を水平にした」姿勢への抗力は 17.0% 減少し、さらに背中の角度が負の姿勢 (「背中を下にした」姿勢として図示) への抗力は 2.9% 減少することがわかりました。

型破りで不快に見える「バックダウン」ポジションでの追加の 2.9% は、スプリントのパワー出力にどのような影響を与えるのでしょうか?

データソース: https://link.springer.com/article/10.1007/s12283-019-0304-7

注: これらの計算は、研究論文で提供されたデータとオンラインの抗力計算ツールを使用して独自に行いました。計算に誤りを見つけた場合はお知らせください。できる限り修正いたします。

体の位置と出力

オーストラリアの研究者ルーク・デイリー氏とマイケル・キングスリー氏による今年（2019年）5月の2番目の学術論文では、自転車の背中の角度が垂直から70°から110°の範囲で変化することが、スプリントサイクリストのパワー出力にどのように影響するかを分析しました。

研究では、股関節の角度が変わっても、6 秒間のスプリントのパワー出力やリズムには影響がないことが分かりました。また、バイクフィットによるハンドルバーの高さやリーチの変化にもかかわらず、ライダーはスプリント運動のために意図された股関節の角度を一貫して維持せず、自然なスプリント姿勢に戻ったことも指摘しました。さらに、訓練されたサイクリストは、より高い作業率が要求されるときに、自転車上で異なる体勢をとる傾向があることも指摘しました。これは、ライダーが運動中に体を最大限に活用するための生理学的反応であると考えられます。

2 つの研究に基づくと、ある程度のトレーニングを行えば、体を長く低い姿勢に調整して、同等のパワー出力を維持しながら、抵抗を大幅に減らすことができると推測できます。

エアロポジションについてのご意見をお聞かせください。どれくらい低くできるか試してみましたか？パフォーマンスにどのような影響がありましたか？