facebook_pixel

Aero-trendi – onko ilmanvastuksella merkitystä?

29.10.2019

#aeropyörä #cervelo #maantiepyörä #triathlon #triathlonpyörä

Aeropyöriä on ilmestynyt viime vuosina oikealta ja vasemmalta useiden valmistajien toimesta. Tarkemmin ajatellen, onkin vaikea keksiä pyöränosaa, joka ei olisi päässyt ”aerokäsittelyyn” saaden ainakin nimellisesti virtaviivaisemman muodon. Lista sisältää runkojen lisäksi muun muassa ohjaintangot, pinnat kuin myös juomapullot. Onko aerodynamiikalla merkitystä ja tarvitseeko siitä välittää? Lue pidemmälle, niin tiedät!

Pyöräilijää vastustavat voimat
Pyöräilijää vaikuttaa kaikilla ajanhetkillä joukko voimia. Niiden suuruus ja suhde toisiinsa vaihtelee ajonopeuden ja -alustan mukaan. Voimien kolmikko, jota vastaan pyöräilijä tekee työtä eteenpäin maaliviivan ylittämiseksi tai lenkiltä kotiin pääsemiseksi on seuraava:

Mekaaninen kitka. Tämä sisältää kaiken kitkan, mitä pyörän toiminnassa ilmenee eli laakereiden pyörimiskitkan navoissa, keskiössä ja voimansiirrossa. Ketju itsessään on hyvin tehokas tapa välittää voimaa ja sen hyötysuhde onkin 98-99 % luokkaa. Niin kauan kuin pyörässä on kohtuulliset komponentit ja ne pitää ennen kaikkea kunnossa, tällä osa-alueella on vaikea saavuttaa merkittävää hyötyä ilman, että toiminta menee hifistelyksi. Esimerkiksi vaihtajarissojen tai polkimien vaihtaminen laadukkaampiin vähentää tehohäviötä vain 1 watin verran.

Painvoima. Jos ajaminen tapahtuu maan painovoimakentän vaikutuksessa, painovoima vetää pyörän ja kuskin yhdistelmää jatkuvasti alaspäin, mikä tulee huomioitua viimeistään jyrkimmissä nousuissa. Tasamaalla painvoiman vaikutus ajonopeutta hidastavana tekijänä on hyvin pieni, etenkin jos ajo ei sisällä merkittävästi jarrutuksia ja niitä seuraavia kiihdytyksiä. Mäkiä kiipiessä tilanne on toinen, sillä kuski kirjaimellisesti nostaa itsensä ja pyöränsä yhdistettyä massaa jatkuvasti ylöspäin. Mitä enemmän nousumetrejä reitillä on ja mitä jyrkempiä nousut ovat, sitä suurempi merkitys pyörän painolla on. Tästä syystä mäkikiipijät ovat tyypillisesti hyvin kevytrakenteisia ja mäkietapeilla suositaan keveintä mahdollista kalustoa.

Ilmanvastus. Pääsemme viimein tekstin aiheen eli ilmanvastuksen kimppuun. Nopeuden kasvaessa noin 20 km/h yli, ilmanvastus muodostaa 70-90 % pyöräilijää vastustavasta voimasta! On sanomattakin selvää, että ilmanvastuksen minimointi tulisi olla kaikkien tavoitteellisesti ajavien prioriteettilistalla ainakin jossakin määrin.

Ilmanvastuskerroin
Ilmanvastus on suuruusluokkansa johdosta tärkeä seikka, joten sen syvällisempi ymmärtäminen on hyödyksi. Se koostuu kahdesta tekijästä:

1) Ilmanvastuskertoimesta
2) Nopeudesta

Jälkimmäinen on helppo ymmärtää esimerkiksi työntämällä käden auton ikkunasta ulos 40 ja 100 km/h vauhdeilla. Neljääkymppiä ajaessa kättä vasten tuntee pienen vastuksen, kun taas moottoritienopeuksissa tilanne muistuttaa jo kädenvääntöä. Ilmanvastus on suoraan verrannollinen nopeuden neliöön; nopeuden kaksinkertaistuessa ilmanvastus nelinkertaistuu.

Ilmanvastuskerroin vaatii hieman yksityiskohtaisempaa tarkastelua. Siihen vaikuttaa tarkasteltavan kappaleen muoto ja otsapinta-alan suuruus. Ilmanvastuskerrointa voisikin kuvata kansankielellä kappaleen ”liukkaudeksi” ilmavirrassa. Mitä virtaviivaisempi ja menosuuntaan nähden pinta-alaltaan pienempi kappale on, sitä vähemmän se edellyttää voimaa ilmanvirtausta vastaan liikkuessaan.

Pyöräilijän tapauksessa ilmanvastuskerroin muodostuu pyörän ja kuskin profiilista edestäpäin tarkasteltuna. Kyseessä on yksikötön suure, jonka arvo voi olla tuhannesosia tai täysiä kokonaislukuja aina arvoon 2 asti. Alla on taulukoituna joitakin yleisien muotojen ja kappaleiden ilmanvastuskertoimia Cyclingpowerlab-sivuston mukaan.

Pyöräilijä voi vaikuttaa ”liukkauteensa” ilmavirtaa vastaan vaikuttamalla otsapinta-alaan ajoasennon kautta. Yksikkö on SI-järjestelmän mukaan neliömetri, kuten pinta-alalla yleensä. Alla on lueteltuna tyypillisiä arvoja saman em. sivuston mittausten mukaan.

Tiivistettynä, mitä matalammaksi itsensä saa taiteltua pyörän päälle, sitä pienempi ilmanvastus ja sitä kovemmin pyörä kulkee samalla tehontuotolla. Tässä ei ole sinänsä mitään uutta ja aika-ajajat sekä triathlonistit ovat hakenee tällä tapaa aerodynaamisempaa ajoasentoa jo toista vuosikymmentä.

Peesihyöty
Maantielenkeillä vetovuorojen pitäminen on lähes yhtä vanha käytäntö kuin pinnattu polkupyörän kiekko. Letkaa vetäessä joutuu tekemään tuntuvasti enemmän töitä ja etenkin vastatuuleen ajaessa voi tuntea, miten itsensä paljastaa tuulelle peesivuoroon asettuessa. Asian huomaamiseksi ei tarvita monimutkaista tutkimusjärjestelyä, sillä ainoastaan empiiriset käytännönkokemukset riittävät sen havainnointiin. Tieteestä ei ole kuitenkaan haittaa – päinvastoin sillä se laittaa mittakaavaan, että miten suuri peesihyöty todellisuudessa on.

Professori Bert Blocken on tutkinut asiaa perinpohjin ja luonut mallin, joka mallintaa tapahtumia pääjoukossa isossa maantiepyöräkilpailussa. Mallin mukaan keskellä joukko ajavaan kuskiin kohdistuu vain 6 % ilmanvastuksesta verrattuna siihen, että he olisivat matkassa yksin! Käytännössä tämä tarkoittaa, että joukon keskellä poljinteho riittäisi vain noin 15 km/h ajonopeuteen, vaikka matka taittuu silti yli 50 km/h keskinopeudella!

Tässä valossa onnistuneet, soolona tehdyt irtiotot saavat entistä koristellumman sankariviitan ylleen.

Kuinka vähentää ilmanvastusta?
Jos et pääse nauttimaan peesihyödystä, mitä voi ja kannattaa tehdä? Kaikeksi onneksi ensimmäisenä ei tarvitse suunnata kauppaan ja vaihtaa koko kalustoa virtaviivaisempaan muotoon. Tuntuvaa eroa saa huomattavasti helpommilla ja jopa ilmaisilla toimilla!

Ajoasento. Muutokset ajoasennossa ovat yksinkertaisia ja ennen kaikkea ilmaisia toimia, mikä ei kuitenkaan tarkoita, että se olisi helppoa. Asennon madaltaminen ja otsapinnan pienentäminen parantavat aerodynamiikkaa, mutta samalla tulee ikäviä sivuvaikutuksia niinkin tärkeiden toimien kuin poljinliikkeen ja hengittämisen osalta. Mitä aerodynaamisempi asento on, sitä vähemmän optimi se on biomekaanisesti – tyypillisesti. Itselle sopivan ajoasennon löytäminen onkin asia, johon kannattaa käyttää aikaa ja vaivaa, esimeriksi bike fitin muodossa.

Vaatteet. Lepattavat hihat ja lahkeet kuuluvat enduro- ja bike park -ajoon, mutta ovat ehdoton ei aerodynamiikkaa ajatellen. Mitä tiukemmin istuva vaatekerta on, sitä paremmin se tyypillisesti halkoo tuulta. Täysimuotoisen aika-ajoasun käyttöön ei tarvitse mennä, mutta vaatevalintaan ja vaikkapa paidan vetoketjun sulkemiseen kannattaa kiinnittää huomiota.

Kypärä. Täysimuotoisen aerokypärän päähän istuttaminen ei ole tarpeen, sillä suuri osa moderneista kypäristä on aerodynamiikaltaan hyviä. Lisäksi ne ovat mukavampia käyttää ja näyttävät hyviltä, mitä ei voi aina sanoa aerokypärän tuomasta alien-lookista. Kypärävalintaa tehdessä on hyvä tsekata, että mitä valmistaja sanoo sen aerodynamiikasta, vaikka valinta tuleekin tehdä ennen kaikkea turvallisuus ja istuvuus edellä.

Pyörä. Nykyaikaisista maantie- puhumattakaan aero- tai triathlonpyörästä ei löydy tyypillisesti yhtäkään pyöreää putkea ja hyvästä syystä. Siipimuoto halkoo tuulta huomattavasti pyöreää muotoa paremmin. Jos kaluston päivitys on ajankohtainen, muiden ominaisuuksien ohella aerodynamiikkaan on hyvä kiinnittää huomiota. Mitä valmistaja lupaa, onko pyörä virtaviivaisen näköinen ja ovatko vaihdevaijerit ja jarruletkut piilossa? Cervélo on ollut tällä saralla edelläkävijä alusta lähtien!

Kiekot. Pyörivät massat eli kiekot ja renkaat ovat jokaisen maantiekuskin suosikkipuheenaihe. Yksi kiekkosetti voi olla ylitse muiden a tuntua tuulennopealta. Aerokiekot ovat tyypillisesti korkeaprofiilisia ja varustettuja litistetyillä pinnoilla (joiden väliin ei kannata työntää sormiaan kiekon pyöriessä). Muotoilulla saatava hyöty voi olla huomattava, vaikka se toisinkin pienen painosakon mukanaan. Kiekkohankintaa tehdessä on kuitenkin syytä huomioida ajo-olosuhteet, joissa kiekkoja käyttää. Pohjanmaanlakeuksilla voimakkaassa sivutuulessa ajaessa aerokiekot voivat olla nopeat, mutta pitävät samaan aikaan kuskin takuuvarmasti myös hereillä arvaamattoman luonteensa johdosta.

Tässä lyhyt oppimäärä aerodynamiikkaa pyöräilijän näkökulmasta! Toivottavasti hyödyit asiasta ja pidit tekstiä mielenkiintoisena!