Aerodynamik och arbetsekonomi vid cykling

Vi bad vår läkare Mattias Lejon som älskar cykling och läsa massor av studier och testfakta skriva en artikel om aerodynamik. Denna är tänkt som en liten djupdykning i det senaste som är sagt och bevisat gällande tidsvinster i triathlon kopplat till dig och din cykel. Enjoy!

Sedan man började tävla på cyklar har cyklister förstått vikten av att minska sitt luftmotstånd. Det mest uppenbara sättet att göra detta är att försöka finna relativ lä, vilket i tävlingscyklistens värld innebär att lägga sig bakom en annan cyklist. I långdistanstriathletens värld är det inte tillåtet så därför blir det ännu viktigare att optimera sin sittställning och sin utrustning för att kunna höja sin hastighet (eller minska energiåtgången vid samma hastighet).

Vad kan man göra då för att optimera sitt luftmotstånd och spelar det någon roll just för mig?

I denna artikel försöker jag gå igenom de viktigaste punkterna. Jag börjar med det som bidrar till den ojämförligt största delen av luftmotståndet – du själv:

Sittställningen och hjälmen:

Internationella triathlonförbundet (ITU) har andra (friare) regler än det internationella cykelförbundet (UCI) när det kommer till hur cykeln får vara designad. Det är bra att känna till eftersom många cyklar är designade utifrån cykelförbundets regler och om du köper en sådan cykel kan du exempelvis få flytta fram sadel och styre mer när du ska tävla i triathlon. Reglerna går i detalj att se på ITUs hemsida (se nedan).

Lite förenklat vill man minska sin frontyta för att få ned sitt luftmotstånd. Det gör man kortfattat genom att sänka sin höjd på ryggen och forma sig så mycket som möjligt till en pil! Det svåra blir dock att man måste sitta tillräckligt bra för att kunna utveckla kraft, tillräckligt bekvämt för att inte få kramp och för att kunna springa efter cyklingen och tillräckligt stabilt för att inte vingla ned i diket. Därför blir sittställningen alltid en kompromiss mellan dessa faktorer och vad som blir den bästa kompromissen för en person måste inte vara det bästa för en annan.

En triathlon- eller tempocykel är konstruerad för att sittpositionen ska bli så aerodynamisk som möjligt, men man kan komma en bra bit på väg genom att sätta tempobågar/tribars på en vanlig landsvägscykel.

Tidningen Bikeradar gjorde ett hyfsat vetenskapligt test där de jämförde just detta och kom fram till att man kommer en bra bit på vägen genom att optimera sittställningen med tribars även på en vanlig cykel. De testade även hur stor skillnad det var mellan att ha på sig en vanlig cykelhjälm och en strutformad tempohjälm och kom fram till följande:

Setup Wind Tunnel 0 CdA (m^2) Speed (km/h) at 278W Power req’d at 40km/h (W)*
Tarmac SL2 | road helmet | drop bars 0.3019 40.00 278.3
Tarmac SL2 | road helmet | clip-on aero bars 0.2662 41.65 248.9
Tarmac SL2 | TT2 helmet | clip-on aero bars 0.2547 42.25 239.5
Transition | road helmet | aero bars 0.2427 42.90 229.6
Transition | TT2 helmet | aero bars 0.2323 43.50 221.0

(Tarmac SL2 är en vanlig landsvägscykel, Transition är en tempocykel).

Besparingen i tid över 180 kilometers cykling (i 40 km/h) skulle bli 22 minuter genom att gå ”all in” med tempohjälm och tempocykel, men besparingen skulle bli hela 14 minuter ”bara” genom tempohjälm och tribars.

Ta alla siffror med en stor nypa salt, men det ger en bra fingervisning om ungefär hur mycket tid det handlar om.

Så är det då bara att sänka styret maximalt och smalna av styrbreddden så mycket det går? Njae, som sagt handlar det om en kompromiss mellan vad som är mest aerodynamiskt och vad man klarar av kroppsligt. Jag tycker man bör börja ställa in cykeln i en vettig grundposition som du antingen kan få hjälp med där du köpt cykeln eller så kan vi hjälpa dig till en bra grundposition på något av våra camps. Därefter gör du småååå justeringar i taget och utvärderar efter hand.

Viktigt för att orka med många timmar i aeroposition är bra bålstyrka, glöm inte coreträningen!

Ett alternativ är också att boka in dig på en bikefit – ofta en bra väg att gå antingen om man känner sig helt vilse, har besvär eller tycker att ens utveckling gått i stå och man vill ta nästa steg. 

Hjul

Om man tycker det verkar finnas många val att göra när man ska ställning till att köpa våtdräkt eller cykel ändrar man sig när man inser mängden av hjul det finns att välja på. Det görs tyska tester med grafer åt alla håll, man ska välja mellan tubdäck, kanttråd, disc, kolfiber, ekerantal och mycket mer. Det är kort sagt en djungel… För att förenkla det hela går vi igenom de stora skillnaderna (höjd och bredd) och vad som spelar stor roll, vill man nörda ner sig i detaljer erbjuder internet goda möjligheter till det.

Fälghöjd: Alla hjul har numera samma omkrets (28tum/622 mm) men höjden på fälgen varierar stort. Ett vanligt, så kallat lågprofilhjul, har en fälghöjd på 2-3 centimeter. Fram till för några år sedan var en vanlig kompromiss i blåsiga förhållanden ca 38-50 mm höjd på fälgen. I teorin ger en högre fälghöjd lägre luftmotstånd men å andra sidan blir det tyngre och mer vindkänsligt. Senaste två-tre åren har fälgarna utformning ändrats (från V-format till mer U-format) vilket medför att vindkänsligheten har förbättrats ganska mycket och med ”moderna” hjul går det ofta rätt bra att ha 65-80 mm högt framhjul även om det är blåsigt. Bakhjulet kan man ha en högre fälghöjd på utan att det ger lika mycket vindkänslighet dels eftersom det sitter lite ”vindskyddat” bakom framhjul och delar av cykeln och dels för att man inte styr med det. I hyfsat vindstilla förhållanden väljer de flesta duktigare triathleter att köra med heltäckt bakhjul (disc) vilket ger ännu något lägre luftmotstånd.

Många väljer en kompromiss på ca 60 mm fram och ca 80 mm bak, det ger acceptabel vindkänslighet och bra prestanda.

Sajten cyclingweekly.com gjorde ett test under stabila förhållanden på en velodrom där man jämförde ett ”vanligt” lågprofilhjul (ca 20 mm fälghöjd) med ett mellanhögt hjulpar (40mm fram, 50 mm bak) och ett par med treekrat kolfiberframhjul och discbakhjul.

Hjul: Mavic lågprofil Enve mellanprofil Disc + treekreat
Hastighet vid 300 watts effekt 36,4 km/h 38,6 km/h 39,6 km/h
Tid för 180km cykling 297 minuter 280 minuter 272 minuter
Tidsvinst 0 minuter 17 minuter 25 minuter

Ta också dessa tidsangivelser med en nypa salt, men det ger en hyfsad fingervisning. Det finns givetvis skillnader mellan olika bra och dåliga hjul med samma höjd, men skillnaden mellan ett bra och ett dåligt högprofilhjul är mindre än den mellan högprofil och lågrpofil.

Fälgbredd och däcksbredd: För bara några år sedan var de flesta fälgar runt eller strax under 20 mm breda och de flesta körde på 21-23 mm breda däck. Numera går trenden mot bredare däck och bredare fälgar. Teoretiskt så ger ett bredare däck med lite lägre lufttryck något lägre rullmotstånd och betydligt högre komfort. Den enkla förklaringen är att när man kör över en ojämnhet med ett hårt pumpat däck så ”lyfts” hela ekipaget upp medan ett mindre hårt däck istället deformeras runt ojämnhet och cyklist och cykel lyfts då inte upp vilket sparar energi och blir bekvämare. Detta gäller dock bara till en viss gräns eftersom ett för löst pumpat däck istället deformeras för mycket och får för stor anläggningsyta mot underlaget vilket kostar kraft. Lågt tryck ökar också risken för genomslagspunkteringar. Ett rimligt utgångsvärde för lagom lufttryck är att ta sin kroppsvikt och dela i 10 för att få trycket i bar (70 kilos kroppsvikt kan köra med ca 7 bar i däcken).

Däcksbredden bör anpassas till fälgbredden och vara ungefär densamma eftersom ett för brett däck förstör aerodynamiken hos hjulet som helhet eftersom det ger en ojämn övergång när däcket går över till fälg. 25 mm däck är lagom på en 25 mm fälg osv.

Typ av däck: numera görs de flesta hjul för kanttrådsdäck, dvs ”vanliga” däck med en slang i. Tubdäck är en däckstyp där slangen är insydd i däcket och man limmar hela däcket på fälgen. Fälgen ser därför annorlunda ut. Om du köper nya hjul finns det få skäl (ens för en gammal tubdäcksentusiast som undertecknad) att titta på tubdäck för triathloncyklingen. Satsa på kanttråd helt enkelt.

Det börjar också komma tubeless-däck vilket är ett däck utan slang som kräver tätningsvätska inuti, fördel är att små pyspunkor kan laga sig själva, nackdelen visst kladdande med tätningsvätska, fortfarande ganska ovanligt på tempohjul så i dagsläget är det inte så aktuellt.

Rakade ben:

Sedan urminnes tider har både simmare och cyklister rakat benen. Man har anfört diverse skäl som minskat vattenmotstånd, lättare att plåstra om asfaltseksemen, skönare att få massage och minskat luftmotstånd. Specialized testade faktiskt det sista argumentet i sin vindtunnel för några år sedan! Sex försökspersoner testades före och efter benrakning och de uppskattades spara 50-80 sekunder över 40 km cykling. Det skulle bli kring 5 minuter över 180 km! (Man testade sedan också att raka armarna, det uppskattades ge ca 15sek/40km à dryga minuten på 180 km.)

Rullmotstånd och transmissionsförluster

Olika däck har något olika stort rullmotstånd, även här handlar det om kompromisser – ett extremt tunt och smidigt däck ger minskat rullmotstånd men ger å andra sidan ökad risk för punktering. Eftersom däckens del av den totala framdrivningsmotsåndet för hela ekipaget inte är så stort så tycker jag det räcker att köra på fräscha däck av god kvalitet (slitna däck ger större anläggningsyta mot underlaget och sämre punkteringsskydd) i lagom bredd. Köp däck från en större tillverkare i mellanprisklassen (ca 400-600 kr per däck) så kommer du ha tillräckligt bra däck. Skillnaden mellan två olika hyfsade däck handlar om enstaka watt och det är svårt att säga något säkert om vilket som är ”bäst” eftersom testerna oftast är gjorda i en laboratoriemiljö på ett helt slätt underlag.

Även växlar, nav, vevlager och kedja ger vissa förluster. Det är inte heller en stor del av totalen, men se till att ha ganska ny och ren kedja som är smord och en kassett som inte heller är sliten så räcker det långt. Testa att vevpartiet snurrar lätt /veva runt med cykeln i luften och känn att det inte går trögt.

Ja – du kan alltså göra en hel del för att minska ditt luftmotstånd och rullmotstånd och en hel del av åtgärderna är inte speciellt dyra. Tyvärr kan man dock inte räkna med att bara slå ihop siffrorna ovan och hoppas kunna spara nästan en timme, men det är helt klart mätbara effekter.

Slutligen: till skillnad från vad många faktiskt tänker sig så finns det mer tid att vinna för en relativt långsam cyklist. Desto långsammare man cyklar – desto längre tid är man ute på cykeln och de vinster man gör då ger fler minuter i slutändan rent matematiskt trots att hastigheten är lägre!

Nyttiga länkar

Internationella triathlonförbundets (ITU) regler för cykeln (se sid 17): https://www.triathlon.org/images/uploads/ituevents_competition-rules-2010_2010-02-11.pdf

Hjul: https://www.cyclingweekly.com/videos/cycling-tech/how-much-faster-aero-wheels-video

https://www.bikeradar.com/road/news/article/best-deep-aero-wheels-49390/

Sittställning/tempocykel: https://www.bikeradar.com/road/gear/article/how-aero-is-aero-19273/

Rakade ben: https://www.youtube.com/watch?v=DZnrE17Jg3I

Däck: https://www.bicyclerollingresistance.com/road-bike-reviews

Kommentera

Denna webbplats använder Akismet för att minska skräppost. Lär dig hur din kommentardata bearbetas.