论锁鞋套的气动玄学

在小编的印象中，从三四年前开始，自行车界刮起了一阵气动旋风。人们不单单满足于追求更加气动的车架和轮组设计，转而开始用空气动力学将全身武装起来。仿佛一瞬间，头盔上的坑坑洼洼被填充抹平，变成了气动头盔；有的骑行服有了气动剪裁和气动面料；有的锁踏有了更加气动的造型；牙盘、刹车、轮胎也纷纷为了气动改变了设计；甚至某家码表架也开始号称自己可以为车手节省功率……

在这一阵气动狂潮之下，不少厂家推出了有气动设计的锁鞋。有很多玩家也开始投身锁鞋套的怀抱。那么，不同的锁鞋对气动究竟有多大的影响呢？今天，小编为大家带来一篇《自行车鞋的空气动力学效果》，文章原名《Cycling Shoes Aerodynamic》，2010年发表于国际体育工程协会。

众所周知，在自行车运动中，绝大多数的骑行功率被用于对抗空气阻力。对于运动员骑行姿态、头盔、骑行服等相关因素，很多研究都给出了相应的空气动力学分析。然而对于锁鞋的研究与上述研究不同，因为在骑行过程中脚部的活动会导致锁鞋姿态的改变，因此单一姿态的静态空气动力学分析并不具备代表性。

在骑行过程中，锁鞋相对风的运动主要来自两方面：1）自行车整体的运动方向；2）车手的踩踏方向。因此，最好的测试方法是让运动员在真实踩踏的情况下进行风洞测试，然而由于因素众多而锁鞋对气动的影响相对较小，这一测试不一定能够真正反映锁鞋的空气动力学效果。因此，作者选择制作机械结构模拟锁鞋的运动。

首先，作者对真实的运动员骑行影像进行分析，测定在一个踩踏周期内，脚踝角度、锁鞋迎风角度和曲柄角度之间的关系。

之后，作者制作了如下的实验装置在真实风洞中进行测试：

在测试中，作者选用了三种锁鞋设置：

      1）一双使用鞋带的锁鞋，将鞋带系紧；

      2）一双使用卡扣的锁鞋，将卡扣锁紧；

      3）在2）的基础上使用锁鞋套。

之后，作者采用了15m/s（54km/h）的风速以及108rpm的踏频设置进行测试。关于空气密度、踩踏角度、气动阻力等公式和具体计算方法在此略过，让我们直接来看测试结果。

让人惊讶的是，达到最佳气动效果的竟然是鞋带式的锁鞋。而锁鞋套，非但没有降低阻力，反而显著增加了气动阻力。

以下是每只锁鞋在前进方向的阻力、在踩踏方向的阻力和总阻力的对比。可以看出来，在各个方面，使用锁鞋套都会让功率增加。对于这个结果，作者的解释是，使用锁鞋套增加了锁鞋的整体迎风面积，而迎风面积对于气动效果至关重要。

在与测试环境相对应（54km/h）的实际比赛中，车手需要的骑行功率约为500w。结合实验数据，锁鞋的气动效果在这一环境下贡献了8%的总功率，因而不容小觑。而使用鞋套会增加5w的功率，也就是总功率的1%。这会让运动员在一场10km的个人计时赛中损失2秒的时间。

                               
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开元观点
这篇论文给出了一个让人十分意外的结果。气动鞋套非但没有减少功率输出，反而会成为一个累赘。这为爱好者们提了一个醒，并没有必要盲目地迷信气动效果，一些在气动方面的投资可能会产生南辕北辙的效果。


不过，喜爱使用锁鞋套的朋友们也不必紧张，毕竟这篇研究的实验条件依然不够完美，例如没有考虑到侧风的影响，也没有考虑到自行车上其他组件带来的扰流。

当气动科学变成了气动玄学，纠结一点点气动效果，还不如喜欢怎么穿就怎么穿，毕竟做人，最重要的是开心。

文/LOCOMO耐力运动研究院