Rysunek został wykonany, na podstawie zdjęcia z roku 2002 lub 2003, ale nie ma to większego znaczenia, bo identycznie wyglądali zawodnicy 20, czy 50 lat temu. Co można więc zrobić żeby zmniejszyć powierzchnię czołową? Przede wszystkim obniżyć kierownicę. Wówczas zawodnik będzie miał obniżoną górną część ciała, a co za tym idzie jego powierzchnia czołowa się zmniejszy.
Mechanicy i kolarze myśleli o tym od dawna. W pewnym momencie zaczęto konstruować i używać rowery o przedziwnej geometrii

Rower Laser firmy Cinelli. Za rower ten firma dostała kilka nagród w konkursach projektów użytkowych. Stał się on również swego rodzaju "blejtramem" dla znanego artysty. Więcej szczegółów można znaleźć na stronie internetowej producenta.

Najbardziej charakterystyczne, że mostek znajduje się znacznie poniżej siodełka. Należy także zwrócić uwagę na kierownicę - nie jest to klasyczny "baranek" ale "bycze rogi" stosowane początkowo tylko na torze, ale później stały się standardem we wszelkiego typu wyścigach na czas. "Bycze rogi" zamontowane do klasycznego mostka pozwalały przyjąć kolarzowi pozycję między chwytem górnym, a dolnym w klasycznej kierownicy.

Kolarzom było tego mało. Aby jeszcze bardziej obniżyć sylwetkę zaczęto stosować rowery mające koła różnej wielkości: z tyłu większe (700C lub więcej), a z przodu mniejsze (650C lub mniej). Jednak wówczas do gry wkroczyła UCI (Międzynarodowa Unia Kolarska) i zastopowała ten wyścig, zakazując używania ram z opadającą górną rurą, a także nie pozwoliła na używanie w oficjalnych wyścigach rowerów z kołami o różnej średnicy.

Moser w trakcie bicia rekordu w jeździe godzinnej. Przednie koło jest mniejsze niż tylne, kierownica to "bycze rogi"

Jeśli nie można już obniżać kierownicy, to wolno ją jednak zwężać. Węższa kierownica powoduje, że tułów "chowa się" za naszymi rękoma, co także prowadzi do "zmniejszenia" naszej sylwetki. W ten sposób powstała kierownica zwana w Polsce lemondką.
Została ona wynaleziona przez byłego narciarza i triathlonistę Boone Lennon'a. Uprawiał on zjazd narciarski i starał zrobić taką kierownicę, która umożliwiałaby zajęcie pozycji jak najbardziej przypominającej układ ciała zjazdowca. Kierownica jego konstrukcji na początku była używana przez triathlonistów, a upowszechnił ją Greg Lemond, który użył jej w pamiętnej czasówce podczas Tour de France w roku 1989. Od jego nazwiska zaczęto ja w Polsce nazywać lemondką.

Greg LeMond z charakterystyczną kierownicą

Wcześniej, kierownicę zbliżoną do współczesnych leżanek używali zawodnicy startujący w RAAM, ale tam miała ona zupełnie inne zadanie - "leżanka" była szeroka i miała dać odpoczynek dłoniom, a nie polepszyć aerodynamikę.

Kształt, czyli rama.
Jeżeli udało się zminimalizować powierzchnię czołową, to przyszła teraz pora, żeby popracować nad kształtem. Idealnie byłoby, gdyby rowerzysta wraz z rowerem miał kształt jak najbardziej zbliżony do kształtu spadajacej kropli - formy idealnej w sensie aerodynamicznym.
Bez zastosowania obudowy na rower wraz z kolarzem (zabronionej przez UCI) taki kształt jest nie do uzyskania, należy sobie więc radzić w inny sposób. Kiedy patrzy się na normalny rower z boku, to wygląda on jak zestaw wielu rurek (rama, kierownica, sztyca itd.) i prętów (szprychy, linki). Każdy z tych elementów stawia opór, a powietrze wpadając w "przerwy" między nimi ulega zawirowaniu, co dodatkowa pogarsza sytuację. Bardziej obrazowo można to opisać tak, że powietrze "przykleja" się do każdego z tych elementów składowych roweru, a im tych elementow więcej, tym więcej lokalnych zawirowań powietrza zwiększających opory aerodynamiczne.
Inżynierowie starali się zredukować liczbę rurek i prętów. Powstawały niesamowite ramy, które w żaden sposób nie przypominają tradycyjnych ram zbudowanych na bazie dwóch połączonych trójkątów.

Rowery robione metodą monocoque

Później przyszła kolej na koła. Zamiast tradycyjnych kół szprychowych zaczęto stosować "dyski", czyli koła pozbawione szprych. Na początku stosowany pełne koła z przodu i z tyłu, ale poźniej zrezygnowano z dysków z przodu, bo znaczącą pogarszają one prowadzenie roweru gdy pojawi się najmniejszy wiatr. W ten sposób powstały koła ze zredukowaną liczbą szprych.
Obecnie istnieje tendencja do zminimalizowania grubości pełnych kół. Idealny dysk powinien mieć stałą grubość na całej swojej płaszczyźnie.

Koła i dyski róznych producentów

Jeżeli rower musi mieć rurki połączone na bazie podwójnego trójkąta (konstrukcja klasyczna, nie monocoque), to należy postarać się, żeby były one jak najbardziej opływowe. Gdy ogląda się współczesne ramy czasowe to widać, że większość rurek ma przekrój bardzo wydłużony, często szerszy od przodu roweru, zwężający się ku tyłowi. Tą samą operację należy przeprowadzić w odniesieniu do kierownicy.

Typowe współczesnie rowery do jazdy na czas: Litespeed i Trek.

Współczesne kierownice czasowe. Kierownica firmy Cinelli (z lewej) jest zintegrowana z mostkiem, natomiast firma Hed (z prawej) połączyła kierownicę z klamkami hamulcowymi

Jak już wcześniej wspomniano obudowywanie roweru wraz z kolarzem aerodynamicznym "ekranem" jest przez UCI zabronione. Wolno jednak tak konstruować części, aby jedna z nich stanowiła aerodynamiczny ekran dla pozostałych. Dlatego często rowery czasowe mają wygiętą rurę podsiodłową, dzięki czemu osłania ona wirujące tylne koło.

Mocno wygieta rura podsiodłowa, ma za zadanie osłaniać tylne koło.

Innym rozwiązaniem są aerodynamiczne bidony produkcji Campagnolo ale mimo tego używane w 1999 roku przez sponsorowanego przez Shimano Lance Armstronga. Z podobnych produktów dostępnych obecnie godne polecenia są bidony Profile Design AeroDrink. Butelka montowana jest pomiedzy ramionami lemondki i działa jak aerodynamiczna osłona (zdjęcia poniżej).

Aerodynamiczna butelka Campagnolo i Lance Armstrong podczas TdF '99

Bidon firmy Profile Design

Aerodynamiczne szaleństwo rozpoczęło się w latach '80. Aerodynamiczne komponenty z tamtego okresu do tej pory cieszą się powodzeniem wśród kolekcjonerów, głównie ze względu na piękny wygląd.

Opływowe hamulce Campagnolo Delta

Kask, czyli znowu aerodynamika kolarza.
Mając wreszcie areodynamiczny rower można już tylko popracować nad aerodynamiczną sylwetką samego kolarza. UCI z jednej strony zabrania stosować aerodynamiczne osłony, z drugiej jednak jednocześnie zaleca (albo nakazuje wręcz) używania kasków. Najprościej więc skonstruować kask, który będzie jednocześnie osłoną aerodynamiczną.
Historia ich powstania jest ciekawa. Pierwsze kostrukcje miały kształt przeciętej na pół skorupki jajka. Bardzo dobrze spełnały swoje zadanie, gdy kolarze używali "baranków" czy "byczych rogów". Po wprowadzeniu jednakże lemondek okazały się one mało przydatne - ich kształt był niedostosowany do niższej pozycji na rowerze, z głową skierowaną bardziej ku górze.
Oczywiście należy pamiętać, że kaski do jazdy na czas, są kaskami tylko z nazwy. Zapewniają one co najwyżej ochronę przed owadami, które mogą zaplątać się we włosy. Jedynym wyjątkiem jest kask firmy Louis Garneau, który zapewnia taką samą ochronę, co "zwykły" kask rowerowy.

Współczesne kaski do jazdy na czas

Materiał, czyli ubranie.
W porównaniu z resztą, ubranie to bułka z masłem. Należy jak najdokładniej osłonić ludzkie ciało, gdyż sztuczne włókna są bardziej śliskie - powietrze lepiej je "obmywa". Z tego powodu zawodnicy jeżdżą w koszulkach z długim rękawem i stosują ochraniacze na buty. W latach '80 niektóre drużyny pierwszej dywizji stosowały podczas wyścigów... czepki pływackie, w celu redukcji zawirowań spowodowanych przez włosy!

---

Wiadomo już jak powinna wyglądać każda z części roweru czasowego. Teraz należy tylko złożyć wszystkie te elementy razem.
Jeżeli zastosuje się lemondkę, to należy jednocześnie tak przekonstruować ramę, żeby dało się na rowerze jechać w miarę wygodnie i efektywnie jednocześnie, oraz aby pozycja kolarza była jak najbardziej skupiona. Im bardziej jednak kolarz pochyli się do przodu, tym bardziej uciska przeponę, co utrudnia oddychanie, a to znowu obniża jego sprawność. Jedyną radą, jest przesunięcie do tyłu suportu, co zwiększy ilość wolnego miejsca między tułowiem, a kolanami. Skrócenie górnej rury, oraz krótsza główka ramy są konsekwencją użycia lemondki zamiast baranka.
Poniższe rysunki przedstawiają róznice między ramą szosową a czasową.

Różnice w geometrii ram czasowych i szosowych

Właśnie z powodu większego kąta rury podsiodłowej (mierzonego między rurą a podłożem), w rowerach triathlonowych zmieniono tradycyjne koła szosowe (700C) na mniejsze (650C). Zbudowanie ramy bardziej "stromej", dla przeciętnego kolarza jest o wiele prostsze, jeżeli używa się mmniejszych kół. Innym rozwiązaniem są sztyce wygięte do przodu np. takie jak te:

 

Sceptyk mógłby powiedzieć, że wprawdzie opory aerodynamiczne są istotne, ale ich minimalizacja niewiele daje i szybki zawodnik niezależnie od tego na jakim rowerem będzie jechał i tak wygra. Daje się jednak udowodnić, że nie jest to prawdą.

Wyobraźmy sobie więc czasówkę o długości 40 km. Trasa jest płaska, a pogoda bezwietrzna. Startuje 4 kolarzy: Zawodowiec, Wytrenowany Amator, Amator, Turysta. Każdy z nich ma taki sam rower - klasyczną szosówkę. Każdy z nich pokonuję trasę w trzech pozycjach Typowej, Dobrej i Optymalnej. Oczywiście zakładamy, że zmiana pozycji nie pogorszy sprawności zawodnika - niezależnie od pozycji potrafi on generować taką samą moc. Poniższa tabelka przedstawia zysk (w minutach i sekundach) uzyskany dzięki zmianie pozycji.

	Zawodowiec	Wytrenowany Amator	Amator	Turysta
Średnia prędkość	38,2 [km/h]	36,4 [km/h]	34,2 [km/h]	31,6 [km/h]
Czas jazdy pozycja Typowa	62:49 [min]	65:51 [min]	70:16 [min]	76:01 [min]
Zysk pozycja Dobra	-2:35 [min]	-2:44 [min]	-2:54 [min]	-3:04 [min]
Zysk pozycja Optymalna	-5:26 [min]	-5:41 [min]	-6:09 [min]	-6:14 [min]

Jak widać różnica między pozycją Typową a Optymalną może wynosić ponad 5 minut (dla Zawodowców)! Na czasówkach podczas Tour de France w 2003 roku 5 minut to różnica czasu pomiędzy 1 a 12 zawodnikiem (pierwsza czasówka) lub między 1 a 112 zawodnikiem (druga czasówka).
Między innym z tego powodu najlepsi (i najbogatsi) kolarze ćwiczą jazdę na czas w tunelach aerodynamicznych. A nie jest to tania "zabawa" - wynajęcie tunelu kosztuje około 500$ za godzinę, a trzeba doliczyć do tego wynagrodzenie dla trenerów i personelu technicznego.
A teraz zobaczmy co się stanie, gdy prócz pozycji na rowerze będziemy zmieniać koła - zamiast zwykłych, szprychowych, użyjemy dysków z tyłu i aerodynamicznych kół z przodu, oraz ramę - zamiast okrągłych rurek będzie ona miała rurki o przekroju kropli wody. Tym razem tebela pokazuje zysk w stosunku do normalnych warunków (zwykłe koła/rama), z podziałem na różnych zawodników/pozycje.

	Zawodowiec	Wytrenowany Amator	Amator	Turysta
Pozycja Typowa	-1:09 [min]	-1:13 [min]	-1:22 [min]	-1:22 [min]
Pozycja Dobra	-1:16 [min]	-1:20 [min]	-1:27 [min]	-1:34 [min]
Pozycja Optymalna	-1:26 [min]	-1:31 [min]	-1:32 [min]	-2:00 [min]

Zysk wynikający z użycia aerodynamicznych kół

 

	Zawodowiec	Wytrenowany Amator	Amator	Turysta
Pozycja Typowa	-0:47 [min]	-0:51 [min]	-0:50 [min]	-0:59 [min]
Pozycja Dobra	-0:53 [min]	-0:56 [min]	-1:00 [min]	-1:02 [min]
Pozycja Optymalna	-0:58 [min]	-1:00 [min]	-1:05 [min]	-1:09 [min]

Zysk wynikający z użycia aerodynamicznej ramy

Jak widać różnica nie jest aż tak duża, ale nadal można zyskać około 2 minut, a na Mistrzostwach Świata 2002 różnica 2 minut, to różnica pomiędzy 1 a 19 zawodnikiem.

Sceptyk nadal może twierdzić, że w wypadku zawodowców różnice i tak nie mają dużego znaczenia, bo każdy z nich używa najlepszego sprzętu, ma dobrą pozycję na rowerze itd. Tak jednak nie jest gdyż w sporcie zawodowym liczy się każda sekunda.
Do legendy przeszła czasówka kończąca Tour de France '89. Po przedostatnim etapie, Laurent Fignon, prowadził w klasyfikacji generalnej nad Gregiem Lemondem różnicą 50 sekund. Obaj zawodnicy byli znani jako dobrzy czasowcy, ostatni etap - nawet jak na czasówkę - był bardzo krótki, tylko 24km. Wprawdzie w ówczesnym TdF odbyły sie dwie czasówki i w obu LeMond był przed Fignonem, ale różnice nie były zbyt duże: 5 etap - 56 sekund, długość etapu 73km, 15 etap - 47 sekund, długość 39km, ale był to etap górski.
Na ostatnim etapie LeMond, uwzględniając bonusy za zdobyte miejsca, pokonał Fignon'a o 58 sekund, co w klasyfikacji generalnej dało mu 8 sekund przewagi. Czyli 8 sekund zadecydowało o wygranej (lub przegranej) Touru!
Lemond podczast TdF używał kierownicy triathlonowej, i aerodynamicznego kasku. Fignon: byczych rogów, na głowie żadnego nakrycia, tylko długie włosy spięte w kucyk. Prawdopodobnie, gdyby założył kask, albo przynajmniej czapkę, zyskałby przynajmniej 8 sekund i wygrał cały TdF.

Zakończenie.
Aerodynamika jest młodą dyscypliną naukową. Jej wyniki mogą być niepewne, a jeżeli dodamy do tego rower, który jest "aeordynamicznie" bardziej skomplikowaną maszyną niż np. samochód, to pojawiają się poważne kłopoty. Na przykład do niedawna sądzono, że najmniejsze opory stawiają spłaszczone i odpowiednio wyprofilowane sztyce. Ale okazało się, że kiedy na rowerze siedzi kolarz, lepiej żeby sztyca była okrągła - między sztycą a nogami tworzy się wtedy mniejsza szczelina powietrzna.
Badania w tunelu aerodynamicznym mogą dać czasami zaskakujace wyniki. Jeden ze specjalistów sprawdzał, gdzie najlepiej umieścić bidon: z tyłu za siedzeniem, klasycznie w koszykach zamocowanych na ramie, czy może lepiej w ogóle pozbyć się bidonów na rzecz systemów typu CamelBak. Testy wykazały, że najkorzystniej jest wozić bidony w klasycznych miejscach. Co więcej, rama z bidonami stawia mniejsze opory niż bez! Wynika z tego, że zwyczaj wyrzucania przez sprinterów bidonów przed finiszem daje efekt odwrotny do zamierzonego.

Z powodu relatywnie małych prędkości kolarzy, duży wpływ na stawiane przez nich opory ma wiatr. Dlatego, budując rowery trzeba uwzględnić, że wiatr będzie wiał nie tylko od przodu, ale też z boku.

Jak już wcześniej było wspominane, największy opór aerodynamiczny stawia kolarz. Jednocześnie, najłatwiej jest jego sylwetkę zmienić. Coraz to wymyślane są nowe pozycje: jazda z lemondką, "na Superman'a", Slam i wiele innych. I tym właśnie różni się kolarstwo od sportów motorowych - nadal najważniejszy jest człowiek.

Post Scriptum.
A co by się działo, gdyby opory powietrza zlikwidować niemal całkowicie?

w roku 2002 został ustanowiony nowy Rekord Świata w jeździe godzinnej rowerem poziomym w osłonie. Wynosi on obecnie 81km. O ile rekordy "klasyczne" wahające się od 45 do 55 km należą do najlepszych kolarzy, którzy ustanawiali je w szczytowych momentach swojej kariery, to rekord poziomy ustanowił zawodnik będący w okolicach 1000 miejsca w rankingu UCI.

Drugie rozwiązanie, to ściganie się za osłona aerodynamiczną. Na przełomie XIX i XX wieku, żył w Stanach Zjednoczonych kolarz Charles Mile-a-Minute Murphy. Jego przezwisko mówi wszystko: był on w stanie pokonać milę w minutę, czyli rozwijał prędkość rzędu 100km/h. W tym okresie samochody nie mogły się z nim równać, a tylko kilka lokomotyw było od niego szybszych.

Bibliografia

W sieci można znaleźć wiele informacji na temat aerodynamiki. Tabela z wyliczonymi oporami pochodzi z artykułu autorstwa Jim'a Martin'a, dostępnego pod adresem: http://home.hia.no/~stephens/aero.htm
Zdjęcia w większości pochodzą ze stron producentów. Jeżeli kogoś zainteresowała aerodynamika, polecam odwiedzenie poniższych stron:

http://home.hia.no/~stephens/aero.htm
http://web.media.mit.edu/~intille/st/olympic.html
http://www.bikesportmichigan.com/bikes/difference.shtml
http://www.cycle-smart.com/coaching/articles/ttsetup.html
http://www.first-contact.demon.co.uk/cycling1/boardman.html
http://www.first-contact.demon.co.uk/cycling3/ekimov.html
http://www.fitwerx.com/NewFiles/Rider%20Aerodynamics.html
http://www.hedcycling.com/aerodynamics.htm
http://www.princeton.edu/~asmits/Bicycle_web/bicycle_aero.html
http://www.triathlete.com/art.asp?3=167
http://www.slowtwitch.com/
http://www.bicyclesports.com/

Szczególnie polecam dwa ostatnie odnośniki: pierwszy to strona poświęcona triathlonowi, gdzie można znaleźć dużo inforamcji o "historii" aerodynamiki, a drugi, to strona domowa Johna Cobb'a - konsultanta w dziedzinie aerodynamiki.

 

 

 

 

 

POWRÓT