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甘纳一小时56.792千米世界纪录背后的秘密:产学研结合的成果
菲利普·甘纳成功创造了一小时骑行的世界纪录,打破了人类的天花板,无论是之前不被认可的纪录还是UCI官方的认证,甘纳都将这个纪录提升到了56.792KM的高度。

尽管是由甘纳作为具体的自然人来挑战并创造这项无与伦比的纪录,但纪录的创造背后是一项巨大的系统性工程,包括器材的选择、场地的因素、优化的姿势等方面,针对甘纳破纪录的准备,英力士的前一小时世界纪录保持者——车队气动工程师比格姆以播客的形式对一些细节内容进行了分享。

今天火锅以文章的形式为大家分享甘纳破纪录背后的准备。
CFD优化后的气动姿势

无论自行车车架和轮组之类的器材如何更新,如何变得更气动,车手仍然还是整个骑行系统中最大的空气阻力来源,占到整体阻力的80%左右,因此,优化骑行姿态是创造纪录最重要的事情。

但是,气动姿态的设置是一个非常复杂的事情,因为一个车手的最快姿势可能是另一个车手最慢的姿势。


我们可以看到的是,最适合甘纳的头盔和车把并没有最适合比格姆,这与车手的自身条件有着很大的关系,比如四肢的长度,躯干以及关节的灵活度等等方面,因此找到车手最快的姿势是首先要解决的问题。
如何找到最优最快的姿势成为工程师团队首先要解决的问题,风洞是一定要吹的,但并不是一开始就去吹。
人体与自行车作为一个骑行整体,肩宽、头部的高度变化会影响头盔的选择以及设置,是否附带头盔去调整姿势又成为了巨大的影响因素,如何设计实验满足不同变量条件下得到测试结果就成为团队需要解决的问题。

英力士合作伙伴,一家叫做NablaFlow成为了模拟气动解决方案的供应商,这家公司非常年轻,2018年创立,流体力学分析的业务涉及多个领域,当然自行车的空气动力学模拟只是一小部分,毕竟市场相较于城市设计、风力工程、气象学、隧道分析这些大工程来说,自行车只是洒洒水的市场。

公司的创始人之一卢卡·奥贾诺(Luca Oggiano)为英力士的团队提供了一开始的解决方案,通过3D人体扫描和NablaFlow公司的Aerocloud计算流体力学分析软件来帮助甘纳找到最快的姿势。

有读者可能也已经想到了,Pinarello这次最新发布的Bolide F HR 3D的气动设计环节也是出自NablaFlow,通过CFD模拟来找到最优解的范围,再去通过风洞实测完善开发。

说回到这个气动云(Aerocloud),卢卡·奥贾诺既是Nablaflow的创始人,同时也是英力士-掷弹兵车队的首席气动工程师,这位大佬毕业于挪威科技大学(拥有五位诺贝尔奖得主),一直从事相关工作。

这次的工作只需要对甘纳的身体进行3D扫描,奥贾诺就可以使用Nablaflow的Aerocloud CFD软件进行无数次空气动力学模拟,评估车手的一系列身体位置、头盔、服装选择以及它们如何与车手和自行车的结合,再通过不断的实验反哺自行车的设计,比如我们看到的甘纳这根底部弯曲的休息把,就是经过多次实验找寻到的结果,这个弯曲可以为甘纳的腿部整流,从而实现更好的气动性能。

通过CFD分析进行产品开发已经是业内最常见的做法,但结合人体找寻最气动的姿势对Nablaflow乃至整个业内都是一次新鲜的尝试。

Aerocloud平台也是尝试开发CFD更广泛的功能,达到“实现数据驱动决策”和“通过研究流场以及表面场来更深入了解空气动力学”这两个目标。

火锅去查了一下价格,定期年费不低,15000欧元,单次模拟需要自行提交.stl或者.obj文件格式的3D模型(说白了建模费还是自己交),价格是50欧元一次。至于量身定制的计划就要专门联系了。

完成了初步的模拟并找到了一些优选项之后,英力士车队便通过风洞实测和自行车馆实测验证了结果,最终也帮助甘纳找到了最佳的骑行位置。
至于为什么还要实测呢?这里就必须提到一个几年前就老生常谈的概念了——Aero Fitting。
简单来说,找寻最气动的姿势可能并不难,但是这个姿势是不是最快还要打上问号,因为自行车始终还是要人骑,最快的姿势未必是能够最大化功率输出的姿势。如何在气动的姿势下还能保证车手能够输出足够的功率,而且维持这样的姿势长达一小时之久就是实测骑行需要解决的问题。
下图就是甘纳实验的几种姿势的图例。




这也是为什么要通过有限元分析找到几个不同的解,再在这些解中通过实测找到那个最优解的原因。

铁三的奥运冠军、世界冠军,挪威小胖Kristian Blummenfelt也是奥贾诺的挪威老乡,同样也是Nablaflow的用户,不知道Cadex的开发是否与Nablaflow有关呢?
此外,火锅在撰文前也咨询了业内的朋友,他表示最近也已经看到了当下最热门的深度学习已经在流体力学模拟研究产业中有所应用,甚至可能成为未来模拟的主流方向之一,结合云计算平台可能帮助人们重新构想流体力学模拟的可能性,前景广阔。
科技是第一生产力的论断还在耳边萦绕,产学研结合,Nablaflow也算是科创服务的成功模式之一了,未来国内会看到类似模式的成功么?火锅衷心期待着。

甘纳一小时纪录背后的初步准备工作到这里先告一段落,接下来还有头盔的设置、环境的考验、骑行服等装备选择的故事,请听下回分解。
责任编辑:一栋五楼大草莓
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