Desenvolvimento de Metodologias para a Otimização Aerodinâmica de um Ciclista em Modo de Contra-Relógio

Abstract

A presente investigação tem como principal objetivo o desenvolvimento de metodologias adequadas à aquisição de dados relativos à evolução temporal de parâmetros considerados fundamentais no estudo das forças de resistência atuantes sobre o conjunto ciclista + bicicleta num contexto de alta competição. Através do pós processamento destes dados, pretende-se efetuar um estudo detalhado da influência que estes parâmetros em análise têm, nomeadamente, nas forças de resistência aerodinâmica atuantes sobre o conjunto ciclista + bicicleta, por forma a chegar a conclusões sobre o tipo de alterações que podem ser implementadas ao nível da posição de condução e do equipamento utilizado pelo ciclista, no sentido de otimizar a eficiência da potência mecânica produzida pelo mesmo no decorrer de uma prova.Foram desenvolvidas metodologias aplicáveis em ensaios de túnel de vento, nas quais foi utilizada a balança multiaxial de forças HBM MCS10 para medição das forças aerodinâmicas que atuam sobre o conjunto em análise. Foram também desenvolvidas metodologias para aquisição de dados de evolução temporal de parâmetros como a velocidade do conjunto ciclista + bicicleta relativamente ao solo e ao escoamento incidente, através da instalação de um conjunto de sondas de pressão de dois furos (mais concretamente, um tubo de Pitot e uma sonda direcional) e ainda de um SRM Powermeter, que permitiu também registar a evolução de temporal de parâmetros como a altitude do terreno e a potência mecânica produzida pelo ciclista.Concluindo, foram desenvolvidas várias metodologias aplicáveis em diferentes contextos de ensaio (em túnel de vento ou em estrada e em pista), sendo que os resultados obtidos serão úteis para a otimização da aquisição de dados em futuras investigações que recorram a sondas de pressão de dois furos.

The present investigation aims to develop adequate methodology for data acquisition over the temporal evolution of several major parameters in the analysis of drag resistance forces acting on a cyclist in a road bicycle. Through post-processing of the collected data, this study intends to carry out a detailed report in order to reach conclusions on which alterations should be made to the riding position of the cyclist and to the equipment that he uses, in order to achieve noticeable reductions in terms of aerodynamic drag acting upon the cyclist. This reduction in the aerodynamic drag is expected to improve the efficiency of the mechanical power output produced by the cyclist in the pedaling exercise.Wind tunnel testing methods were developed using a six component balance, the MCS10 model from the manufacturing brand HBM, which facilitates data acquisition of the aerodynamic drag forces acting on both the cyclist’s and the bicycle’s systems.Field methods such as the deceleration method were also developed for observing the evolution of parameters such as ground speed and incident flow over time, as well as altitude and mechanical power output over time. These parameters were obtained using resources such as two hole pressure probes and an SRM Powermeter.In summary, this investigation aims to reach a more accurate method of observing and registering data yielded by the system under study, as well as adequately proposing solutions for optimizing the sustained speed in relation to the power output that the cyclist needs to produce over time. Thus, conducting this study produced several methods suitable for various applications (in wind tunnel or field testing), and the results may positively inform future studies, which can provide more accurate conclusions regarding data acquired from the two-hole pressure probes.