Forse un ciclista, anche professionista, di formule fisiche e matematica computazionale non vuole sentirne parlare, ma di aerodinamica in bici sì: The Peloton Project offre dunque una serie di spunti interessanti anche per chi, con i numeri, bisticcia.

Portato avanti all’interno della Eindhoven University of Technology e KU Leuven dal professor Bert Blocken, si tratta di uno studio assai avanzato delle dinamiche che riguardano il ciclismo di élite, sempre più protagonista di un’attenzione di tipo ingegneristico per determinare le migliori scelte da seguire. 

 

aerodinamica in bici The Peloton Project

Aerodinamica in bici: le strategie che influiscono

Meglio pedalare in gruppo o in fuga? Qual è il miglior mix tra le due scelte? E se si pedala in gruppo, quali sono le posizioni più vantaggiose?

Gli studi del professor Blocken avevano come obiettivo proprio la determinazione delle migliori posizioni, tra gli altri ciclisti, che si dovrebbero adottare per sfruttare al massimo l’aerodinamica in bici.

Ecco dunque che anche accodarsi al momento giusto ad una vettura o ad una moto del servizio corse può aiutare a guadagnare secondi in ottica classifica.

Per fare ciò, Blocken si è servito di una simulazione eccezionale per dimensioni e strumenti impiegati, ricorrendo ad analisi fisiche sinora proprie del mondo aeronautico ed automobilistico.

 

 

The Peloton Project, la simulazione

Per studiare le interazioni tra ciclisti che condizionano l’aerodinamica in bici, il progetto condotto all’Università di Eindhoven (Paesi Bassi) ha simulato il comportamento in gara di un gruppo di 121 corridori. Si è trattato della più ampia simulazione numerica mai applicata al ciclismo e, più in generale, ad una disciplina sportiva.

Imitando in galleria del vento, con un accurato modello digitale, prima, e reale, poi, le diverse formazioni e casistiche tipiche di un “gruppone”, sono state ricreate ed analizzate le sovrapressioni e depressioni che la massa corporea dei ciclisti provoca nell’aria.

aerodinamica in bici The Peloton Project
Un test in galleria del vento conferma i risultati sorprendenti rivelati dal modello di supercomputer CFD. Il ciclista indicato dalla freccia identifica una delle posizioni molto vantaggiose con una resistenza calcolata dal 5 al 10%

Ai risultati si è giunti servendosi di fluidodinamica avanzata grazie alla tecnologia di simulazione chiamata CFD, Computational Fluid Dynamics, gestita da ANSYS e fatta girare sui supercomputer CRAY.

Quali i risultati ottenuti da cotanto dispiegamento di forze?

 

 

La miglior aerodinamica in bici grazie alla fisica: i risultati

Il professor Blocken ha dunque capito come un corridore deve gestirsi per ottenere il massimo vantaggio dal gruppo, piuttosto che da altri mezzi coinvolti nella corsa o dalle discese presenti lungo il tracciato di gara?

Secondo le simulazioni confermate dai test in galleria del vento, ad esempio, correre al centro del gruppo offre la miglior aerodinamica possibile in quel determinato contesto: se volete faticare meno e conservare energie, quindi, ricordatevi che nel bel mezzo di un “gruppone” da 121 ciclisti, come quello studiato, pedalarvi in posizione mediana è fino a 4 volte più facile rispetto alla prima posizione.

La conclusione è, per la precisione, che la miglior area è a ridosso del gruppo di testa, tra la dodicesima e la quattordicesima fila: se si parla di resistenza da affrontare, i modelli matematici hanno rivelato che essa è inferiore da 10 a 20 volte rispetto a quella patita da chi è in fuga, ridimensionando quanto sinora pensato valido, ossia che si potesse godere di una diminuzione di appena 2-3 volte.

 

 

Cosa succede pedalando in gruppo?

Non è necessaria una laurea in fisica per intuire la motivazione alle spalle dei risultati ottenuti. La chiave di lettura risiede nelle pressioni indotte dalla massa stesa dei ciclisti nel loro attraversare l’aria.

Un po’ come accade per gli stormi di uccelli, i primi “tagliano” letteralmente l’aria, formando correnti che condizionano quindi il passaggio di chi viene dopo: è chiaro che la maggior parte della fatica la fa chi si trova in testa.

Questo perché chi apre la strada affronta senza agevolazione alcuna l’impatto con l’aria, “schiacciandola” davanti a sé: la massa d’aria spinta in avanti provoca una zona di “sovrapressione”, compensata da una di “depressione” alle spalle del ciclista stesso.

aerodinamica in bici The Peloton Project
Mappa della riduzione della resistenza rispetto a un ciclista isolato; cerchiato in rosso è la migliore posizione con condizioni aerodinamiche favorevoli pur rimanendo vicino alla testa della gara.

Tale dinamica si ripete identica, in linea di principio, per ogni corridore, salvo che per le condizioni al contorno: chi è in seconda fila impatta, sovrapressa e deprime una massa d’aria già perturbata dai primi, chi è in terza affronta il risultato del passaggio di primi e secondi e così via.

 

 

Il discorso diventa ancor più comprensibile osservando le immagini dello studio, nel quali le “sovrapressioni” sono evidenziate in rosso e le “depressioni” in blu. La resistenza che i ciclisti provano sulla loro pelle si chiama drag ed è praticamente nulla in mezzo al gruppo: a causa delle interazioni aerodinamiche con i ciclisti circostanti, l’atleta che si trova al centro viene letteralmente trascinato dal movimento aereo indotto dal gruppo.

 Avvalendosi di ANSYS® Fluent® in esecuzione su Cray, il professor Blocken è stato in grado di creare una mappa completa della resistenza che – nel nucleo del gruppo – si riduce a un fattore pari a 20 (ossia fino al 5% in meno) rispetto a quella di un ciclista isolato; in altre parole, è circa 4 volte più facile gareggiare nel nucleo del gruppo rispetto alla pedalata solitaria.

 

aerodinamica in bici The Peloton Project
Il ciclista spinge l’aria di fronte a lui (rosso) creando una depressione sulla sua schiena(blu). Questa resistenza aerea induce la drag.

Fluidodinamica computazionale e supercomputer al servizio del ciclismo d’élite

L’obiettivo degli studio del professor Blocken è di fornire strumenti scientifici al ciclismo professionistico.

Stiamo collaborando a stretto contatto con atleti che desiderano trarre vantaggio da tecnologie avanzate. Questi risultati insegnano quanto è importante rimanere ben riparati nel gruppo il più a lungo possibile: si risparmia molta energia e si rimane freschi fino al rush finale”, ha spiegato egli stesso. 

I supercomputer gestiscono simulazione e carichi di lavoro analitici e di intelligenza artificiale particolarmente impegnativi”, ha dichiarato Dominik Ulmer, Director of Operations EMEA di CRAY. 

Grazie a scalabilità e prestazioni eccezionali i sistemi Cray sono essenziali per ottenere una migliore comprensione di problemi complessi. In un momento in cui la simulazione risulta fondamentale per accelerare e amplificare l’innovazione nel settore hi-tech, il progetto Peloton e i sorprendenti risultati che ha prodotto dimostrano che questa tecnologia di simulazione è davvero pervasiva e può fare una grande differenza in uno sport popolare come il ciclismo”, è il parere di Thierry Marchal, Global Industry Director for Sports and Healthcare presso ANSYS. 

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