高精度原型设计：Groupama-FDJ联合自行车车队优化车轮设计

仿真技术彻底改变了体育运动团队开发运动设备的方式。在极小优势即可决定胜负的自行车赛事中，计算流体力学（CFD）的应用有助于精确分析空气动力学属性。与传统风洞测试不同，CFD提供了一个虚拟环境，可快速、低成本地评估并优化设计，从而最大限度减少对物理原型的需求。通过对气流与自行车组件的相互作用进行仿真，工程师可进行细致分析，从而找到减阻增速的切入点。该方法对于轮圈和花鼓等组件而言，价值尤为突出，即使细微的调整，也会对整体性能产生显著的影响。

法国 Groupama-FDJ联合自行车车队（Équipe cycliste Groupama-FDJ United）征战超500场赛事，斩获14件法国全国冠军衫，问鼎3项自行车丰碑赛事，拿下38个大环赛赛段冠军，这支车队用战绩证明：赛场佳绩，始于研发（R&D）。通过贝桑松表现中心、Frédéric Grappe负责的研发团队以及Jérémy Roy负责的技术部，Groupama-FDJ联合自行车车队使用计算流体力学（CFD）优化其自行车、头盔及骑手姿势等的空气动力学。

在2026赛季前夕，Groupama-FDJ联合自行车车队与高端自行车组件制造商Micheh合作开展了一项仿真研究，以提高并改进其轮圈及花鼓设计的空气动力学性能。这些组件在最大限度减少阻力方面发挥着关键作用，会对速度和效率产生直接影响。该团队与Groupama-FDJ联合自行车车队研发工程师及CFD专家Victor Simonin密切合作，针对全面左右偏航角度进行改进，以适应实际骑行场景中多变的风向。利用通过  Ansys Discovery结构仿真软件和Ansys Fluent流体仿真软件创建的详尽CFD仿真，他们不仅优化了轮胎和轮圈之间的气流相互作用，同时还解决了车轮的整体空气动力学问题。通过评估多个原型，他们确定的最佳配置不仅可减少阻力，而且还可在不同条件下保持一致的性能。他们的全新车轮配置在2026年3月8日至15日举行的巴黎-尼斯8赛段比赛中首次亮相。

看似复杂，实则有章

仿真采用k-ωSST湍流模型，其可捕获各种流动条件。这种方法帮助该团队分析了复杂的气流模式及其对阻力的影响。为了再现真实的骑行条件，团队采用了13.89米/秒（50公里/小时）的一致入口速度，湍流强度为0.5%。同时，他们对网格参数进行了仔细校准，网格单元数量约为4700万到5100万个，车轮与地面间隙为5毫米，以确保结果的高分辨率。

仿真结果显示了各项设计修改对各种风力条件下自行车性能的影响，而优化的原型实现了可量化的空气动力学性能提升。例如，其中一种方案采用了经过优化的轮圈与花鼓组合，在气流管理方面表现优异，尤其是在偏航角度较大时，从而显著减轻了阻力。通过对这些设计进行高分辨率的空气动力学分析，该团队发现了有助于提高效率的具体特征。花鼓设计和轮圈几何结构的变化，有助于深入了解设计单元动态相互作用的方式，从而揭示了进一步优化的方向。

获得结果

仿真结果展示了各原型在不同偏航角度下的性能，并突出了其各自不同的空气动力学特性。在10度等较大偏航角度下，方案2的轮胎宽度和轮圈几何结构之间的相互作用得到了改进，因此表现亮眼。这种设计调整有效地改善了气流控制，与参考模型相比，阻力明显减少。在较小偏航角度下，各原型的性能虽然有差异，但在阻力系数方面都仅有小幅度改善。分析结果显示，花鼓设计会对其后轮圈的空气动力学性能产生明显的影响，尤其是在侧风情况下。在优化设计中，经过精细调整的轮圈形状改善了气流顺向性，不仅减少了湍流，还提高了整体效率。此外，详尽的气流可视化和压力分布结果，为这些发现提供了进一步支持，展示了设计修改会对尾流结构及压力梯度产生怎样的影响。这些结果，为深入理解设计特征对自行车组件空气动力学性能的细微影响提供了有价值的参考。

通过精细的仿真与分析，该团队确定了能够提高效率的特定设计元素，特别是轮圈与花鼓的相互作用，从而显著减少车轮阻力。这些结果强调了评估设计修改在真实条件下（包括不同风向/偏航角）对性能的影响的重要性，以确保自行车在实际使用中的性能提升。

该方法的成功，为探索更先进的设计以及改进现有方法铺平了道路，进而进一步优化性能。如果将CFD应用扩展到其它自行车组件（如车架和车把），还有望发掘更多减少空气阻力的机会。随着计算工具和技术的不断发展，引入真实世界变量并优化多组件间的相互作用，将进一步提高结果的准确性和可靠性。Groupama-FDJ联合自行车车队对创新的一贯承诺，为将仿真驱动的设计融入体育工程树立了良好的榜样，展示了数据驱动的洞察如何助力实现切实的性能提升。

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