TWI663925B - 降低風阻之運動服製作方法及其結構 - Google Patents

Abstract

本發明降低風阻之運動服製作方法及其結構其包含：依照特定的運動姿勢設定適合的運動衣材質並縫製成型初次運動服版型；使初次運動服版型依照特定姿勢進行風洞測試，取得人體在特定運動姿勢下人體部位的氣體分流陵線位置及阻力分佈狀況；透過所測得的氣體分流陵線位置及阻力分佈，使破風帶車製位置於氣體分流陵線位置區域上，該破風帶為以帶狀縫製於運動服上形成表面的高度落差，且該破風帶分布位置至少包括胸前、腹部、雙手手臂。

Description

降低風阻之運動服製作方法及其結構

本發明係為一種降低風阻之運動服製作方法及其結構，尤指一種提供跑步或騎乘自行車運動使用的運動服降低風阻係數的製造方法及其結構，使運動時減低風阻影響使身體負擔減少並增加運動速度。

隨著各項運動的多元化發展，以及各項運動賽事競技的標準提升，各項專業領域的運動員無不在各項運動用品設計上有更嚴格的功能要求，因此也促使相關運動用品的開發商研發更先進的產品使運動員的成績更加提升，其中涉及到速度性的比賽如賽跑或自行車競速比賽等，皆已成為國際級的大型賽事，所產生的產品銷售產值也大幅提升，其中在前述競速型的運動項目中，運動服的風阻設計成為影響比賽成績的重要關鍵技術之一。

過去在競速型的運動服設計，主要以緊貼人體皮膚的光滑的表面的排汗型緊貼式的運動服樣式為主要技術開發的重心，各家廠商無不以線、服貼以及排汗效果為產品的訴求，但審視相關的流體力學原理，習知產品的開發涉及到降低風阻的解決手段主要為材質選用表面光滑，以及運動服的身形剪裁較為服貼為主要方向，但就原理上可知一般來說流體阻力的來源為表面摩擦力(skin friction)和形狀阻力(shape drag)，表面摩擦力來自於流體黏性與物體摩擦所產生的阻力，而形狀阻力就來自於流體在物體的表面靜壓的壓力差，對於一個在流體中移動的物體，阻力為周圍流體對物體施力，在移動方向的反方向上分量的總和，通常阻力的方向和其所在流場的流速方向相反，一般摩擦力不隨 速度變化而變化，但阻力會隨速度而變化，如圖8所示，空氣在人體表面產生緊貼的順流(Attached flow)，經過人體的部位後在一特定陵線位置上會產生分流(Flow separation)，分流後的氣流會產生氣流動能(High kinetic energy)而產生逆向阻力。

另一方面，不同運動服材質表面的光滑或粗糙在不同速度會在人體表面產生不同的阻力，但習知的運動服主要還是針對不同的速度需求選定特定的材質來降低阻力的產生，不論其剪裁方式為何，差異僅在運動服的各部位版型設計有所差異，但要強調的不論是何種版型的裁縫，其裁縫位置並無任何針對阻力有設計上的功效產生，而僅為合身與耐用上的差異而已。

本發明主要特徵係包含有以下步驟：選定運動服材質：依照特定的運動姿勢設定適合的運動衣材質並縫製成型初次運動服版型；測量氣體分流陵線位置：使初次運動服版型依照特定姿勢進行風洞測試，取得人體在特定運動姿勢下人體部位的氣體分流陵線位置及阻力分佈狀況；設定破風帶以及調整各部位運動服材質的搭配：透過所測得的氣體分流陵線位置及阻力分佈，使破風帶車製位置於氣體分流陵線位置區域上，該破風帶為以帶狀縫製於運動服上形成表面的高度落差，且該破風帶分布位置至少包括胸前、腹部、雙手手臂。

本發明之另一主要特徵在於該運動服依據設定的速度需求所選定的運動服材質，透過風洞測試得到的壓力分佈以及氣體分流陵線，其特徵在於：於所述的氣體分流陵線形成在運動服位置上縫製一破風帶，該破 風帶為以帶狀縫製於運動服上形成表面的高度落差，且該破風帶分布位置包括胸前、腹部、雙手手臂以及背部，以及布運動褲的下盤與大小腿，透過破風帶在運動服表面上形成的高低落差使得原本服貼順流的氣流被破風帶高度差破壞而產生紊流，致使前述的氣流動能破散，使氣流通過運動服產生的逆向阻力降低。

BF‧‧‧破風帶

FS‧‧‧氣體分流陵線

10‧‧‧初次運動服版型

20‧‧‧設計後運動服版型

11/21‧‧‧運動衣

12/22‧‧‧運動褲

圖1：係本發明之實施步驟流程圖。

圖2：係習知結構之風洞測試狀態圖。

圖3：係習知結構正面風阻係數分佈圖。

圖4：係習知結構背面風阻係數分佈圖。

圖5：係本發明正面表面結構分佈圖。

圖6：係本發明背面表面結構分佈圖。

圖7：係本發明結構之風洞測試狀態圖。

圖8：係氣體流經人體的部位特定陵線位置產生分流原理狀態圖。

為更有效的降低運動服的風阻，使運動員運動時的成績更優越且減低體力負擔，本發明係針對運動服的設計主要手段有二：

一、過運動服表面的設計，破壞運動過程中氣流經過人體的部位後在一特定陵線位置上會產生分流(Flow separation)進而產生紊流，使氣流分流後產生的阻力產生破壞，而使阻力下降。

二、透過不同材質的運動服進行風洞測試，測量出人體在不 同運動姿勢下在不同人體部位的氣體分流陵線位置，並於於該陵線位置上的運動衣表面施以不同的表面高度破壞氣流，透過破壞氣流減低分流後的逆向氣流動能產生而降低阻力，使整體的風阻能依照不同的運動姿勢以及速度取得各種最佳降低阻力產生的效果。

請請參照圖1所示之本發明較佳實施例步驟圖，為達到上述的功效，本發明具有以下步驟：

選定運動服材質：在此一步驟中，依照特定的運動姿勢設定適合的運動衣材質並縫製成型初次運動服版型。

測量氣體分流陵線位置：使初次運動服版型依照特定姿勢進行風洞測試，取得人體在特定運動姿勢下人體部位的氣體分流陵線FS位置及阻力分佈狀況。

設定破風帶以及調整各部位運動服材質的搭配：透過所測得的氣體分流陵線FS位置及阻力分佈狀況設計破風帶BF車製位置於氣體分流陵線FS位置區域上，以及壓力分佈的數據調整運動服的布料或不同位置以不同布料搭配，本步驟完成後運動服可以重複再進行前步驟的測量氣體流陵線FS位置以取得最佳本發明運動服版型。

請參照圖2所示初次運動服版型10的風洞測試壓力分佈圖，以及下附表1所示之測試數據表(同圖2之數據表)，就該分佈圖可清楚看出，該運動服為設定於自行車騎乘的姿勢，當初次運動服版型10確定後，風洞測試的結果顯示阻力的臨界雷諾數(Critical ReynoldsNumber)1,401e+002~1,044e+001橘紅色區塊的壓力值以及臨界雷諾數1,044e+001~-1,192e+002橘黃色區塊面積之阻力壓力是最大， 特別強調的是該臨界雷諾數的測試結果會隨這不同的運動姿勢與運度服布料而改變，進而產生不同阻力壓力的分佈。

再請參照圖3以及圖4所示之實施例，前述初次運動服版型10的風洞測試結果透過分析可清楚地獲知初次運動服版型10的之氣體分流陵線FS位置的分佈並連接形成成一虛擬之線，亦即藍白位置邊緣所形成的線條，不論是圖3所示初次運動服版型10的正面或圖4所示的背面，於運動衣11與運動褲12上都可明確的經由風洞測試取得阻力的壓力分佈位置以及氣體分流陵線FS。

請參照圖5及圖6所示之本發明較佳實施例完成圖，在取得初次運動服版型10依據設定的速度需求所選定的運動服材質以及風洞測試所得到的壓力分佈以及氣體分流陵線FS後，如圖中設計後運動服版型20標示BF的灰白線條位置處，本發明最核心的技術在於將所述的氣體分流陵線FS 形成在運動服位置上縫製一破風帶BF，該破風帶BF為以帶狀縫製於運動服上形成表面的高度落差，且該破風帶BF分布位置包括運動衣21胸前、腹部、雙手手臂以及背部，以及運動褲22的下盤與大小腿，透過破風帶BF在運動服表面上形成的高低落差使得原本服貼順流的氣流被破風帶BF高度差破壞而產生紊流，致使前述的氣流動能(High kinetic energy)破散，使氣流通過運動服產生的逆向阻力降低，所稱破風帶BF的縫製區域是基於運動服的尺寸因不同體型的穿著產生的變形量所預設的寬度縫製。

另一方面也可以透過前述的阻力的壓力分佈位置進行局部的運動服材質更換並重組，透過兩種以上的材質表面配合不同氣體流速差使該布料面積上的阻力下降；或者於不同壓力分佈的運動服表面上採用粗糙點加工，使特定的運動服表面形成凹凸起伏，變換氣流的流動減低風阻係數。

其中前述縫製於運動服表面的破風帶BF，其縫製於氣體分流陵線FS位置的上破風帶BF除了形成表面高度落差以外，更可以彈性布料如布或線等材質的選用縫製破風帶BF，除了可以產生紊流效果以外，更可使破風帶BF在運動服適當位置處以適當的壓力束縛人體肌肉群，產生保護的效果，且所述破風帶BF的縫製更可採用無縫織法縫製，可避免 體在續的布 造成 預期之結果。

請參照圖7所示之本發明完成後測量圖，以及下附表2示之測試數據表(同圖7之數據表)，經過前述步驟製作的車服，再進入風洞測試後，可明顯看出原有處圖二中於臨界雷諾數(Critical Reynolds Number)1,401e+002~1,044e+001橘紅色區塊的壓力值以及臨界雷諾數1,044e+001~- 1,192e+001橘黃色區塊面積已明顯下降-8,000e+001~-1,000e+002的藍色區塊值內，大幅的降低風阻係數，重點是透過前述的製作方法，將動態性的使各類速度需求的運動服具有更佳的低風阻效果。

綜上所述，透過本發明的方法及技術特徵，將可針對不同運動類型以及速度需求製作成最佳的降低風阻的運動服，本發明的製作方法及結構目前並未有相同或近似先前技術公告在先，依法提出發明專利之申請。

Claims (9)

1. 一種降低風阻之運動服製作方法，其包含有以下步驟：選定運動服材質：依照特定的運動姿勢設定適合的運動衣材質並縫製成型初次運動服版型；測量氣體分流陵線位置：使初次運動服版型依照特定姿勢進行風洞測試，取得人體在特定運動姿勢下人體部位的氣體分流陵線位置及阻力分佈狀況；設定破風帶以及調整各部位運動服材質的搭配：透過所測得的氣體分流陵線位置及阻力分佈，使破風帶車製位置於氣體分流陵線位置區域上，該破風帶為以帶狀縫製於運動服上形成表面的高度落差，且該破風帶分布位置至少包括胸前、腹部、雙手手臂並可依據壓力分佈的數據調整運動服的布料或不同位置以不同布料搭配縫製。
2. 如請求項第1項所述之降低風阻之運動服製作方法，其中該設定破風帶以及調整各部位運動服材質的搭配步驟中，該破風帶分布位置包括背部，以及布運動褲的下盤與大小腿。
3. 如請求項第2項所述之降低風阻之運動服製作方法，其中該設定破風帶以及調整各部位運動服材質的搭配步驟可依據壓力分佈的數據於不同壓力分佈的運動服表面上採用粗糙點加工，使特定的運動服表面形成凹凸起伏，變換氣流的流動減低風阻係數。
4. 如請求項第1項所述之降低風阻之運動服製作方法，其中該設定破風帶以及調整各部位運動服材質的搭配步驟可重複再進行前步驟的測量氣體分流陵線位置步驟，以取得最佳運動服版型。
5. 一種降低風阻之運動服結構，其中該降低風阻之運動服依據設定的速度需求所選定的運動服材質，透過風洞測試得到的壓力分佈以及氣體分流陵線，其特徵在於：於所述的氣體分流陵線形成在運動服位置上縫製一破風帶，該破風帶為以帶狀縫製於運動服上形成表面的高度落差，且該破風帶分布位置包括胸前、腹部、雙手手臂以及背部，以及布運動褲的下盤與大小腿，透過破風帶在運動服表面上形成的高低落差使得原本服貼順流的氣流被破風帶高度差破壞而產生紊流，致使前述的氣流動能破散，使氣流通過運動服產生的逆向阻力降低，又該壓力分佈位置可局部的運動服材質更換並重組，透過兩種以上的材質表面配合不同氣體流速差使該降低風阻之運動服布料面積上的阻力下降。
6. 如請求項第6項所述之降低風阻之運動服結構，其中該破風帶BF的縫製區域是基於運動服的尺寸因不同體型的穿著產生的變形量所頂設的寬度縫製。
7. 如請求項第6項所述之降低風阻之運動服結構，其中該壓力分佈位置可於不同壓力分佈的運動服表面上採用粗糙點加工，使特定的運動服表面形成凹凸起伏，變換氣流的流動減低風阻係數。
8. 如請求項第6項所述之降低風阻之運動服結構，其中該破風帶可以彈性布料在運動服適當位置處縫製，除了可以產生紊流效果以外，更可使破風帶以適當的壓力束縛人體肌肉群，產生保護的效果。
9. 如請求項第6項所述之降低風阻之運動服結構，其中該破風帶可採用無縫織法縫製，可避免流體在不連續的布料造成不預期之結果。