Wielrenner veel beter af in het midden van het peloton

Je wint als wielrenner nooit een rit als je áltijd middenin het peloton fietst, maar het is wel een goede energiebesparende strategie. Omringd door andere wielrenners is de luchtweerstand een stuk lager dan voor een alleenrijdende fietser.

Sommige wielerploegen maken gebruik van relatief eenvoudige wiskundige modellen om de beste ontsnappingsmomenten te berekenen. Deze gaan er doorgaans van uit dat een wielrenner in het peloton nog vijftig tot zeventig procent van de luchtweerstand ondervindt ten opzichte van een solist.

Wetenschappers van de Technische Universiteit Eindhoven en de Katholieke Universiteit Leuven hebben nu met accurate computersimulaties en windtunnelexperimenten bepaald dat het voordeel in het peloton veel groter is dan verwacht. Middenin een dicht op elkaar gepakte groep wielrenners zakt de luchtweerstand naar slechts vijf procent van het ‘origineel’. Het onderzoek is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, en heeft wellicht invloed op de strategieën van de wielerploegen in de Tour de France.

Nauwelijks trappen

De wetenschappers, onder leiding van professor bouwfysica Bert Blocken, gebruikten een computersimulatie waarin ze 121 wielrenners in een driehoekvormig peloton plaatsten. Met luchtfoto’s van wielerwedstrijden bepaalden ze een gemiddelde afstand, en de maximale breedte van een peloton op de weg. Ze deden simulaties voor verschillende afstanden tussen de wielrenners.

Niet geheel verrassend krijgt degene die voorop rijdt de meeste wind voor zijn kiezen, hoewel dit door een ‘stuwende’ werking toch minder is dan wanneer hij of zij alleen rijdt: zo’n 86 procent. De renners op de rand van de ‘driehoek’ daarachter vangen ongeveer zestig procent. Ga je vervolgens dieper het peloton in dan zakt de luchtweerstand bij iedere rij. Uiteindelijk bereikt de luchtweerstand achterin en in het midden het blok van wielrenners een ‘minimum’ van vijf procent.

Ondanks ruime ervaring van Blocken met onderzoek aan de aerodynamica van sporters, verrasten de resultaten hem. “Ik vermoedde dat de standaardgetallen in de modellen van wielerploegen te hoog waren”, zegt hij. “Die getallen zijn gebaseerd op simulaties en testen met treintjes van enkele renners. Pelotons zijn groter en breder, en het is aannemelijk dat daardoor de luchtweerstand verder afneemt. Maar dat het tot wel tien keer minder was had ik niet verwacht. Je hoort wielrenners wel eens zeggen dat ze midden in het peloton nauwelijks hoeven te trappen. Dat is begrijpelijk met deze resultaten.”

Het computermodel werd de afgelopen jaren ontwikkeld door Blocken en collega’s. Voor dit onderzoek plaatsten ze er een digitaal peloton in waaromheen maar liefst drie miljard zogenoemde rekencellen zijn opgetrokken. De computer berekent steeds voor iedere cel de windsnelheid, druk en hoeveelheid turbulentie. In de buurt van de wielrenners worden de rekencellen kleiner om ook de stroming direct aan het oppervlak te simuleren. Daar gedraagt de luchtstroom zich doorgaans anders, zo is er een enkele millimeters dun luchtlaagje dat als het ware om de wielrenners heen plakt.

Volgens de onderzoekers zelf zijn dit de grootste simulaties die ooit voor een sporttoepassing zijn gedaan. Om een peloton helemaal door te rekenen had een supercomputer in de Verenigde Staten ruim twee dagen nodig. De berekeningen werden uitgevoerd in samenwerking met de bedrijven ANSYS en Cray.

Nieuwe windtunnel

Om de toch opmerkelijke resultaten uit het computermodel te bevestigen, besloot Blocken ook proeven in de windtunnel te doen. De afgelopen december in gebruik genomen Atmospheric Boundary Layer Wind Tunnel was vanwege zijn relatief grote formaat geschikt. Hetzelfde peloton werd in kunststof gegoten op een schaal van 1:4. Het hele gevaarte was ruim zes meter lang.

Een speciaal ontwikkelde krachtensensor bepaalde steeds de kracht op één van die wielrenners, tot op ongeveer een duizendste van een newton (dat komt overeen met de zwaartekracht van zo’n 0,1 gram). “Een voor een hebben we de wielrenners doorgemeten, dat had behoorlijk wat voeten in de aarde”, zegt Blocken. “De voorbereidingen van de metingen namen maanden in beslag, maar de resultaten zijn in overeenstemming met het computermodel.”

Blocken denkt ook dat dit onderzoek in de komende Tour al nuttig is. “Ons onderzoek is open access, iedereen kan erbij. Hoewel we het de teams van LottoNL-Jumbo en BMC al een maand geleden hebben verteld”, zegt hij. “Wat betreft de ‘ontsnappingsmodellen’ die sommige ploegen gebruiken, daar is het eigenlijk zo simpel als een getalletje veranderen. Maar wellicht besluiten ploegleiders om hun kopmannen ook iets dieper in het peloton te stoppen, in plaats van voorin of aan de zijkant. De kans op schade door valpartijen is weliswaar groter, maar het scheelt veel energie.”

Gaat er tot slot door dit soort onderzoek niet wat van de charme verloren van de sport? Wordt het wielrennen minder interessant met modellen die tot op de meter bepalen wanneer wielrenners moeten ontsnappen? Blocken maakt zich geen zorgen. “Ten eerste, dat schip is allang gevaren. Topsport is doordrenkt met technologie en wetenschap. Ten tweede is er veel meer om rekening mee te houden: het weer, hoogteverschillen, goede of slechte dagen van de renners, de psychologie van het spel. In de Tour de France is ons onderzoek maar een klein stukje van de puzzel.”