Je leest:

Wielrenner veel beter af in het midden van het peloton

Wielrenner veel beter af in het midden van het peloton

Afname van de luchtweerstand groter dan gedacht

Auteur: | 6 juli 2018
TU Eindhoven/Bart van Overbeeke met toestemming

De Tour de France begint en iedere deelnemer weet dat de luchtweerstand minder is in het peloton. Wetenschappers van onder andere de Technische Universiteit Eindhoven stellen nu voor het eerst nauwkeurig vast hoeveel ‘winst’ dat oplevert. Het verschil blijkt veel groter dan gedacht.

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.

4622933286 aea862f677 o
Een breed peloton waarin wielrenners zeer dicht op elkaar rijden.

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

Mix000 persp u logov1
Computersimulatie van de windsnelheid rondom een peloton wielrenners. De wielrenners achterin (in het donkerblauwe gebied) ervaren de minste luchtweerstand.

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.

1 s2.0 s0167610518303751 gr22 lrg
De luchtweerstand per wielrenner van een peloton met 121 wielrenners. De getallen zijn het percentage van de luchtweerstand ten opzichte van een wielrenner die alleen rijdt. De voorste wielrenner ervaart 86 procent van die luchtweerstand. Richting de achterhoede zakt de luchtweerstand per renner gestaag naar minimaal vijf procent, middenin het peloton.

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.”

1 s2.0 s0167610518303751 gr26 lrg
Doorsnede van een driedimensionaal computermodel dat de luchtweerstand rondom een wielrenner simuleert. De vakjes representeren de ‘rekencellen’ in het model die dichtbij de renners kleiner worden.

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.”

1115
Model van een wielerpeloton met 121 renners in een windtunnel van de Technische Universiteit Eindhoven. Het model heeft een schaalgrootte van 1:4. Van één wielrenner wordt steeds de luchtweerstand gemeten.
TU Eindhoven/Bart van Overbeeke met toestemming

Tour de France

Je kunt je natuurlijk afvragen in hoeverre de resultaten toe te passen zijn op echte pelotons: die zijn geen wedstrijd hetzelfde en wijken meestal af van de perfecte driehoek van Blocken en collega’s. “Het is niet te doen om ál die pelotons door te rekenen, maar uit de twee verschillende pelotons die wij bekeken, halen we min of meer dezelfde resultaten: de weerstand is in het midden van peloton veel kleiner dan gedacht”, zegt hij.

Bvof 2017 1127 ark   lotto jumbo in windtunnel tue
Eerder hadden de Eindhovense onderzoekers al leden van de wielerploeg van LottoNL-Jumbo in de windtunnel. De luchtweerstand is bij snelheden boven de veertig kilometer per uur doorgaans zo’n negentig procent van de totale weerstand van een wielrenner.
TU Eindhoven/Bart van Overbeeke met toestemming

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.”

Bron

  • Blocken B. et al., Aerodynamic drag in cycling pelotons: New insights by CFD simulation and wind tunnel testing, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics (augustus 2018), DOI:10.1016/j.jweia.2018.06.011
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 06 juli 2018

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.