De fietsen van de renners in de Tour de France worden alsmaar moderner en aerodynamischer. Ook in de kleding die de renners dragen valt nog veel vooruitgang te boeken. Met name in de tijdrit is de aerodynamica van de snelpakken bijzonder interessant en sinds kort onderwerp van onderzoek aan de TU Delft. Wouter Terra is daar bezig aan een promotie-onderzoek naar de luchtweerstand in de sport. In dat kader onderzocht hij bij Team Giant-Alpecin de aerodynimische eigenschappen van hun tijdritkleding.

Er wordt al lang geëxperimenteerd met elementen in en op sportkleding om de luchtweerstand te verlagen. Bekend zijn de zig-zagstrips die schaatsers eind jaren ’90 op hun pakken plakten. Tegenwoordig zijn die strips niet meer toegestaan. Terra: “Om toch de luchtweerstand laag te ouden worden er, in plaats van de strips, stoffen met verschillende ruwheid gebruikt in de kleding van schaatsers. Dit wordt ook gedaan in het wielrennen.”

“Met name in een tijdrit kan dit kostbare seconden opleveren. Als promovendus op het gebied van sportaerodynamica heb ik samen met Team Giant-Alpecin onderzocht of de stof die zij toepassen in hun tijdritpakken de luchtweerstand verlaagt.”De mannen van de Nederlands-Duitse ploeg reden deze Tour de France bij de openingstijdrit in Utrecht en bij de ploegentijdrit tussen Vannes en Plumelec in pakken met deels geribbelde stof.

Terra onderzocht de stof aan de hand van een techniek die particle image velocimetry (PIV) heet. Bij de methode wordt luchtstroming zichtbaar gemaakt door lucht met traceerbare deeltjes langs het stuk textiel te laten stromen en opnames te maken van deze luchtstroom. Aan de hand van de beelden kan de snelheid van de lucht en dus de weerstand van het textiel bepaald worden.

Glad versus ribbels

Het onderzoek richtte zich op twee stoffen: gladde ‘traditionele’ stof, zoals veelal in snelpakken gebruikt, en geribbelde stof. De stof werd in het experiment om een cilinder gewikkeld om zo de arm of het been van een renner te imiteren. Het geheel werd in een windtunnel geplaatst.

Uit het experiment van Terra kwam de geribbelde stof qua luchtweerstand beter naar voren dan de gladde stof. “Het lijkt misschien tegennatuurlijk dat het ribbelpatroon de luchtweerstand zou verlagen. Je zou verwachten dat hoe gladder een stof is hoe lager de weerstand”, aldus Terra. ‘Maar dat is niet altijd zo. Zeker niet als we de luchtstroming rond een stompe, niet gestroomlijnde vorm, bekijken, zoals het lichaam van een wielrenner.”

Er spelen allerlei processen waarom het ribbelpatroon beter presteert, maar het gaat te ver om die in detail te bespreken. “In het kort komt het hier op neer: De luchtweerstand bestaat uit twee delen; één: wrijvingsweerstand en twee: drukweerstand”, legt Terra uit. “Door de ruwheid van het ribbelpatroon zal de wrijvingsweerstand hoger worden, maar de drukweerstand kan drastisch omlaag gaan. Netto gaat de luchtweerstand dan omlaag.”

Het draait bij die drukweerstand om het zog dat achter een renner, of zijn lichaamsdelen, ontstaat. Idealiter is dat zog zo smal mogelijk. In onderstaande afbeelding is te zien dat de gladde stof een veel groter zog (het blauwe en groene gebied) oplevert dan de geribbelde.Zog

Winst

Uit het onderzoek blijkt dat de weerstandscoëfficiënt van de geribbelde stof de helft bedraagt van de gladde stof. “Dit wil niet zeggen dat de weerstand van een renner met een pak met ribbels twee keer zo laag is als die van iemand met een glad pak. Het zal op het totaal aan luchtweerstand wellicht maar een half procent schelen, maar dit kan precies die paar seconden opleveren die het verschil betekenen tussen winst en een top-10 plaats”, zo schat de promovendus in.

Het lijkt er volgens hem dus op dat Giant-Alpecin hun tijdritpakken goed hebben ontworpen. Dat betekent nog niet dat ze er al zijn, want er kunnen nog wezenlijke verschillen zitten in de efficiëntie van het materiaal per renner. Alles hangt af van de snelheid van de coureurs en de geometrie van het lichaamsdeel dat in de geribbelde stof steekt.

“Omdat een arm bijvoorbeeld dunner is dan een been moet je op deze verschillende lichaamsdelen andere stofruwheden toepassen om optimaal te profiteren van een lage luchtweerstand”, legt Terra uit. “Maar dat geldt dus ook voor de stof die je moet toepassen op de benen van twee verschillende renners, omdat hun beenomtrek kan verschillen. Er is dus nog voldoende ruimte om de tijdritpakken in de toekomst nog verder te optimaliseren bijvoorbeeld door de pakken voor iedere renner apart te ontwerpen.”