Waarom de mensen van de INEOS Challenge de wetenschappers in Eindhoven benaderden

Windonderzoek is een belangrijk onderdeel van topsport. Ron van Megen bezocht de windtunnel van de TU Eindhoven. Lees verder voor zijn verslag.

Deel dit artikel:
Share on Facebook
Facebook
Tweet about this on Twitter
Twitter
Share on LinkedIn
Linkedin
Waarom de mensen van de INEOS Challenge de wetenschappers in Eindhoven benaderden

In ons artikel voor ProRun over de geslaagde poging van Eliud Kipchoge om de marathon onder de 2 uur te lopen schreven we dat de luchtweerstand een belangrijke sleutel van het succes was.

Beperking van de luchtweerstand was de opzet van de merkwaardige V-formatie waarin Eliud Kipchoge op zaterdag 12 oktober 2019 in Wenen liep. Het idee van de V-formatie voor de INEOS 1:59 Challenge kwam oorspronkelijk van de Amerikaanse aerodynamicaspecialist Robby Ketchell. Samen met de Eindhovense hoogleraar prof. Bert Blocken is het idee doorontwikkeld en in de windtunnel van de Technische Universiteit Eindhoven met poppen op schaal getest en verder geoptimaliseerd.

Een excursie van de beroepsvereniging van ingenieurs, het KIVI, naar deze windtunnel, was een mooie aanleiding voor Ron om hier eens te gaan kijken en meer te horen over deze bijzondere testlocatie.

De schoenen of de formatie?
Op de rechtstreekse vraag aan prof. Blocken wat doorslaggevend was voor het succes, de Nike Alphafly’s waar Eliud Kipchoge op liep of de formatie met de hazen, kwam vanzelfsprekend een ontwijkend antwoord. Wel voegde Blocken nog met een glimlach toe dat de TU/e best wat meer had kunnen vragen voor het onderzoek als ze weet hadden gehad van het beschikbare budget voor de Challenge en wat allemaal gedaan is om het mogelijk te maken. Zelfs het parcours in Wenen was nieuw geasfalteerd.

Nu we meer over de schoenen weten, denken we zelf dat het in Wenen in theorie nog veel sneller had gekund dan de al fantastische 1:59:40.6. Feitelijk gaf de Audi E-tron met de tijdklok het tempo van de formatie aan. Met laserstralen op het wegdek werd precies aangegeven waar de hazen moesten lopen. De formatie is op deze manier niet tot het gaatje gegaan. Ze hebben het tempo gelopen dat opgedragen werd.

Of het heel veel sneller kon, is natuurlijk de vraag. Op een bepaald moment zijn niet meer de schoenen of de luchtweerstand de beperkende factor maar de cadans en de paslengte waarmee gelopen kan worden.

De loopsnelheid is het product van cadans en paslengte. Twee uur lang een hoger dan normaal beentempo aanhouden is geen sinecure. En je moet wel heel soepel in de heupen zijn om zo lang met een nog grotere paslengte te kunnen lopen. In de tabel laten we zien welke reuzenpassen bij een bepaalde cadans nodig zijn om een nog snellere tijd te lopen. De tabel maakt ook duidelijk dat een paar procent grotere stappen dankzij een springverende carbon plate in de zool van de hardloopschoenen het gemakkelijker maakt een snellere tijd neer te zetten.

Vanuit de praktijk hebben we in het boek ‘Hardlopen met Power!’ geschreven dat Mo Farah de 10.000 m met passen van 2,20 m en een cadans van 180 ppm loopt. Kenenisa Bekele liep in de Parijs Marathon (2:05:03) passen van 1,85 m bij een cadans van 182 ppm. Farah en Bekele hadden nog geen Vaporfly’s of Alphafly’s…

Marathon, cadans en paslengte

Met de punt naar voren of naar achteren?
Wat de slimste formatie is vanuit oogpunt van de luchtweerstand is helemaal afhankelijk van het doel. In Dubai liep de groep van elf eliteatleten de marathon van start tot finish. Zij hadden daarom de behoefte om als groep met gemiddeld de laagste luchtweerstand – en dus de minste energie – te lopen. Dan loop je net als bij de eerste poging van Eliud Kipchoge in 2017 in Monza in een groep met de punt naar voren.

In Wenen was de formatie anders. Eliud kreeg hulp van vijf teams met elk zeven hazen die afwisselend een ronde in het Prater-park Eliud uit de wind hielden. Vanwege al die hulp is gekozen voor een formatie waarin de hazen nadeel hebben maar de positie van Eliud Kipchoge juist gunstiger was vanuit oogpunt van luchtweerstand.

De V-formatie met Eliud Kipchoge had in Wenen de punt naar achteren.
De V-formatie met Eliud Kipchoge had in Wenen de punt naar achteren.

Prof. Bert Blocken liet een mooi ander voorbeeld zien. Bij een ploegentijdrit in een wielerwedstrijd is de luchtweerstand een minstens zo belangrijk aspect. Hier rijdt steeds de volgende renner voorop en laat zich vervolgens afzakken om achteraan weer aan te sluiten. Prof. Bert Blocken zei hierover: “Wat we hier kunnen meten is welke volgorde van renners de minste energie vraagt van de groep als geheel. Dus wat de meest optimale formatie is. Voor zover wij weten kan dit nog op geen enkele andere plaats in de wereld.” De complete zes man sterke tijdritploeg van LottoNL-Jumbo (nu: Team Jumbo-Visma) werd in deze windtunnel getest. Levert het veel tijdwinst op? In topsport gaat het soms om seconden of zelfs fracties van seconden. Een aerodynamisch slimme volgorde van renners in de formatie loont dan zeker.

Wielrenners hoeven niet lang in de windtunnel door te brengen. Als een goede fietspositie is bepaald, leggen de wetenschappelijke medewerkers zijn of haar contouren vast en maken een levensechte pop van de renner. De ideale fietspositie is niet altijd de meest aerodynamische. Het comfort van de renner en een goede zit voor optimale vermogensgeneratie op de pedalen zijn minstens zo belangrijk.

Grosso modo tekent de fiets voor een aandeel van 25% in de luchtweerstand en de renner zelf 75%.

Windonderzoek is niet goedkoop. Niet alle sporten kunnen het zich veroorloven. Vrouwenwielrennen heeft al behoorlijk minder financiële armslag dan de mannelijke collega’s op de fiets.

Faculteit bouwkunde
Een logische vraag is waarom de windtunnel in Eindhoven staat en niet bij het sportcentrum Papendal. Het antwoord is eenvoudig. Prof. Blocken is weliswaar zeer sport minded, maar als civiel ingenieur primair geïnteresseerd in windbelastingen in de gebouwde omgeving. Prof. Blocken heeft dan ook een leerstoel op het gebied van bouwfysica aan de faculteit Bouwkunde van de TU/e.

Prof. Blocken is eindverantwoordelijk voor de exploitatie van deze in 2017 in gebruik genomen windtunnel. Waar de meeste windtunnels gebouwd zijn voor de lucht- en ruimtevaart -zoals van het Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum (NLR) in Marknesse waar we de Stryd v3 hardloopvermogensmeter met wind port getest hebben, worden in deze Eindhovense windtunnel de windstromen vlak boven het aardoppervlak gesimuleerd.

Deze atmosferische grenslaagtunnel is dus bedoeld om zaken op de grond te testen: modellen van afzonderlijke gebouwen en gebouwclusters. Maar bijvoorbeeld ook schepen, auto’s en dus sporters. Effectief is er over een lengte van 27 meter ruimte om testopstellingen te plaatsen. De interne hoogte van dit deel van de tunnel is 2 meter bij een breedte van 3 meter. De maximale windsnelheid is 35 m/s. Dat komt overeen met windkracht 12.

“Deze tunnel maakt het mogelijk om windeffecten rond bijvoorbeeld gebouwen te meten, we houden rekening met de juiste turbulentie karakteristieken en windvlagen, net zoals de wind in de werkelijkheid ook nooit met een constante snelheid waait.” legde prof. Blocken uit.

De Eindhovense windtunnel bevindt op de campus van de TU/e in het gebouw Ventur.
De Eindhovense windtunnel bevindt op de campus van de TU/e in het gebouw Ventur.

De hoogte van de windtunnel is beperkt. Dat maakt dat meestal met modellen op schaal wordt gewerkt. De wetenschappers vertalen aan de hand van schaalwetten de meetresultaten naar full scale. Daarmee wordt het belang om ook andersoortig onderzoek in de windtunnel te doen duidelijk.

De wetenschappelijke vraagstukken bij luchtweerstand in sport kunnen weliswaar niet met de kennis van de invloeden in gebouwde omgeving beantwoord worden maar bieden als wisselwerking inzichten op die voor andere toepassingen van belang zijn.

We zagen zo een meetbalans voor de windtunnel waar het Equipment & Prototype Center van de TU/e aan werkt om nog nauwkeuriger aan een wielrenner met fiets te kunnen meten. Onder het platform waar de fiets op gemonteerd gaat worden, zit een draaibare constructie om heel precies vanuit alle windrichtingen in tweedimensies krachten te meten. Zo’n meetbalans is natuurlijk vervolgens ook voor andere onderzoeksvraagstukken beschikbaar.

“In Eindhoven is vanwege de research omgeving maatwerk mogelijk”, legde een van de medewerkers uit. “Bij commerciële windtunnels heeft een opdrachtgever mede vanwege de kosten slechts de keuze uit een aantal standaard opstellingen.”

Zonneklaar vinden de medewerkers het heel inspirerend om ook aan vraagstukken over de invloed van de luchtweerstand bij sporters te werken.

Deel dit artikel:
Share on Facebook
Facebook
Tweet about this on Twitter
Twitter
Share on LinkedIn
Linkedin
STRYD V3: De ultieme footpod (vermogensmeter)

De beste looptips en inspirerende artikelen 2x per week in je mailbox?

Meld je dan aan voor onze nieuwsbrief en mis niets!

Stryd V3: de ultieme footpod - Hardlopen op vermogen

Meer uit Training