Nieuw aerodynamisch inzicht kan verschil betekenen tussen goud en zilver in het para-cycling

Deelnemers aan para-cycling – wielrennen met een handicap – doen er goed aan zich te verdiepen in het promotieonderzoek van Paul Mannion. Hij onderzocht aan de TU Eindhoven en de Ierse universiteit NUI Galway de aerodynamische weerstand van tandem-wielrenners en hand-bikers. De optimale houding blijkt tandem-fietsers 8,1 seconden voordeel te geven per 10 kilometer. Hand-bikers kunnen 1,6 seconden winnen per 1000 meter door de juiste wielkeuze. Dat kan het verschil maken tussen winst of verlies.

Het onderzoek onder leiding van de TU Eindhoven en National University of Ireland Galway was een samenwerking met de KU Leuven in België en softwarebedrijf ANSYS. Het experiment vond onder meer plaats in de windtunnels van de TU Eindhoven en de Universiteit van Luik, en werd geleid door civieltechnisch ingenieurs hoogleraar Bert Blocken van de TU/e en KU Leuven en onderzoeker Eoghan Clifford van NUI Galway. Clifford is viervoudig wereldkampioen en huidig kampioen para-cyling, hij initieerde de onderzoeksvraag bij Blocken. Blocken: “Para-cyclers zijn nog niet eerder uitgebreid wetenschappelijk onderzocht met windtunneltesten en computersimulaties. Omdat de renners snelheden van meer dan 54 kilometer per uur behalen, is de luchtweerstand een prestatiebepalende factor. Er valt dus veel voordeel te behalen met aerodynamisch onderzoek.”

Tot 8,1 seconden voordeel voor tandem-wielrenners

Vooral bij de tandemfietsers waren er onverwachte resultaten. Hierbij zit een ziende renner – de piloot – voorop, terwijl de achterste renner – de stoker – een visuele beperking heeft. “Bij wedstrijden zou je denken dat de atleten het beste zo laag mogelijk over de fiets gebogen zitten voor de minste weerstand. Maar ons onderzoek toont aan dat het aerodynamisch beter is als de piloot iets meer rechtop zit. De piloot schermt in dat geval namelijk de stoker af van de wind, waardoor de totale weerstand van de twee renners afneemt," legt Paul Mannion uit.

Op basis van 23 onderzochte combinaties van wedstrijdhoudingen, bleek de optimale romphoek – de hoek tussen de horizontale fietsstang en de romp van stuitje tot hoofd – 25 graden voor de piloot en 20 graden voor de stoker te zijn. Blocken: "Dit levert de renner een 6,5 seconden snellere tijd op over een afstand van 10 kilometer, in vergelijking met de houding waarbij beide atleten zo laag mogelijk over het stuur buigen."

Bij tijdritten blijkt zelfs nog meer voordeel te behalen voor de atleten. In de praktijk houden de meeste tandem-renners de zogenoemde time-trial houding aan, terwijl de onderzoekers laten zien dat de frame-clench houding  – waarbij de stoker de zadelpen van de piloot vastgrijpt – sneller is. “Vergeleken met de standaardhouding is er een tijdswinst te behalen van maar liefst 8,1 seconden over een afstand van 10 kilometer,” legt Blocken uit.

1,6 seconden tijdswinst per kilometer voor hand-bikers

Naast tandem-wielrenners, hebben de onderzoekers ook hand-bikers in de windtunnel en met computersimulaties getest. Wielselectie bleek hier de grootste invloed te hebben op de aerodynamische weerstand, vooral bij zijwind. Para-handfietsen hebben drie wielen; een aan de voorkant en twee aan de achterkant van de fiets. Mannion: “Renners hebben de neiging om te kiezen voor drie dichte wielen, maar wij hebben voor de categorieën H1-H4 aangetoond dat dit de weerstand op de atleet juist verhoogt.” De beste wielkeuze blijkt een dicht wiel aan de voorkant en twee spaakwielen aan de achterkant van de fiets. Bij zijwind is dat effect het grootste, maar ook bij wind uit andere hoeken blijkt deze keuze de minste weerstand te bieden. Blocken: “Bij 10 graden zijwind is een voordeel tot 1,6 seconden te behalen per km.”

Hand-bikers kunnen nog meer aerodynamisch voordeel behalen bij heuvelafdalingen, waarbij de renners niet trappen en snelheden tot wel 60 kilometer per uur kunnen halen. De positie van de armen blijkt hier de gouden greep. Mannion zag dat de meeste renners hun armen tegen het lichaam drukten tijdens de afdaling – de zogenoemde 6-uur positie – omdat ze denken dat dit de aerodynamische weerstand het meest vermindert. Maar de windtunnel en computersimulaties toonden dat een positie met gestrekte armen – de 9-uur houding – veruit de voorkeur verdient. Mannion: “Deze optimale houding leidt tot 4.3% minder luchtweerstand in vergelijking met de 6-uur positie.”