Dit is een van de meest opwindende en uitdagende projecten waar ik aan heb gewerkt. Het uitgebreide experimenteel en rekenkundig modelleringswerk was ongekend voor de paralympische wielersport en zelfs voor de meeste andere sporten.
Het verschil tussen goud en zilver
De tijd dat sporters met een handicap nauwelijks op belangstelling van pers en publiek mochten rekenen, ligt ver achter ons. Niet alleen krijgen grote evenementen als de Paralympics steeds meer aandacht, ook worden de verschillende disciplines inmiddels ondersteund door hightech materialen en geavanceerde onderzoeken.
Als volgend jaar zomer* de Paralympische Spelen in Tokio plaatsvinden, strijden talloze atleten op de fets, tandem, handbike en tricycle om de felbegeerde medailles. Wie daarbij het adagium ‘meedoen is belangrijker dan winnen’ in de mond durft te nemen, zal door alle aanwezige wielrenners met een handicap hard worden uitgelachen. Para-cycling is namelijk uitgegroeid tot een sport waarvoor keihard moet worden getraind en de kleinste verschillen in tijd beslissen tussen goud of zilver, tussen winst of verlies.
Dat bleek ook uit het recente promotieonderzoek van Paul Mannion. Hij onderzocht de aero-dynamische weerstand van tandemwielrenners en handbikers. Zo kwam hij er, na vele simulaties en tests, achter dat een optimale houding een tijdwinst van 8,1 seconden per 10 kilometer kan opleveren voor tandemfietsers. Handbikers kunnen 1,6 seconden per 1000 meter winnen door de juiste wielen te kiezen. Deze fraaie resultaten werden dit voorjaar* tijdens een persconferentie op de TU Eindhoven gepresenteerd.
Paralympisch en meervoudig Europees en wereldkampioen Jetze Plat geeft een demonstratie in de windtunnel van de TU Eindhoven.
De stoker
Vooral bij de tandemfietsers waren er onverwachte resultaten. Hierbij zit een renner met goed zicht – de piloot – voorop, terwijl de achterste renner – de stoker – een visuele beperking heeft. “Tijdens wedstrijden zou je denken dat de atleten het beste zo laag mogelijk over de fets gebogen zitten voor de minste weerstand. Maar ons onderzoek, op basis van 23 onderzochte combinaties van wedstrijdhoudingen, 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.
Wielselectie bleek voor de handbikers de grootste invloed te hebben op de aerodynamische weerstand, vooral bij zijwind. Parahandfietsen hebben 3 wielen; 1 aan de voorkant en 2 aan de achterkant. Mannion: “Renners hebben de neiging om te kiezen voor 3 dichte wielen, maar wij hebben voor een aantal categorieën aangetoond dat dit de weerstand op de atleet juist verhoogt.” De beste keuze blijkt een dicht wiel aan de voorkant en 2 spaakwielen aan de achterkant. Bij zijwind is dat effect het grootste, maar ook bij wind uit andere hoeken blijkt deze confguratie de minste weerstand te bieden. Handbikers kunnen overigens nog meer voordeel behalen bij heuvelafdalingen, waarbij snelheden tot wel 60 kilometer per uur worden gehaald. De positie van de armen blijkt hier de gouden greep. Mannion zag dat tijdens de afdaling de meeste renners hun armen tegen het lichaam drukken. De windtunnel en computersimulaties tonen dat een positie met gestrekte armen veruit de voorkeur verdient. Mannion: “Dit leidt tot 4,3% minder luchtweerstand.”
Wereldkampioen
Het onderzoek stond onder leiding van de TU/e en de National University of Ireland in Galway, waarbij werd samengewerkt met de KU Leuven, softwarebedrijf Ansys en SURF. Het experiment vond onder meer plaats in de windtunnels van de TU/e en de Universiteit van Luik, en werd gecoördineerd door prof. dr. Bert Blocken (TU/e en KU Leuven) en dr. Eoghan Clifford (NUI Galway). Clifford is bovendien viervoudig (en huidig) wereldkampioen para-cyling. “Paracyclers zijn nog niet eerder uitgebreid wetenschappelijk onderzocht met windtunneltesten en computersimulaties”, aldus Blocken. “Omdat renners snelheden van meer dan 54 kilometer per uur behalen, is de luchtweerstand een prestatiebepalende factor. Er valt dus veel voordeel te behalen met aero-dynamisch onderzoek. Bij de meeste onderwerpen op het gebied van aerodynamica wordt een nauwkeurigheid van 5 tot 10 procent voldoende geacht. In de onderzochte sporten kan echter een tiende of zelfs honderdste procent doorslaggevend zijn. Dit eerste, uitgebreide en open project in de paralympische wielersport onthult nieuwe inzichten om deze winst te behalen.”
Eoghan Clifford vult aan: “Dit is een van de meest opwindende en uitdagende projecten waar ik aan heb gewerkt. Het uitgebreide experimenteel en rekenkundig modelleringswerk was ongekend voor de paralympische wielersport en zelfs voor de meeste andere sporten. De resultaten hebben grote impact op het para-cycling en zullen ervoor zorgen dat teams en ingenieurs hun benadering van aerodynamica moeten heroverwegen. Dankzij dit onderzoek beschikken de beste paralympische atleten over dezelfde expertise en uitrusting als andere professionele sporters. Dat zal straks in Tokio ongetwijfeld een positief resultaat op de uitslagen hebben.”
Tekst: Edwin Ammerlaan en TU Eindhoven
Foto's: Bart van Overbeeke
Wat doet SURF
SURF is op de achtergrond betrokken bij computersimulaties en windtunneltests die de aerodynamische weerstand van tandemwielrenners en handbikers moet verminderen. Het grootste deel van dit onderzoek is gedaan met Fluent, een onderdeel van de ANSYS softwaresuite voor bouwkundige simulatie en 3D-design. De TU/e heeft via een eigen licentie Fluent bij SURF draaien. In eerste instantie op het Lisa GPUcluster, daarna zijn de onderzoekers onder leiding van Bert Blocken op aanraden van SURF ook op supercomputer Cartesius gaan rekenen. Blocken en zijn vakgroep maken overigens bij meerdere NWO-projecten van Cartesius gebruik.
'Het verschil tussen goud en zilver' is een artikel van SURF Magazine. Maandelijks de nieuwste artikelen in je inbox? Abonneer je dan op de SURF Magazine-nieuwsbrief.
*Dit artikel verscheen eerder in het gedrukte SURF Magazine maart 2019. Vanwege de coronacrisis konden de Paralympische Spelen in Tokio niet zoals gepland in de zomer van 2020 worden gehouden. De Spelen worden nu gehouden van 24 augustus tot en met 5 september 2021.