De Delftse dreamteams presenteren hun nieuwste voertuigen. Nuna, Wasub, Hyperloop; elk jaar is de stroomlijn anders. Is de ideale vorm na al die jaren nog niet gevonden?
Op technologiebeurzen kunnen kinderen er niet vanaf blijven. De 1-op-2-schaalmodellen van de Hyperloop magneetzweefcapsule van 2017 en 2018 lijken gemaakt voor kleuters. Zet die cocons met piepkleine stoeltjes erin op een draaimolen en je hebt een mooie attractie. En waarom niet ook meteen alle Wasub’s, Nuna’s, Veloxen en al die andere dreamteam-voertuigen erbij?
Wat in het oog springt is de verscheidenheid aan vormen. Niet alleen verschillen de diverse types vehikels van elkaar; ook de ligfietsen variëren onderling, net als de onderzeeërs, de racewagens en magneetzweefcapsules.
Algoritmes
En dat lijkt opmerkelijk. Je zou denken dat de studenten na al die jaren van rekenen en experimenteren de ultieme vorm inmiddels gevonden hebben. “In theorie kun je de optimale vorm door de computer laten berekenen”, zegt Hyperloop-teamlid Elja Ebbens. “Maar zo simpel is het in de praktijk niet. Je algoritme moet rekening houden met massa en luchtweerstand, maar ook met de kosten en of het te produceren is. Is het mogelijk om een lichtgewicht uiteinde te maken dat stijf genoeg is dat het niet gaat flapperen bij hoge snelheden? En zo ja, tegen welke kosten?”
Vorige week lieten de studenten tijdens een persmoment de tekeningen van de shuttle zien waarmee ze dit jaar naar de Verenigde Staten hopen af te reizen.
En ja hoor, ook deze versie verschilt van de vorige twee. Hadden de studenten twee jaar geleden een capsule die in een kegelvormige punt eindigde en nog het meest op een sigaar leek, het jaar erna raceten ze met een voertuig waarvan de staart enkele decimeters voor de punt was ingekort. Het huidige ontwerp is weer helemaal langgerekt maar eindigt niet als kegel. De achterkant is vlakker, als het blad van een mes.
Die afgesneden staart van vorig jaar zorgt voor turbulentie. Dat remt af. Maar elke centimeter extra lengte zorgt ook weer voor meer gewicht. Luchtweerstand en gewicht; het is zaak daar de juiste balans in te vinden tussen die factoren. Waar die ligt hangt onder meer af van het type race. En die verschilt van jaar tot jaar.
Het model uit 2017 (rechts) en dat uit 2018. (Foto: Tomas van Dijk)De Hyperloop is een ‘conceptueel high-speed transportsysteem’ met buizen die onder lage druk staan waarin capsules met passagiers of vracht reizen zwevend op magneten. Hierdoor is de luchtweerstand zo laag dat men efficiënt en met zeer hoge snelheid kan reizen, zo is het idee.
Elk jaar vindt er in een testtunnel van een paar kilometer in Californië een wedstrijd plaats, georganiseerd door SpaceX (het bedrijf van Elon Musk). De belofte is dat men met deze technologie ooit grote afstanden in mum van tijd aflegt. Amsterdam – Parijs in een half uur.
Hyperloopteamlid Ebbens: “Als je grote afstanden aflegt, is stroomlijn van groot belang. Zelfs bij een lage druk van één millibar ondervind je hinder van de luchtdeeltjes. Een afgesneden staart is dan dus niet gunstig, want die veroorzaakt turbulentie. Maar vorig jaar werden we bij de testbuis in de VS beoordeeld op acceleratie en topsnelheid. Als je rap moet versnellen en snel weer moet afremmen, dan is gewicht cruciaal.
De balans sloeg dus wat meer uit in de richting van gewichtsbesparing, vertelt hij. Dit jaar wordt alleen met het aandrijvend voertuig geracet, zonder de bovenliggende capsule. “De capsule maken we erbij om te laten zien hoe het voertuig er volgens ons het beste uit kan komen te zien. We gaan daarbij natuurlijk uit van de beoogde situatie, waarbij grote afstanden worden afgelegd.”
De Wasub waarmee Delftse studenten in 2018 onder water raceten. (Foto: Tomas van Dijk)Zo snel mogelijk onder water fietsen
Ook het Wasub-team presenteerde onlangs haar nieuwste ontwerp. Dit team doet elk jaar mee aan een wedstrijd voor mens-aangedreven onderzeeërs, het ene jaar in Engeland, dan weer in de Verenigde Staten. “Frontale weerstand is voor ons het belangrijkst”, zegt teamlid Willis Houtman. “Onze onderzeeër moet zo klein mogelijk zijn. Helemaal plat zou eigenlijk het beste zijn, maar dan past de piloot er niet in.”
De ‘piloot’ moet ook goed kracht kunnen zetten. Hij fietst zich onder water de longen uit het lijf. En enige comfort is van belang. Als hij continu met zijn knieschijven langs de bodem schaaft, houdt hij het niet lang vol.
“Wij gaan uit van een coconvorm die zo gekozen is dat het water laminair langs de romp stroomt. De stroming laat pas aan het eind van de boot los, daar ontstaat turbulentie”, aldus Willis Houtman.
Maar binnen die basisvorm is nog volop keus, laat de student weten. “Bij de ene versie is de voorkant wat boller, bij de ander bevindt het hoogste punt zich iets meer naar achteren. We hebben veel verschillende versies geprobeerd. Het volume en het (nat) oppervlak moeten klein zijn. Het zijn belangrijke criteria voor versnelling en minimale weerstand.”
Tekening van de laatste Wasub, de onderzeeer waarmee Delftse studenten deze zomer in Washington gaan racen in een sleeptank voor onderzeeers van de Amerikaanse marine.De ultieme vorm
Bestaat er een optimale vormgeving? “Dat denk ik wel”, zegt Wasub-teamlid Houtman. “Maar of we die nu te pakken hebben, weet ik nog niet.”
De nieuwste onderzeeër is ongeveer 10 centimeter langer dan die van vorig jaar. Bij de knieën is meer ruimte, de bovenkant is iets hoger en de bovenkant loopt geleidelijk af richting de staart.
Bij het ontwerp van vorig jaar is de stroomlijn plotseling afgekapt bij de rotors. Dat zorgt voor extra turbulentie en minder goede instroom van water langs de schroeven.
Voor die vormgeving is gekozen omdat de versnellingsbak daardoor simpeler gehouden kon worden. De assen werden korter gehouden en konden makkelijker met hoge nauwkeurigheid worden afgesteld. Zaken als het goed kunnen afstellen van mechanische onderdelen spelen dus ook een rol bij de vorm.
“Dit jaar menen we die fijne afstelling ook in een langere meer gestroomlijnde onderzeeër voor elkaar te krijgen”, zegt Houtman. “Ons ontwerp ondervindt bij 3,5 meter per seconde een weerstand van 76 Newton. Dat is 3 Newton minder dan dat van vorig jaar.”
Heb je een vraag of opmerking over dit artikel?
tomas.vandijk@tudelft.nl
Comments are closed.