Fietsen tegen een muur van wind

Een kaarsrechte weg met een gele stippellijn in het midden waar maar geen eind aan lijkt te komen. De woestijn aan weerszijden van highway 305 is zo plat als een dubbeltje, er is weinig wind en er heerst doodse stilte. Het is geen wonder dat tientallen ligfietsfanaten hier sinds 2000 elk najaar bijeenkomen om een week lang te racen tijdens de World Human Powered Speed Challenge. Deze locatie, vlakbij het stadje Battle Mountain in Nevada, nodigt uit om snoeihard te gaan.

De coureurs, in hun nauw sluitende aerodynamische cocons, nemen een aanloop van acht kilometer. Dan fietsen ze zich pas echt de longen uit het lijf en worden ze geklokt over een afstand van tweehonderd meter. De resterende twee kilometer van de, speciaal voor hen, afgezette weg gebruiken ze om af te remmen. Sommigen krijgen voor de show een bekeuring van een politieagent. De snelsten gaan bijna 130 kilometer per uur.

En de snelsten, die komen sinds kort uit Delft. Sinds vorig jaar doet een team van voornamelijk TU-studenten, aangevuld met enkele studenten bewegingswetenschappen van de Vrije Universiteit, mee aan de race met respectievelijk de fietsen Velox1 en Velox2. Human Power Team Delft & Amsterdam heet het team.

Vorig jaar reed hun fietser, Sebastiaan Bowier, 129,61 kilometer per uur. Dat was een halve kilometer per uur sneller dan de nummer twee van dat jaar, de befaamde wereldrecordhouder, Canadees Sam Witthingham (in 2009 reed hij 133,28 kilometer per uur).

En ook dit jaar ging de zege naar de Nederlandse studenten. Al leek de race in eerste instantie op een drama uit te lopen. Op de eerste racedag kreeg Bowier een lekke band, zwenkte hevig over de weg en vloog toen meermalen in de berm over de kop. Gelukkig mankeerde hem niets en hadden de studenten een reservekap bij zich. Enkele dagen later “nadat ik door de angst heen gefietst was” klokte Bowier 128,94 kilometer per uur.

Iets trager dus dan in 2011, maar wel goed voor de overwinning. De andere fietser van het team, schaatskampioen Jan Bos, reed 127,82 kilometer per uur. Witthingham deed dit jaar niet mee.

Teleurgesteld

Twee zeges achter elkaar. Dat zou toch vrolijk moeten stemmen. Toch oogt L&R-student David Wielemaker teleurgesteld. Wielemaker ontwierp de eerste Velox en was dit jaar mee naar Battle Mountain als adviseur. Ondanks alle ingewikkelde computersimulaties en windtunneltests heeft het Delftse team weer het record niet verbroken. En dat steekt.

“Toen we aan de race begonnen, dachten we nog dat we het wel even beter zouden doen dan Sam Witthingham.” Niet omdat Witthingham veel kleiner is en minder vermogen genereert dan Sebastiaan Bowier – zijn fiets is ook navenant kleiner waardoor hij minder luchtweerstand heeft. “We dachten makkelijk te kunnen winnen, omdat Witthingham zijn fiets had laten maken door een kunstenaar”, lacht Wielemaker. “Maar dat wij wel even zouden winnen, was dus echt een verkeerde gedachte.”

De Bulgaarse beeldhouwer George Georgiev ontwierp Witthingham’s fiets, de Varna Tempest. Zonder computersimulaties en windtunneltests. Georgiev maakte gewoon een fiets die er strak uitzag, een soort kogel op wieltjes.

Al ongeveer tien jaar hikken de snelste deelnemers tegen de 130 kilometer per uur aan, met in 2009 een kleine uitschieter naar 133,28 kilometer per uur. Wat is er aan de hand? Wielemaker denkt dat er een soort absolute grens is en dat deze bijna is bereikt.

Minder weerstand

Maar op papier had de Velox2 een stuk harder moeten gaan dan de Velox1. Hij is gladder dan zijn voorganger doordat de voorruit vervangen is door twee piepkleine camera’s (de fietser kijkt dus niet naar buiten, maar op een schermpje). En de fietser maakt, dankzij een slim samenspel van een dubbele set krukken (een uitvinding uit 1890), een ovale trapbeweging. De studenten konden de neus van de fiets daardoor spitser maken. Al met al zou deze fiets de lucht langer laminair langs de romp moeten laten stromen, en daardoor dus een stuk minder weerstand moeten ondervinden dan de Velox1. “140 kilometer per uur hadden we moeten kunnen halen”, zegt Paul Denissen, de projectleider van het Velox2-team, telefonisch vanuit Nevada.

Vanwaar die tegenvallende prestatie? Denissen is er nog niet helemaal uit. “De crash speelde het team volgens hem in ieder geval parten. De reservekap die daarna over de fiets ging was minder glad dan de wedstrijdkap.

Wielemaker denkt dat het team de fiets moet versimpelen en meer tactisch moet fietsen. “We waren die fiets elke dag aan het repareren. Dat helpt natuurlijk niet. Die klapband was ook het gevolg van een te ingewikkeld ontwerp. Er zat ergens een ringetje een millimeter verkeerd waardoor de band tegen het frame aanliep. Die crash heeft de fietsers vervolgens een psychologische tik gegeven.”

Je moet ook geluk hebben met het weer. Officiële snelheidspogingen kunnen alleen worden ondernomen bij windsnelheden van minder dan 6 kilometer per uur. Maar idealiter is het helemaal windstil. Ook de temperatuur is belangrijk. Bij warm weer is de lucht wat ijler waardoor je minder weerstand hebt.

Dat geluk valt volgens Wielmaker wel af te dwingen door tactisch te rijden. En daaraan schortte het dit jaar. “Dit jaar hadden we op één dag goed weer. En net op die dag was onze fietser niet in vorm omdat hij de dag ervoor heel hard had gefietst. Witthingham doet dat beter. Hij stopt soms halverwege als hij ziet dat zijn snelheid tegenvalt. Op die manier brandt hij zichzelf niet nodeloos op bij de sprint. Hij is dan altijd in vorm op de dag dat alles wel meezit.”

Het nieuwe team, dat de Velox3 gaat maken, knoopt de boodschap – houd de fiets simpel en rijdt tactisch – in zijn oren. Zelf had het al bedacht om de fiets lichter te maken, en te voorzien van betere wielen en banden met minder rolweerstand.

Een echt nieuw spectaculair design valt dus niet te verwachten. Dat is jammer, vinden fietsonderzoekers dr.ir. Arend Schwab en dr.ir. Jodi Kooijman (beiden van 3mE). Als zij het voor het zeggen zouden hebben, ging de ligfiets compleet op de schop.

Het achterwiel zou het sturende wiel worden in hun ontwerp. “Op die manier kun je de aandrijving en de sturing van elkaar loskoppelen en de fiets versimpelen. Je kunt dan ook de sturing makkelijker minder nerveus maken waardoor de fietser zich daar minder op hoeft te concentreren”, zegt Schwab.

Kooijman ziet nog een ander groot voordeel. De vermaledijde uitsparing in de monocoque rondom het wiel (nodig om het wiel wat bewegingsvrijheid te geven) zou in hun ontwerp niet aan de voorkant, maar aan de achterkant van de fiets komen. “De turbulentie die ontstaat rond deze uitsparing verplaats je dan naar achteren, en dat komt de aerodynamica van de fiets als geheel ten goede.”

Tot voor kort ging men ervanuit dat een fiets met sturend achterwiel niet stabiel kon zijn. Maar Schwab en Kooijman toonden aan dat dat wel degelijk kan. Hoe precies? Dat snapt niemand. Kooijman: “Er zijn 25 parameters die de stabiliteit bepalen. Die leveren een explosie aan stabiliteitsvergelijkingen op. Je zou vijftig miljoen jaar bezig zijn om uit te rekenen hoe het zit.”

Maar door te spelen met de variabelen – vooral de massaverdeling is erg belangrijk – komt Kooijman toch steeds dichter in de buurt van een bruikbaar fietsframe met achtersturing. Hij begeleidt een groep bachelorstudenten die het frame verder ontwikkelen speciaal voor de Velox. Maar dit jaar zal dat frame in ieder geval niet worden toegepast. “Dat is nog een brug te ver”, zegt Velox3-projectleider Niels Tielen.