Lucht is dun bij loopsnelheid. Maar het lijkt dikker te worden naarmate een fietser accelereert. Proberen om een snelheid van meer dan 40 km / u aan te houden, wordt een strijd tegen de natuur. En snelheden boven de 50 km / u zijn strikt voor wereldkampioenen. Er is een naam voor de luchtweerstand die wordt opgebouwd volgens het kwadraat van snelheid - het wordt weerstand genoemd.
En het wordt gemeten door een getal, de luchtweerstandscoëfficiënt. Het cijfer voor een grote bus met vierkante voorkant is 0.8. Een goede racefiets plus rijder genereert meer weerstand met 0.88 - maar met aero-stangen verslaat hij de bus, met 0.70. Het cijfer voor een bol is 0.47, een vliegende vogel 0.40 en een gestroomlijnde Tesla-auto 0. 24. Maar de natuurlijke kampioen is de dolfijn, met een onderwaterweerstandscoëfficiënt van 0.0036.
Er zijn drie factoren die ten grondslag liggen aan de lage weerstand van de dolfijn: vorm, gladheid en frontaal gebied. Fietsingenieurs richten zich op dezelfde aspecten in hun zoektocht naar een fiets die als een kogel door de lucht snijdt. Helaas zijn mensen niet kogelvormig, wat betekent dat de berijder tot 80% van de weerstand genereert. Bij het streven om de weerstand op maat te verminderen, kan een rijder die tegen de klok concurreert de dolfijn imiteren - met een gestroomlijnde helm, een soepel skinsuit en een positie op de fiets die een kleiner frontaal gebied aan de wind biedt.
Laten we aannemen dat uw favoriete race een tijdrit van 40 km is. U kunt uw tijd tot drie minuten scheren door een langere steel en staafvormige hoorns te gebruiken. Je presenteert een minder frontaal gebied met plattere armen en de luchtstroom zal versnellen over je lage rug. Let op - we hebben het hier niet over comfort, dus wen aan je nieuwe TT-positie. Aero clip-on bars met cups om je onderarmen te ondersteunen zou de volgende logische stap zijn. Het frontale gebied is zo versmald met je ellebogen dicht bij elkaar, dat de staven tot twee minuten van je persoonlijk record kunnen duren voor je favoriete 40 km-parcours. Je zult snel wennen aan het sturen met je lichaam, waarbij je de stierhoorns alleen gebruikt om weg te rijden van de startlijn, plus lastige technische bochten en beklimmingen.
Oké, dus nu lijkt de voorkant van de cockpit op een kariboe met gewei, maar je hebt een nieuw persoonlijk record om over op te scheppen. We hebben de optimale vorm, en nu moeten we nadenken over het oppervlak. Een goed gestroomlijnde helm en een huidpak kunnen je twee of drie minuten eerder naar huis brengen. In de jaren vijftig droegen wielrenners gekreukte wollen truien, met overal zakken en reservebuizen over hun borst. Dat klinkt als een recept voor de weerstand die wordt veroorzaakt door turbulentie, omdat elk uitstekend item de luchtstroom van de grenslaag over het lichaam van de berijder verbreekt. Tegenwoordig is soepelheid alles, en profs dragen helmen met een volledig gezicht met vizier voor solo-ritten.
We hebben er alles aan gedaan om 80% van de luchtweerstand te verlagen, en nu moeten we kijken naar de resterende 20%, namelijk frame en wielen. Hier besparen we seconden in plaats van minuten, volgens de uitspraak van een beroemde Britse coach, Dave Brailsford: de "aggregatie van marginale winsten". Als je veel kleine verliezen in luchtweerstand maakt, vormen ze samen een nuttig voordeel.
Een sleutelmoment in de aero-revolutie kwam in 1984 toen 'Cecco' Moser de 51 kilometer lange barrière voor een uur doorbrak, in de ijle lucht van Mexico. Elk aspect van zijn luchtweerstand was onderzocht in een windtunnel, en marginale winsten waren afkomstig van stangen van stierenhoorn, schijfwielen, een huidpak en een leren hoed, plus overschoenen. Een deel van de uitrusting van Moser is sindsdien gedateerd. Tegenwoordig heeft zijn 'grappige fiets'-bovenbuis te veel frontaal oppervlak om ontwerpers te plezieren, en een kleinere schijf aan de voorkant zorgt voor problemen bij het hanteren - vooral bij zijwind. Een ander belangrijk moment was in 1989 toen Greg Lemond Laurent Fignon versloeg in de laatste korte tijdrit van de Tour de France. Na duizenden kilometers was de marge van de winnaar acht seconden. En sommige commentatoren schrijven het verlies van Fignon toe aan de sleur van zijn paardenstaartkapsel!
Toen de aero-revolutie begon onder gewone fietsers, waren de eerste turbulente items die uit de luchtstroom werden gestopt, remkabels. Ze waren aan het stuur geplakt en door het frame gevoerd, waardoor ze een marginaal verlies aan weerstand veroorzaakten en de rijder-fietscombinatie een paar seconden sneller maakten over 40 km. Toen kwam het gebeeldhouwde carbon frame. De weerstand van elk ontwerp kon worden getest in een windtunnel, en de vorm volgde de vorm die tot op de dag van vandaag voortduurt. In 2019 heeft een fiets met carbonframe voor het budget van een clubman drag-vechtfuncties die tien jaar geleden onmogelijk zouden zijn geweest.
Top professionele tijdritfietsen doen geen concessies aan comfort. Als u zich zo'n fiets kunt veroorloven, is het misschien mogelijk om uw persoonlijk record binnen enkele minuten in te korten. Elk deel van het frame is ontworpen voor een gladde vleugelsectie en een laag frontaal gebied - daarom is de "bovenbuis" van het frame horizontaal. Om turbulentie te verminderen, worden componenten zoals remmen achter delen van het frame beschut tegen de wind. Door de steile hoek van de zadelpen kan de berijder in een gestroomlijnde positie "zijn werk doen". De "zitbuis" leidt de luchtstroom soepel aan weerszijden van het achterwiel af, net als de korte, stijve staande achtervorken. En laten we een vlotte aerofles niet vergeten, die misschien wel 30 seconden waard is op 40 km. Een tijdritfiets, met carbon wielen, aerosturen en een rijder in een skinsuit en helm met vizier, leverde een luchtweerstandscoëfficiënt op die bijna overeenkomt met de Tesla: 0.244. Dat was in windtunneltests. De UCI heeft maatregelen om slepen te verslaan verboden, zoals de 'Superman'-positie met de armen plat naar voren, wat een weerstandscijfer van 0.18 opleverde. Maar het is moeilijk te zien waar je heen gaat!
Nu komen we bij de draaiende componenten van de fiets-rijdercombinatie: cranks, pedalen en wielen. Het standaard fietswiel met boxvelg en 36 spaken is een nachtmerrie voor de aerodynamicus. Het is een wonder van kracht, in staat om 300 keer zijn eigen gewicht te dragen - maar, jongen - genereert het weerstand! Koop een schijfwiel achter, en je komt een halve minuut eerder over de streep.
Een kleiner aantal platte spaken zal helpen, maar de grootste niet-schijf marginale winst komt van een diepe aero-sectie carbon velg - hoe dieper hoe beter. Het is ontworpen om te functioneren als een aero-eenheid met de band op zijn plaats - een traangedeelte. Een goede ICAN-wielset kan bijna net zoveel weerstand verminderen als een schijf, met de extra zekerheid dat de machine niet zenuwachtig wordt in een zijwind. Onderzoek gaat verder naar koolstofwielen, met veelbelovende drie- en tweespaaks ontwerpen met diepe velgen. Vertrouw op je krukken. De topmerken zijn al geoptimaliseerd om de luchtweerstand zo laag mogelijk te houden. Gebruik overschoenen om alle dingen te bedekken die weerstand veroorzaken als je voeten draaien met 85 toeren per minuut. En gebruik de kleinste pedalen die je kunt vinden.
Denk klein als u uw droomfiets plant. Veel kleine veranderingen zorgen voor een groot resultaat. Laag frontaal gebied, aerofoil-vorm en niet-turbulente gladde oppervlakken verminderen de weerstand. En minder weerstand betekent dat u een overschot aan wattage heeft, wat resulteert in een hogere snelheid en betere prestaties. En dat is niet zo'n belemmering, toch?