De wind in de zeilen op de Olympische Spelen

De materie die onderzoeker Terra bestudeert is ingewikkeld, maar zijn doel is simpel. De aan TeamNL en de TU Delft verbonden onderzoeker moet ervoor zorgen dat Nederlandse topsporters een paar procent minder luchtweerstand hebben.

Omgang met luchtweerstand is voor veel landen echt onderdeel geworden van de ‘topsportmix’, naast zaken als talent, voeding, rust en training. Het kan zelfs het verschil maken tussen wel of geen medaille. De winst kan ‘m zitten in kleding, helmen, materiaal en de houding van de sporter. Als expert aerodynamica (wetenschap van bewegingen in de lucht) doet Terra onderzoek, waarna het vaak commerciële partijen zijn die een helm of pak produceren. “Ik test het effect van zo’n pak op luchtweerstand, maar maak de pakken niet zelf. Ik kan wel zeggen welke stof gebruikt moet worden en waar de naden moeten zitten.”

Snijwonden

Terra mag niet te veel loslaten over innovaties voor de Olympische Spelen in Parijs. Dat kan de concurrentie in de kaart spelen. Wel kan hij wat zeggen over één van de nieuwe uitvindingen: een innovatief kitesurfpak dat Annelous Lammerts zal gaan gebruiken. “Bij de ontwikkeling keken we vooral naar de stoffen op de armen en de benen. Door twee lagen stof over elkaar te gebruiken op de armen, met een ribbel in de onderste en een gladde stof daaroverheen, verlaagden we de luchtweerstand. Voor de benen was een enkele, gladde stof juist het best. De verschillen in de stoffen hebben te maken met de houding van Annelous.”

Naast snelheid is ook gedacht aan de veiligheid. Bij kitesurfen komen crashes voor, die leiden tot serieuze snijwonden. “In het pak is ook een snijbestendige stof gebruikt, zodat Annelous zich veiliger voelt.”

Hoe belangrijk is jouw werk voor de kans op Olympisch succes?

“Dat hangt een beetje van de sport af. Bij wielrennen is de luchtweerstand de grootste tegenwerkende kracht. De rolweerstand is bijvoorbeeld veel lager. Als je de luchtweerstand kan verlagen gaat een renner automatisch veel sneller (uitleg: door te trappen ga je vooruit. Tegenwerkende krachten gaan juist in een tegengestelde richting. De luchtweerstand ontstaat doordat je de lucht voor je steeds ‘opzij duwt’, rolweerstand is de energie die verloren gaat doordat de band vervormt als deze rolt, red.).”

Waar let je dan allemaal op bij de ontwikkeling van kleding voor wielrenners?

“De ideale kleding van wielrenners is afhankelijk van zaken als luchtdichtheid, de houding op de fiets, de snelheid van de persoon en de dikte van armen en benen. Ook verschilt het erg per discipline: gaat het om een normale wegwedstrijd of tijdrit, waar zijwind kan zijn? Of om baanwielrennen, een sport die binnen plaatsvindt? Vervolgens vertaal je dat naar welke stoffen je selecteert voor het pak en de overschoenen die iemand draagt. Maar uiteindelijk is de pasvorm misschien nog wel het allerbelangrijkst. Je kan nog zulke goede stoffen gebruiken; als een pak niet strak en nauw aansluit, dan gaat de luchtweerstand snel omhoog.”

Hoe groot is het verschil met een doorsnee wieleroutfit en wielrenfiets die ik in de winkel koop? 

“Het kan makkelijk tien procent schelen in luchtweerstand. Het is lastig om de tijdswinst precies in te schatten, maar ga er vanuit dat bij evenveel wattage (vermogen dat iemand levert tijdens het fietsen, red.) een verlaging van 10 procent van de luchtweerstand voor 2 tot 2,5 procent tijdswinst kan zorgen. Voor renners is dat een gigantisch verschil. Het voordeel van een goed pak is wel afhankelijk van de discipline: bij een lange tijdrit op de weg, waarbij je dus in je eentje rijdt, heb je veel meer voordeel dan wanneer je bij een normale wegwedstrijd in het peloton rijdt en door de renners voor je minder wind vangt.”

Pop in windtunnel

Ik kan me voorstellen dat je niet alleen in een kantoor zit, maar ook veel in de praktijk bezig bent. Kun je een beeld geven van hoe je precies onderzoek uitvoert naar luchtweerstand bij topsporters? 

“Ik neem graag de kleding en slee van skeletonster Kimberley Bos als voorbeeld, waarmee ze brons won op de Winterspelen van Peking in 2022. Voor die Spelen lieten we Kimberley inscannen en maakten zo een 3D replica van haar. Op basis daarvan lieten we een fysieke pop maken. Zo konden we op ieder moment testen, ook als Kimberley door training niet zelf beschikbaar was. Ook ligt een pop perfect stil en weten we dus dat als we verschillen meten in luchtweerstand, die niet door een veranderde houding komen. Met de pop zijn we twee weken onze windtunnel in gegaan, waar we de luchtweerstand hebben gemeten. Daar testen we steeds verschillende pakken, stoffen en variaties aan de pakken. Bij iedere aanpassing test je of de luchtweerstand omhoog of omlaag gaat. In het uiteindelijke pak had Kimberley 3 procent minder luchtweerstand.”

Jullie ontwikkelden ook de Ring of Fire, een mobiele windtunnel waar je doorheen kan fietsen. Wat is daarvan de toegevoegde waarde?

“In standaard windtunnels is het lastig om de bewegingen van een fietser na te doen, dus hebben we ook een windtunnel waarmee we op locatie meten: de Ring of Fire, een meetsysteem dat we op de TU Delft ontwikkelden. Met de Ring of Fire meten we luchtstroming rond een sporter. Een wielrenner fietst dan door een wolk van belletjes en door die interactie komt de lucht achter de fietser in beweging. Die beweging meten we en daar kunnen we de luchtweerstand uit halen en zien met welke houding je het snelst bent.”

Hoe maak je dat dan zichtbaar?

“Door kleine zeepbelletjes aan de lucht toe te voegen, die meebewegen met de lucht. De zeepbelletjes zijn iets zwaarder dan lucht, dus we vullen ze met helium, om ze weer even zwaar te maken. De zeepbelletjes volgen we met de camera. We kunnen zo de lucht meten die in beweging komt door een sporter die langs komt. Hoe meer de lucht beweegt, des te groter is de weerstand.”

Ruwer pak

Deze Olympische Zomerspelen zijn in Parijs, de vorige waren in Tokio en Rio de Janeiro. Hoe speelt zo’n locatie een rol in de keuze voor materialen als het op aerodynamica aankomt?

“Je let op temperatuurverschillen: in warme gebieden gebruik je een koelere stof. Ook de mate van zijwind en de hoogte maken uit. Hoe hoger je komt boven zeeniveau, des te lager de luchtdichtheid is en des te ruwer het materiaal van kleding bij de armen en benen moet zijn.”

Wat was de meest belangrijke kledingverandering ooit op de Olympische Spelen?

In 1998 werden schaatspakken heel strak, waardoor schaatsers veel sneller gingen. Ook kwamen er toen zigzagstrips op, die het pak ruwer maakten bij armen en benen en daarmee de luchtweerstand verminderden. Die strips werden later verboden, waarna de verruwing in de stof verwerkt werd. Het waren beide hele belangrijke aanpassingen, die later ook hun weg vonden naar de Zomerspelen, onder andere bij het wielrennen.

Zijn er ook voorbeelden die averechts werkten?

“Bij de Winterspelen van 2012 bleek het Amerikaanse schaatspak een flop. Er kwam lucht via de nek naar binnen, waarna Shani Davis het niet meer wilde dragen. Het pak was erg innovatief, maar leerde ons ook: de praktijk mogen we nooit uit het oog verliezen.”