DOOR BERT BLOCKEN. Een lange ontsnapping tot een goed einde brengen, helemaal op je eentje tegen een jagend peloton of een kleinere groep achtervolgers. Het is niet veel renners in het wielerpeloton gegeven. Het zijn krachtprestaties die tot de verbeelding van de wielerfan spreken, maar ook vanuit een objectieve, wetenschappelijke bril zijn ze uitzonderlijk.

Geschreven door Bert Blocken, hoogleraar bouwfysica, KU Leuven en TU Eindhoven. Aerodynamisch adviseur van Team Jumbo-Visma. Zijn expertises zijn stedenbouwfysica, wind engineering en sportaerodynamica. Hij tweet via @realBertBlocken.

Een terugblik naar zaterdag 13 juli 2019. Ronde van Frankrijk, rit 8. Onze landgenoot Thomas De Gendt, al de hele dag in de aanval, laat zijn medevluchter Alessandro De Marchi achter op 13 km van de meet en begint aan een onwaarschijnlijke solo. Thibaut Pinot en Julian Alaphilippe, deze laatste op jacht naar de gele trui, zetten alles op alles in de achtervolging, maar ondanks hun zware inspanningen haalt De Gendt het met 6 seconden voorsprong. Ritwinst na bijna 200 kilometer in de aanval te hebben gereden. Commentatoren en journalisten komen superlatieven te kort.

Twee en een halve maand later. Zaterdag 28 september. Wereldkampioenschap wielrennen, Yorkshire. De Nederlandse Annemiek van Vleuten vertrekt op 104 km van de aankomst alleen voor een spectaculaire ontsnapping. Ze bouwt systematisch haar voorsprong uit en de rest van het peloton ziet haar niet meer terug. Magistraal, fenomenaal, historisch, koppen de kranten.

Uit het iets verdere verleden kennen we onder meer de Fransman Jacky Durand en onze landgenoot Ludo Dierckxsens, die ook bekend stonden om hun ongebreidelde strijdlust.

^{(Lees verder onder de video’s)}

Dergelijke inspanningen en overwinningen spreken tot de verbeelding. Maar hoe uitzonderlijk zijn deze prestaties? Om dit te beantwoorden combineren we de resultaten van windtunnelonderzoek, computersimulaties en een vermogensmodel.

Vluchter versus jagend peloton

Ten eerste moeten we opmerken dat het haast onmogelijk is om een volledige wedstrijd fysisch-wiskundig te modelleren. We proberen het wel, maar er zijn te veel onbekende parameters, zoals de individuele posities van elke renner of renster in het peloton op elk moment, de windsnelheid en windrichting op elk moment langs het parcours … Elk onderzoek, in de windtunnel of via computersimulatie, vertrekt daarom van geïdealiseerde situaties en aannames. We gaan dus uit van ofwel geen zijwind, ofwel constante zijwind. Terwijl de windsterkte kan wisselen en de windrichting kan draaien tijdens een rit. En van bepaalde pelotonconfiguraties, terwijl een peloton een heel dynamisch en variabel iets is. De vertaling naar de praktijk gebeurt dan met enkele weloverwogen veronderstellingen. Desalniettemin komen onze voorspellingen vaak dicht bij de realiteit.   

In een onderzoeksconsortium met collega’s van de KU Leuven, de Technische Universiteit Eindhoven, de Universiteit van Luik en onze USA-partners (de multinationals Ansys en Cray HPC Supercomputing) onderzochten we de aerodynamica in een dichtgepakt wielerpeloton door windtunneltesten en computersimulaties (zie animatie hieronder). Uit deze computersimulatie – de grootste in de sport tot nu toe – bleek dat de luchtweerstand (dus niet de totale weerstand) van een wielrenner in de buik van een peloton van 121 renners kan afnemen tot minder dan 10 procent van een renner die alleen rijdt. Gemiddeld over het hele peloton, is de luchtweerstand ongeveer 20 procent van deze van de solorenner. Tel daarbij de rolweerstand tussen banden en weg, en de weerstand in de mechanische onderdelen van de fiets, en dan bedraagt de weerstand in het peloton, bij een snelheid van 50 km/u, ongeveer 30 procent ten opzichte van de vluchter. Als er één renner ontsnapt en de rest samenblijft in een dichtgepakt achtervolgend peloton, en iedereen in het peloton evenveel werk verricht, dan kan je dus stellen dat de solist drie keer meer vermogen en energie moet leveren dan de achtervolgers.

Echter, een peloton blijft niet altijd dichtgepakt, en al zeker niet wanneer het door bochten gaat of bij beklimmingen of afdalingen of smalle wegen. Dan neemt de luchtweerstand voor de renners in het peloton aanzienlijk toe. Anderzijds werkt niet iedereen in het peloton even hard. Latere ontsnappers kunnen zich schuilhouden tot ze denken dat hun moment gekomen is. Dus die 30 procent aan gespendeerd vermogen blijft realistisch.

In de tegenaanval

Stel nu dat de achtervolging op de solorenner niet wordt ingezet door het hele peloton, maar door een groep van tien andere renners. Uit ons eerder onderzoek weten we dat de gemiddelde luchtweerstand in een trein van negen tot tien renners ongeveer 50 procent is ten opzichte van deze van een renner alleen (zie figuur rechts). Met de andere weerstanden erbij wordt dit 60 procent. In dit geval kan men stellen dat de solist nog 1,7 keer meer vermogen moet leveren dan de achtervolgers.

Als de achtervolging tenslotte wordt ingezet door slechts twee renners, zoals bij de ontsnapping van Thomas De Gendt in de Ronde van Frankrijk, en beiden werken even hard in die achtervolging, dan gaat het om gemiddeld 80 procent van de luchtweerstand, en 90 procent van de totale weerstand van de renner die alleen rijdt. In dit geval moet Thomas De Gendt 10 procent meer luchtweerstand overwinnen dan zijn achtervolgers.

Dit zijn berekeningen waaraan weliswaar enkele aannames ten grondslag liggen, maar de uitkomsten zijn erg grote percentages. De ordegrootte van deze getallen verandert niet door andere aannames.

Daarom kunnen wij wel degelijk wetenschappelijk onderbouwen dat de hogervermelde inspanningen en overwinningen zeer uitzonderlijk zijn. Het zijn topprestaties van topatleten die niet alleen die specifieke wedstrijd hebben gekleurd, maar ook bijdragen tot de publieke liefde voor de prachtige sport die wielrennen heet. En tot de terechte bewondering voor de atleten die deze inspanningen leveren. Voor zo’n atleten maken wij als wetenschappers en wielerliefhebbers de grootste buiging.

Dankwoord

Ik bedank mijn betrokken onderzoeksteam bij de TU/e en KU Leuven (zie namen bij bronnen). Ik bedank partnerorganisaties Universiteit van Luik, Ansys en HPC Cray Supercomputing. Ik ben dankbaar ten aanzien van de partners Cycling Team Jumbo-Visma, Equipe Cycliste Groupama-FDJ, Cycling Ireland en Paralympics Ireland, voor de jarenlange samenwerking die dit werk mee hebben geïnspireerd. Ik dank ook NWO, de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek en de bedrijven SURF Supercomputing, CustomCompany, Tenax en FlexForm.

Bronnen

• ^{Blocken B, van Druenen T, Toparlar Y, Malizia F, Mannion P, Andrianne T, Marchal T, Maas GJ, Diepens J. 2018a. ‘Aerodynamic drag in cycling pelotons: new insights by CFD simulation and wind tunnel testing’ Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics 179: 319-337}
• ^{Blocken B, Toparlar Y, van Druenen T, Andrianne T. 2018b. ‘Aerodynamic drag in cycling team time trials’ Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics 182: 128-145}