Unieke windtunnel op ijs meet luchtweerstand Nederlandse schaatsers

Wouter Terra is embedded scientist bij TeamNL en onderzoeker aan de TU Delft. In zijn promotieonderzoek richtte hij zich op de vraag hoe luchtweerstand te meten is aan de hand van de lucht die sporters verplaatsen. Het resultaat is de Ring of Fire: een mobiele windtunnel, die op het ijs gezet kan worden en waar schaatsers doorheen rijden. ‘De tunnel vullen we met zeepbubbels. Door hier laserstralen op te richten, zijn de lucht en de luchtstroming als gevolg van de bewegingen van de schaatsers zichtbaar. Door de bubbels op beeld vast te leggen, is de luchtweerstand van de schaatsers te meten. En dus ook de verschillen tussen de ene of de andere houding.’

Ook in een traditionele windtunnel draait het om verschillen tussen twee situaties, zoals het gebruik van een bepaalde stof, de windrichting of de houding van de schaatser. Het grootste verschil ten opzichte van de mobiele versie is evenwel dat de gehele dynamische schaatsbeweging te meten is. In plaats van met een stokstijf stille pop te werken, rijdt de schaatser letterlijk door de tunnel heen.

Samenwerking tussen wetenschap en praktijk

Nergens ter wereld is dit systeem eerder ingezet bij het schaatsen. Alleen de wielrenners van Team DSM maakten hier een aantal jaar geleden al eens gebruik van. Het project is toonbeeld van samenwerking tussen wetenschap en praktijk. Naast TeamNL en de TU Delft was de KNSB hierbij betrokken en verder ook Innovatielab Thialf. Oud-atleet en Olympiër Kamiel Maase heeft in de hoedanigheid van performance manager research & innovation bij TeamNL nauw samengewerkt met Terra en de overige betrokken partijen. ‘Sportbonden worstelen al jaren met het thema aerodynamica. Zeker bij een hoge competitiedichtheid als in het schaatsen en wielrennen gaat het om details. De bonden besteden uiteraard aandacht aan dit onderwerp, maar hebben beperkt toegang tot expertise en middelen. Ik zocht naar een structurele aanpak voor meerdere bonden op basis van de beste kennis.’

Dan klopt de TU Delft aan. ‘Met die universiteit startten we een reeks aan projecten, waaronder de Ring of Fire. In Delft is deze mobiele windtunnel bedacht en ontwikkeld. Het concept past volledig in de trend om de dienst naar de sporter te brengen in plaats van andersom. Een sporter gaat vrijwel nooit meer naar een diëtist of fysiotherapeut toe bijvoorbeeld. Aanvankelijk moesten de sporters even wennen aan het idee dat er in Thialf zo’n tunnel zou komen.’

Vanuit de KNSB vormde embedded scientist Sander van Ginkel wat dat betreft een spil in het web. ‘In Nederland zijn er vijf topteams. Wij vroegen hen stuk voor stuk wat ze van het idee vonden. Alle coaches waren van de meerwaarde overtuigd. Dat was voor ons een voorwaarde om het project mee te financieren en door te zetten. We boden de teams de kans om – naast mee te werken aan ons onderzoek – elk gedurende drie uur een eigen vraag te onderzoeken en te meten. Exclusief. Kortom: zowel de metingen als de resultaten mochten de teams voor zichzelf houden. In Nederland is de concurrentie moordend, dus om de teams warm te laten lopen voor dit onderzoek moest het ook wel in hun eigen belang zijn. Door die exclusieve tijd creëerden we dat.’

Zo gezegd, zo gedaan. Als in februari 2021 het schaatsseizoen vervroegd voorbij is voor de topschaatsers , grijpen de betrokken partijen hun kans. ‘Het vergde flink wat regelwerk voor iedereen, waarin de onderlinge samenwerking hoogtij vierde’, schetst Terra. ‘Sander van Ginkel stond voortdurende in contact met de commerciële teams om hen te informeren, te vragen wat zij wilden meten, een planning te maken en ijs in te kopen. Het Innovatielab Thialf verzorgde vanuit Heerenveen de coördinatie van het plaatsen van de tunnel. Specialisten in aerodynamica van de TU Delft kwamen in actie om te helpen bij de technische zaken. TeamNL had een overkoepelende, verbindende rol.’

Experiment geslaagd

De samenwerking werpt zijn vruchten af. Gedurende een volle week voert het wetenschapsteam samen met sporters en staf uit de schaatspraktijk de metingen uit in Thialf. ‘Om een zuivere meting te doen, moest de schaatser elke houding ongeveer tien keer herhalen. Dat vergde dus wel wat van de sporter, zeker omdat deze niet rondjes kon blijven rijden. Het opnieuw vullen van de tunnel met belletjes en het opslaan van de data kost tijd’, aldus Terra.

Niettemin vinden Maase, Terra en Van Ginkel het ‘experiment’ meer dan geslaagd. ‘Wat we onder andere wilden meten, is of er verschil is in luchtweerstand wanneer een schaatser met twee handen op de rug rijdt of met één hand los. Dat er een verschil is, is duidelijk in de resultaten terug te zien’, verklaart Terra. ‘Het was vervolgens belangrijk dat de resultaten in de praktijk nut hebben,’ geeft Van Ginkel aan. ‘Omdat we ons op gerichte vragen vanuit de teams hebben gefocust, is het mooi om te zien dat resultaten al direct toegepast worden. Zo een link tussen de wetenschap en topsport en een kruisbestuiving tussen de KNSB en ploegen komt niet vaak voor. Tijdens en na de metingen zijn we bezig geweest om zoveel mogelijk bruikbare data uit de testen te halen. Ook hebben we los met alle teams gezeten om uit te leggen wat er voor informatie uit de windtunnel is gekomen. Wouter Terra namens TeamNL en ik namens de KNSB zijn daarin samen opgetrokken.’

’Daarbij’, voegt Maase toe, ‘is dit project een fantastisch voorbeeld van hoe expertise op een hoog niveau naar de sport te brengen is. Dat er letterlijk een windtunnel op het ijs is gezet, is uniek. We hebben laten zien dat het kan.’

Uitrollen

Voor zowel de sport als de wetenschap smaakt de eerste testronde naar meer. ‘Diverse schaatsers en ploegen zijn al met ideeën over nieuwe testen naar ons toegekomen. Qua timing is zo vlak voor de Olympische Spelen een tweede ronde organiseren niet handig, maar daarna is er wellicht weer ruimte en tijd voor’, aldus Terra. ‘Bovendien kunnen wij bij de TU Delft nu ook verder met het verbeteren van de Ring of Fire. We ontdekten bijvoorbeeld dat de luchtgenerator niet tegen koude temperaturen kan. Dat hebben we vorig jaar opgelost door deze tussendoor te verwarmen, maar dat is geen duurzame oplossing.’

Toch ziet Van Ginkel dat ook deze testweek al verschil heeft gemaakt. ‘De teams kregen op gerichte vragen direct antwoord en konden dat meteen in de praktijk toepassen. Het aantal vraagstukken dat ze konden onderzoeken, was natuurlijk beperkt, maar de snelle toepasbaarheid alleen al is winst. Ze hebben kennis gekregen die zij zonder de Ring of Fire niet zouden hebben. Bovendien heeft het hun bewustzijn van de invloed van luchtweerstand en aerodynamica vergroot.’

De Ring of Fire is nu ingezet bij het schaatsen, maar bij de TU Delft denken ze daarnaast aan het uitrollen van deze tunnel onder andere sporten. Skeleton bijvoorbeeld. Ook in het wielrennen, waarbinnen Team DSM al aan deze meetmethode heeft kunnen ruiken, ziet de universiteit kansen. Of zien we Max Verstappen binnenkort door een Ring of Fire rijden? Het zou zomaar kunnen, want bij de TU Delft staan ze niet stil. ‘Maar,’ zo besluit Terra, ‘alles valt of staat bij een goede en nauwe samenwerking. Zonder alle betrokken partijen was dit project nooit mogelijk geweest.

Meer weten?

Meer weten over deze innovatie of wilt u ook innoveren op het gebied van de schaatssport, neem dan contact op met Inge Stoter, Innovatielab Thialf, Innovatielab@thialf.nl.