Wielstroomlijnkappen, maar dan anders

Wielstroomlijnkappen hebben tot doel om verstoring van de windstroom rond wielgaten en banden te verminderen. Volledige kappen leveren bij 50 km/u rond 1,5 km/u snelheidswinst op. Dat is niet om over naar huis te schrijven. Alleen het nauwkeurig afplakken van de wielgaten met Lexan leveren zeker hetzelfde resultaat op. Het waarom is niet helemaal duidelijk, maar drie factoren spelen zeker een rol. Allereerst wordt het frontaal oppervlak vergroot en wordt ook het omspoeld oppervlak vergroot. Als laatste oorzaak is waarschijnlijk compressie tussen de twee brede wielkappen een negatieve factor.

Jan Geel, een van de meest innovatieve Questrijders die ons land rijk is, heeft ervaren dat de snelheid met het rijden met maar één wielkast geen snelheidsvermindering tot gevolg had in vergelijking met het rijden met twee wielkappen.

Jan gooit het nu over een andere boeg, gedeeltelijke wielkappen. Op de foto's is goed te zien hoe hij het opgelost heeft. In feite zorgt Jan voor een goede aanstroming van de banden en het over de wielgaten geleiden van de wind. Hij lost het probleem van de compressie op door de smalle stroomlijn voor de banden. In feite wordt het frontaal oppervlak niet groter.
Deze wielstroomlijnen verzamelen ook nauwelijks modder.
Volgens Jan is de Quest met deze combinatie, let ook even op het achterwiel, sneller dan volledige wielkappen.

Wielkappen verbeterd

Ik rij dit jaar voor het eerst wedstrijden met de wielkappen van Jan van Steeg. Deze glasvezel kappen zijn eenvoudig van afwerking. Het onder de Quest plakken is een heel gedoe. Er blijven naast de wielkappen grote gaten zichtbaar die met tape moeten worden afgeplakt.
Jan van Steeg is bezig met het maken van nieuwe versies, niet alleen in glasvezel maar ook in kevlar/rubber.
Jan Reus, ja die van de andere kappen, wil mijn huidige kappen wel comfortabeler maken. Er worden flenzen aan gelamineerd waardoor het bevestigen onder de fiets makkelijk en snel verloopt. Ook zijn de gaten naast de wielkap nu meteen gedicht.
Na dit stadium zullen de kappen een laag kevlar/carbon krijgen en daarmee zeer veel sterker worden.
We zullen zondag tijdens de LEL (Lelystad - Enkhuizen - Lelystad) zien hoe dit bevalt.

Zeilen met de Quest, wielkappen gemonteerd

Vanmiddag komt Kees van Hattem langs. Kees meldt dat het lelijk hard waait. Toch wil ik graag even naar Hoorn om samen met Jan Reus de wielkappen voor CycleVision pas te maken. Mijn fiets ligt vol met 5 wielkappen en de normale schuimkap kan er niet meer bij.
Dan maar een racekap erop om bij de soms stevige buien lekker droog te zitten.
Buiten gekomen zuchten de bomen onder windkracht 6 met uitschieters tot Bft 7. Op de hoge slingerdijk naar Driehuizen neemt de wind de Quest keihard bij zijn kladden. Kees rijdt voor me met 36 km/u maar zonder te trappen wil mijn fiets nog harder. Als het 40 km/u gaat en de Quest het linker wiel dreigt op te tillen, rem ik hard af. De wind blijft aan de Quest rukken en steeds versnelt de fiets weer. Het benauwt me behoorlijk en ik laat Kees maar vooruit rijden. De combinatie van een super lichte Quest met racekap boven op een dijk met vlagen van zeker Bft 7 is niet ideaal.
Kees slaat al snel af richting Stompetoren. Met behoedzaam sturen bereik ik Hoorn zonder brokken.

Jan laat me eerst een nieuwe modificatie aan de toerkap zien. Dit is een neopreen randje om de bovenkant van de hoed. Hiermee moet regenwater makkelijker naar achter worden geleid.
Dan de wielkappen. Jan van Steeg heeft een setje voor me gemaakt. Eerst proberen we het achterwiel van een kap te voorzien. Dat lukt niet met de Super Moto. Deze band is veel te dik omdat Jan de wielkap heeft ontworpen voor een smallere Furious Fred. Ik moet dus besluiten voor een Furius Fred of de Super Moto zijn Lexan omlijsting van vorig jaar weer aanmeten. Ik denk dat ik dat ga doen.
De kappen voor de voorwielen passen redelijk goed, al lopen ze in de bocht wel licht aan. Wordt waarschijnlijk veroorzaakt doordat de GoCycle om brede velgen ligt en daardoor breder is dan de GoCycle om Jan's smallere velgen.
De passing is uiteindelijk prima en met een smal plakbandje zit de wielkap uitstekend vast.

Werkt het ook? Reken maar. Het waait nog immer hard en ik ga nu tegen wind naar De Woude terug. De Quest wil makkelijk vooruit maar wordt ook flink heen en weer geschud. In de Mijzenpolder fiets ik 43 km/u met hartslag 126. Er waait een kleine 6 Bft waardoor ik inclusief mijn eigen snelheid tegen een wind van Bft 9 in rij. Ik ben blij dat ik heelhuids weer thuis ben..

Rolweerstand versus luchtweerstand

Tijdens het fietsen hebben we te maken met weerstand, we gaan immers niet oneindig snel. De weerstand bestaat uit rolweerstand en luchtweerstand. Een Quest zonder aero-dynamische voorzieningen als bijv. een racekap heeft bij 40 km/u een rolweerstand van 38% en een luchtweerstand van 62%. We laten de mechanische verliezen, die zijn relatief klein, buiten beschouwing.
De rolweerstand neemt toe lineair met de snelheid, de luchtweerstand evenwel neemt kwadratisch toe.
Het verminderen van de rolweerstand van banden door lichter lopende bredere banden is heel effectief bij snelheden tot 30 km/u. Bij deze snelheid is de rolweerstand zelfs hoger dan de luchtweerstand. Bij hogere snelheden neemt de luchtweerstand heel snel een veel groter aandeel in de weerstand voor zijn rekening. Maar hoeveel dan wel?
Hans Wessels, een begenadigd rekenmeester, maakt de berekeningen.

De formules zijn volgens Hans simpel
P_rol = Cr * v
P_lucht = 0.5*rho*Cw*v*v*v

Gaan we er van uit dat bij 40 km/h 38% van het totale vermogen rolweerstand is dan kunnen we de volgende formule vinden voor het rolweerstandsaandeel:

P_rol% = 100%*980/(980+v*v)
Tabel met v in km/h.

v....Prol%
10....91
20....71
30....52
40....38
50....28
60....21
70....17

Deze cijfers zijn niet tot meerdere cijfers achter de komma nauwkeurig.
Hoofdprobleem is dat de Cw waarde van de fiets verre van constant is. Grofweg kun je stellen dat hoe sneller de fiets gaat hoe slechter de Cw waarde wordt omdat naarmate de snelheid hoger wordt de luchtweerstand zich meer gaat aantrekken van imperfecties van de body van de Quest.
Het blijkt bij hoge snelheid fietsen erg moeilijk te zijn om uit meetdata een betrouwbare Cw waarde te vinden. Windtunnel proeven die onlangs in Delft zijn gehouden, bevestigen dat. Hoe hoger de snelheid hoe eerder de lucht van laminair naar turbulent omslaat en hoe beroerder je Cw waarde wordt.
Verder heeft de massa van de fiets een beperkte invloed op de rolweerstand zoals met Kreuzotter zelf makkelijk uit te rekenen is.

Ymte Sybrandy kan een uur lang ruim 60 km/u met een Quest met alleen een racekap rijden. Wie kan hem bijbenen? In een Quest niemand. Tot vorig weekend bij races op de overdekte baan in Apeldoorn iemand met een ietwat vreemd uitgedoste Quest op de baan verscheen, Jan van Steeg. Jan heeft vrij uitgebreid gestudeerd op de aero-dynamica van de Quest en vastgesteld dat vooral aan de onderkant van de Quest veel te verdienen valt. Eerder al had ik zelf door het afdekken van de wielopeningen van de Quest met Lexan strippen de snelheid flink weten te verhogen.
Jan heeft wielkappen ontworpen die de wielkasten geheel afdekken. Hij heeft hiervoor een NACA 0021 profiel gebruikt, ongeveer hetzelfde profiel dat ook de Quest heeft. De brede lichtlopende GoCycle banden zijn nu vrijwel geheel afgedekt en de weerstand is extreem gereduceerd. Heeft het ook geholpen?
Nou reken maar. Jan blijkt Ymte nu ineens bij te kunnen houden, terwijl het verschil tussen de beide rijders in meerdere wedstrijden rond de 5 km/u was. Ymte heeft serieus geprobeerd Jan los te rijden, maar dit is niet gelukt. Helaas kreeg Jan een lekke band en kon geen poging doen Ymte te passeren.

Jan is de beroerdste niet en heeft zijn geheime wapen inmiddels al aan Ymte beschikbaar gesteld. Nog twee rijders en ik hebben nu een set in huis. De pluggen om de kappen voor dagelijks gebruik te vervolmaken en een makkelijk bevestiging systeem aan te brengen komen naar mij toe. Jan Reus zal de pluggen optimaliseren en er nieuwe mallen van trekken. Mogelijk kunnen daarvan later kappen beschikbaar komen voor de verkoop. De winst van 4 tot 5 km per uur is wel heel spectaculair.

Foto's in Omnisport Apeldoorn: Marjon v.d. Kraats