Svenska Cycling Plus
Annons
Annons
HighlightsLandsväg

The Peloton Project – Klungans häpnadsväckande aerodynamik

Hur mycket lättare är det att cykla i klunga jämfört med att köra själv, och vilken position är egentligen bäst? Dessa eviga frågor har nu nått akademin, som tagit tag i saken och kommit fram till några häpnadsväckande resultat.

Text: Anton Persson Foto: Bart van Overbeeke

Alla har vi nog undrat hur långt vi vanliga motionärer skulle orka hänga med klungan på Tour de France någon gång. Att det är lättare att ligga på rulle, det vet vi, och på något magiskt vis känns det ju som att det alltid går fortare när man cyklar i klunga än när man cyklar själv. Men hur mycket lättare är det egentligen?

Forskare vid universiteten TU Eindhoven i Nederländerna och KU Leuven i Belgien har med professor Bert Blocken i spetsen tillsammans med forskarkollegor, mjukvaruföretaget Ansys och superdatortillverkaren Cray tittat närmare på just det i en studie som gått under namnet The Peloton Porject. Blocken har gjort sig ett namn i cykelkretsar under de senaste åren genom att leverera ett flertal studier på olika aerodynamiska fenomen relaterade till cykling, och har samarbetat nära med bland annat proffslaget LottoNL-Jumbo, numera Jumbo-Visma. Men medan de tidigare studierna fokuserat på mellan en och åtta cyklister har The Peloton Project tagit ett par steg till när man undersökt en cykelklunga med hela 121 cyklister.

Teamet använde en vindtunnel och 121 3D-printade modeller i skala 1:4 för att validera resultatet.

Tidigare forskning räckte inte till

Projektet tog sin början runt jul 2016. ”Vi märkte snabbt att det här var ett oerhört komplext problem”, säger Bert Blocken i ett webb-seminarium anordnat av Ansys, ”så vi fick utöka teamet samtidigt som vi avgränsade oss till ett par specifika frågor – hur stort är luftmotståndet inne i klungan, vilka är de bästa positionerna och var bör man positionera lagets viktigaste cyklist?”

”Ofta har man uppskattat att luftmotståndet minskar med ungefär 50-70 procent i en klunga, men den siffran är baserad på forskning gjord på 4-8 cyklister i ett led, vilket uppenbarligen inte borde vara samma som när 20 rader med flera cyklister i bredd far fram. Jag tittar dessutom ganska mycket på cykling själv och har pratat med en hel del proffs, och har ofta fått kommentaren att ’inne i klungan behöver man ibland knappt trampa’. Så det gamla antagandet var med största sannolikhet fel, men vi visste inte hur fel.”

Att mäta luftmotståndet för varje enskild cyklist i en klunga ute på en verklig väg är i det närmaste omöjligt, och att klämma in 121 cyklister i en vindtunnel är inte heller rimligt, så man fick helt enkelt sätta sig ned framför datorerna, göra en modell av verkligheten och sedan ta hjälp av CFD för att komma fram till svaret.

Simulera mera

Computational Fluid Dynamics, eller CFD, kallas ibland för ”en virtuell vindtunnel”. Det är en metod för att simulera hur exempelvis luft flödar och påverkas av olika objekt som kommer ivägen, som en cyklist som i full fart. Metoden används för att undersöka allt ifrån enskilda komponenter som styren och hjul till kompletta cyklar, sittpositioner och nu alltså även en hel klunga. Fördelarna är många, bland annat att man kan detaljstudera och beräkna vilka delar som bidrar mest till luftmotståndet, och därigenom göra förbättringar, på ett helt annat sätt än i en riktig vindtunnel. Den allra största vinningen ligger i att man kan testa många olika idéer mot varandra utan att bygga dyra och tidskrävande prototyper.

Men, när allt kommer till kritan är en CFD-simulering bara en modell av verkligheten, och en modell bygger alltid på olika antaganden och förenklingar. Därför är inte en simulering i sig själv ett garanterat svar på hur det egentligen ligger till och för att vara riktigt säker på sitt resultat måste man validera modellen. Det är här vindtunneln kommer in. Allra helst skulle man ju vilja göra tester på en riktig Tour de France-klunga, men det är i praktiken omöjligt att göra på ett standardiserat sätt. Vinden skiftar hela tiden riktning och hastighet en aning, vägen svänger, smalnar av, cyklister byter plats. För många osäkerhetsfaktorer, helt enkelt. I en vindtunnel har man istället kontroll över omgivningen och ger därmed ett mycket säkrare resultat.

Ju närmare en yta, desto viktigare är det att ha små beräkningsceller för att simuleringen ska ge ett korrekt resultat. Närmast huden är cellerna bara 2 mikrometer tjocka!

I The Peloton Projectbörjade man med att simulera bara fronten på klungan, och gjorde sen ett vindtunneltest med 3D-printade cyklister i skala 1:4 (hastigheten i vindtunneln kan skalas upp för att kompensera för att modellerna inte hade full storlek). Resultaten stämde överens, och man gick vidare till att göra två simuleringar på den fullstora klungan – en tättpackad (klunga A) och en glesare (klunga B).

Nu är det tyvärr så att det här med flöden och aerodynamik är ett väldigt komplext problem, och det finns inget enkelt sätt för att räkna ut vilken väg luften kommer ta eller hur mycket den bromsas upp. Man måste i praktiken dela upp luften i pyttesmå celler, och göra ett flertal beräkningar för varje cell. Hur små man ska göra de här cellerna är alltid en kompromiss – stora celler ger mindre noggrannhet, mindre celler innebär högre exakthet men fler beräkningar och därmed längre tid. I slutändan visade det sig att projektet behövde nästan 3 miljarder celler för att nå den säkerhet man ville åt, vilket innebar ett världsrekord för sportindustrin. Det var det uppenbarligen värt, för resultaten stämde väl överens med vindtunneltesterna.

Lätt i teorin, svårt i praktiken

Annons

Luftmotståndet i procent, jämfört med en ensam cyklist, för varje position i klunga A.Så, vad kom man då fram till? Det allra mest häpnadsväckande är nog att luftmotståndet minskar med upp till 90-95 % om man ligger väl inpackad i klungan, och att 45-60 cyklister upplever den här minskningen beroende på hur tätt man ligger. Det är alltså nästan halva klungan som kan följa med utan att göra av med särskilt mycket energi. ”Om klungan cyklar i 54 km/h gör de som ligger i mitten av med lika lite energi som om de hade cyklat i 12-17 km/h själva”, säger Bert Blocken.

Även den som ligger i spets tjänar något på att ha en stor klunga bakom sig jämfört med att cykla själv, eftersom klungan hjälper till att ”skjuta fram” luften. Luftmotståndet minskar med 10-15 % jämfört med en solocyklist. Det är också värt att notera att positionerna längs kanten på klungan är relativt dåliga, med 2-3 gånger högre luftmotstånd än två positioner in mot mitten.

Frågan är då hur man ska tolka de här resultaten. Är det egentligen lätt som en plätt att hänga med så länge man ligger i mitten av klungan? Nja, så enkelt är det inte.

”Många har tolkat det som att den här studien förlöjligar proffscyklister, men det är verkligen inte vad vi kommit fram till”, säger Bert Blocken. ”Det har aldrig varit vår intention att genom vår forskning eller kommunikation på något sätt misskreditera eller förminska de fantastiska prestationer som görs av cyklister, oavsett om man är proffs eller inte. Faktumet att vår forskning visar att man kan tjäna på att ligga framför TV-motorcyklar, servicebilar eller väl inbäddade i klungan är inte på något sätt menad att ta fokus från deras topprestationer. Tvärtom. Alla som varit en del av det här projektet har största uppskattning och respekt för cyklister och deras arbete. Men vetenskap måste presenteras som den är, även om inte alla gillar resultaten.”

Man ska verkligen ha i bakhuvudet att situationen man simulerat verkligen är extremt ideal. En helt symmetrisk klunga, rak och flack väg, att vinden kommer rakt framifrån och att ingen rör sig i förhållande till varandra – en situation som i princip aldrig uppstår i verkligheten alltså. Man skulle kunna säga att det Blocken och hans kollegor har kommit fram till är ett slags minimivärde, hur det skulle vara i den bästa av världar. ”En vanlig motionär skulle antagligen kunna hänga med i ett par kilometer på sin höjd, för så fort klungan börjar accelerera och bromsa in upprepade gånger, som vid svängar och farthinder, gäller inte siffrorna längre. Då blir luftmotståndet högre inne i klungan, plus att du behöver lägga extra kraft på att accelerera”, förklarar Blocken.

Det är med andra ord inte de specifika siffrorna man ska lägga vikt vid, utan hur de förhåller sig till varandra. Om det i verkligheten är 5 eller 15 procents luftmotstånd ett antal rader bak mitt i klungan spelar mindre roll, det viktiga är att det är betydligt bättre att ligga där än ute vid kanten.

Trots det ser man ofta att laget som försvarar ledartröjan ligger på ett led eller håller sin kapten ute på kanten, utan skydd runt om för att personen lättare ska kunna undvika krascher. Det är alltså en kalkylerad risk, för det kostar mycket mer energi att ligga i den positionen. Blocken menar att det optimala är att lägga sig ett par rader bak och två positioner in från kanten när vägarna är breda och raka och risken för trubbel är liten, och att man senare söker sig ut mot kanten/fronten när det smalnar av.

Om proffsen kommer ta åt sig av den nya informationen kan vi bara spekulera i, men vissa lag använder avancerade matematiska modeller för att uppskatta ner en utbrytning har störst chans att hålla. De har modellerna har uppenbarligen byggt på ett felaktigt antagande om hur mycket energi de som ligger i klungan sparar, men med den nya vetskapen får vi kanske se fler utbrytningar som håller undan.

Om du är intresserad av att läsa mer finns hela studien, som har det officiella namnet ”Aerodynamic drag in cycling pelotons: New insights by CFD simulation and wind tunnel testing” tillgänglig på www.sciencedirect.com.

 

 

 

Lämna en kommentar

Denna webbplats använder Akismet för att minska skräppost. Lär dig hur din kommentardata bearbetas.

Annons

Hantering av personuppgifter

Denna sida använder information som kan kopplas till dig som besökare, för att förbättra och anpassa upplevelsen. Mer information finns i våra användarvilkor. Läs igenom informationen och klicka nedan om du samtycker.

Read previous post:
DANSKA CERAMICSPEED SATSAR OFFROAD

Close