‘Hier heb ik rekbare stof toegevoegd”, zegt Hank Zieverink van textielinnovatiebedrijf Weev Textiles tegen kitefoiler Annelous Lammerts, terwijl hij aan de onderarm van een zwart kitepak trekt. Het is de zesde versie van het snijbestendige, aerodynamische pak dat hij speciaal voor Lammerts maakte. De extra rek bij de armen was nodig omdat een eerdere versie na uren op het water begon te knellen. Lammerts ziet het vandaag ook voor het eerst.
„Ik ben benieuwd of anderen ook aan aerodynamica gewerkt hebben. Wij hebben geheimgehouden dat we hiermee bezig waren”, zegt Lammerts even later tijdens de presentatie van het pak waarin ze in Marseille een olympische medaille hoopt te winnen.
We staan bij een van de windtunnels van de TU Delft. De windtunnel staat uit, de locatie is symbolisch, om te benadrukken dat er veel onderzoek in het pak is gaan zitten. Mogelijke winst: vier seconden, of 75 meter voorsprong, dankzij het aerodynamische ontwerp. „Voorwaarde is wel dat ik mezelf in de juiste positie gemanoeuvreerd heb om het tot zijn recht te laten komen.”
Tussen 4 en 8 augustus komt Lammerts voor Nederland uit op de Olympische Spelen in de discipline Formula Kite, oftewel: kitefoilracen. Het is een nieuwe discipline. Lammerts behoorde al jaren tot de wereldtop bij het freestyle kitesurfen en stapte over naar het kitefoilracen toen dit een olympische sport werd. Ze is de enige Nederlandse deelnemer.
Belangrijker dan de aerodynamica vindt Lammerts de snijbestendigheid. Nu vaart ze in een standaard wetsuit, of zonder pak als het warm is. Onbeschermd dus. Terwijl sinds de opkomst van de hydrofoil – de T-vormige draagvleugel onder het kiteboard – de snelheden enorm omhoog zijn gegaan en een foil scherpe randen heeft.
We racen met 70 km/u, vaak dicht op elkaar
„We racen met 70 kilometer per uur, vaak dicht op elkaar”, zegt Lammerts. „Als iemand valt, raast het kleine, lichte board door. We zijn zelf naar het Sailing Innovation Centre gegaan met de vraag of er een beschermend pak kon komen. Ik ben blij dat het er nu is, het geeft me het zelfvertrouwen om tijdens de race tot het uiterste te durven gaan.”
Aan het pak is bijna een jaar gewerkt, door aerodynamica-onderzoekers uit Delft – de TU Delft is partner van het Sailing Innovation Centre en TeamNL – en door Weev Textiles, dat kennis van snijbestendigheid heeft en het pak vervaardigde. Dat is heel veel tijd en energie voor één pak. Wat is er zo speciaal aan dit pak? En wat levert al die onderzoeksaandacht de rest van de maatschappij eigenlijk op?
„Snijbestendige garens zijn niet nieuw, daar zijn een stuk of vijf types van op de markt”, zegt Zieverink van Weev Textiles na afloop van de presentatie. „Maar die garens zijn heel rigide, terwijl een sporter soepel wil bewegen. De innovatie zit in de manier van breien en weven. Ik zit soms dagen bij de tricotagefabriek. Een breimachine opnieuw instellen kan rustig acht uur duren, dus je moet heel goed bedenken wat je wilt.”
Twee schuivende panty’s
Snijbestendigheid zit hem in meer dan het garen. „Denk maar aan een panty. Als je daarmee ergens langs loopt heb je zo een ladder, maar trek je twee panty’s over elkaar aan, dan gebeurt dat niet zo snel omdat de stoffen langs elkaar schuiven”, zegt Zieverink. „Zoiets hebben we hier op het scheenbeen ook gedaan. Twee lagen stof, van heel andere materialen en een heel andere breitechniek, voel maar.” De stoffen glijden inderdaad soepel langs elkaar. „Dat vangt al een groot deel van de impact op.”
Zieverink moest ondertussen rekening houden met wensen van de aerodynamica-onderzoekers. „Daarom zitten er bijvoorbeeld geen naden aan de buitenkant, alleen op de schouders.”
Voor de aerodynamica is veel aandacht uitgegaan naar de armen. Over de lengte van de arm zitten er ribbels in het pak. Wouter Terra, aerodynamica-onderzoeker bij de TU Delft en TeamNL, werkte nu voor het eerst aan een kitepak, maar deed eerder onderzoek aan wielrennen en schaatsen. „Het principe dat we hier hebben toegepast is voor het eerst gebruikt in 1998, toen er schaatspakken kwamen met zigzagribbels aan de buitenkant.”
:format(webp)/s3/static.nrc.nl/wp-content/uploads/2024/07/31105715/data118953372-5671d2.jpg)
Het doel van de ribbels is het verlagen van de luchtweerstand. Hoe minder weerstand, hoe meer snelheid. „De ribbels verstoren het dunne laagje lucht aan de oppervlakte van een arm”, zegt Terra. „Die lucht wordt dan turbulent, en daardoor kan de stroming langer de arm volgen waardoor de weerstand omlaag gaat.” Bij wielrenners en schaatsers geldt dit principe ook voor de benen. Maar omdat met kiten de benen achter elkaar vooruit bewegen in plaats van naast elkaar, zou het averechts werken, bleek uit onderzoek in de windtunnel.
„Door de jaren heen zijn de pakken van wielrenners en schaatsers veranderd”, zegt Terra. „Eerst zaten de strepen boven op een enkele laag stof, maar de Engelsen kwamen op een gegeven moment met een dubbele laag stof, waarbij de strepen op de onderste laag zitten en de bovenste laag glad is. Voordeel daarvan is dat de luchtweerstand lager is bij een heel grote range van weertypen en uiteenlopende sportlichamen. Hetzelfde pak kan in allerlei omstandigheden worden toegepast. Daarom hebben we deze techniek hier ook weer ingezet.”
Aan de romp van het pak, een groot oppervlak, is weinig onderzoek gedaan. Daaroverheen komt tijdens de wedstrijd een impactvest – om klappen bij een val op het water op te vangen – en een wedstrijdhesje met rugnummer – de bib. „Daarover ontdekten we wel iets interessants. Het maakt nogal uit of een bib strak om het lijf zit of flappert”, zegt Terra. „Strakker is beter, het verschil is 10 procent luchtweerstand.”
De stand van handen en vingers
Bij watersporten is ook de waterweerstand, ofwel hydrodynamica, enorm van belang. Voor zwemmen werd in Delft daarom onder leiding van vloeistofmechanicus Arnoud Greidanus, zelf voormalig profroeier, al onderzoek gedaan naar zwempakken – de manier van weven van de stof maakt uit – en de optimale stand van handen en vingers van zwemmers. Voor het roeien ontdekte hij dat een net andere vorm van het roeiblad zorgt voor efficiëntere voortstuwing.
De hydrofoil is voor het zeilen een tamelijk nieuw fenomeen. Van de tien zeildisciplines op de Olympische Spelen hebben er nu vijf een foil. Bij de vorige editie was dat nog één discipline. Het grote voordeel van een foil is dat de boot of het board omhoogkomt uit het water, waardoor er weinig contact is met het water en de waterweerstand lager is. Het heeft het zeilen sneller en spectaculairder gemaakt, maar het vraagt om een heel nieuwe techniek.
Anders dan voor de pakken zijn de regels voor foils op de Spelen heel strikt. Het materiaal moet voor iedereen beschikbaar zijn. Geen op maat gemaakte foils dus. Onderzoek richt zich op de werking van foils. Beter begrip van de natuurkunde erachter moet de sporters tactisch voordeel geven.
Een hydrofoil zorgt voor een opwaartse beweging – lift – doordat aan de bovenkant van het horizontale deel minder waterdruk is dan aan de onderkant. Vergelijkbaar met wat een vliegtuigvleugel met lucht doet.
:format(webp)/s3/static.nrc.nl/wp-content/uploads/2024/07/31105716/data118953363-82a619.jpg)
„Het probleem van de foil is dat hij heel dicht aan de oppervlakte van het water zit”, zegt Manuel Ferreira, postdoc-onderzoeker in de groep van Greidanus. „Het risico is dat er interactie tussen de lucht en het water ontstaat, waarbij lucht ineens naar binnen wordt getrokken. Ventilatie noemen we dat. De lucht raakt dan opgesloten aan de bovenkant van de foil, wat de lift drastisch vermindert. Dan val je dus naar beneden en verlies je veel snelheid. Dit gebeurt zeer plotseling, in honderd milliseconden is het al gebeurd, en het is heel lastig te controleren of te voorspellen.”
Door een foil aan een rail door het water te trekken hoopt Ferreira te kunnen doorgronden wanneer ventilatie optreedt. De snelheden en afstanden zijn bij zeilen zo groot, dat hij aan de onderzoeks-aquaria bij zijn eigen onderzoeksgroep niet genoeg had. Zijn onderzoek voert hij daarom uit in een enorm bassin – 130 meter lang, 2,5 meter diep – bij maritieme techniek, waarin ook golfslag kan worden nagebootst.
Een tactiek bepalen
Lammerts gaat er deze Spelen nog niks aan hebben, maar dit soort onderzoek moet uiteindelijk helpen een tactiek te bepalen. Is de kans op ventilatie kleiner bij een ruime of scherpe ronding van een boei? Hoe ver kan de foil uit het water komen zonder kans op ventilatie? „Atleten willen zo hoog mogelijk varen om zo min mogelijk waterweerstand te hebben”, zegt Ferreira. „Dus het is een kwestie van balans: zo hoog mogelijk varen met de minste kans op ventilatie.”
De beste uitrusting, het meeste inzicht, de hoop van al dit onderzoek is dat eigen sporters voordeel hebben ten opzichte van andere sporters bij grote wedstrijden. „In dit kader duikt de term mechanical doping weleens op”, zegt Greidanus. „Is het nog wel een eerlijke wedstrijd? Dat is inderdaad een spanningsveld, maar ik denk niet dat je het braafste jongetje van de klas moet zijn. Als jij het niet doet, dan doet een ander het, laten we de mogelijkheden die binnen de regels liggen vooral benutten.”
Anders dan bij het meeste wetenschappelijke werk wachten de sportonderzoekers dan ook graag met openbaar maken van hun inzichten tot de wedstrijd achter de rug is, zegt zowel Terra als Greidanus. Ze doen het onderzoek echt voor de sport, maar zien ook bredere toepassing van hun inzichten.
Politie in Duitsland
„Dit onderzoek kan nuttig zijn voor vracht- en passagiersschepen”, zegt Ferreira. „Ook onder zulke schepen kunnen foils de waterweerstand, en dus het brandstofverbruik, verlagen. De hydrofoil is eerder uitgevonden dan het vliegtuig, er zijn al grote veerboten met hydrofoils geweest. Maar de kans op ventilatie zorgde voor veiligheidsproblemen en dus is het nooit breed doorgebroken. Nu hebben we betere onderzoeksmogelijkheden, dus wie weet kunnen we de problemen van decennia geleden nu wel oplossen. Dankzij de sport is er nieuwe aandacht voor foils.”
Hank Zieverink van Weev Textiles heeft ook niet alléén voor Lammerts zoveel tijd in het kitepak gestoken. „De inzichten die ik de afgelopen maanden heb opgedaan zet ik veel breder in. Ik werk nu aan snijbestendige kleding voor de politie van Dresden en Leipzig, waar een aantal heftige steekincidenten heeft plaatsgevonden. En we komen binnenkort met een versimpelde versie van het kitepak dat mensen onder een wetsuit kunnen dragen. Ook amateurs willen veilig kunnen sporten.”
„Als je naar het strand rijdt zie je nu soms wel vijftig wingfoilers op het water”, zegt Lammerts. „De sport groeit, en dus zijn steeds meer mensen bezig met veiligheid. In mijn vriendengroep is er zeker interesse in zo’n pak.”
Het aerodynamische onderzoek lijkt minder directe waarde te hebben voor amateursporters. „Of de aerodynamica voor mij veel verschil gaat maken weet ik ook nog niet”, zegt Lammerts. „Zo’n pak maakt een slechte start niet goed. Maar ik verheug me er al op om in het pak rond te lopen, het is mooi om mijn tegenstanders een beetje zenuwachtig te kunnen maken.”
:format(webp)/s3/static.nrc.nl/wp-content/uploads/2024/07/31105718/data118953384-c5d79d.jpg)
