Maximale luchtlijnlengte

[Bart Verbeek]

Bij schepen is de maximale snelheid afhankelijk van de waterlijnlengte. Bestaat er iets dergelijks voor voorwerpen die zich door de lucht verplaatsen?

[Bacchus]

Aerodynamische voertuigen hebben geen waterlijn of iets dat daar op lijkt, dus we hebben niets om in de scheepsformule in te vullen. Het idee dat de vorm van je voertuig meer je snelheid bepaald dan het beschikbare vermogen ken ik ook in de luchtvaart: De kruissnelheid van een toestel wordt vrijwel geheel door de aerodynamische vorm bepaald. Daar komt dat vooral doordat er een snelheid is waarbij de neus van het toestel op de horizon staat en het toestel dus minimale luchtweerstand heeft.

Ik kan me een vuistregel herinneren dat voor een velomobiel een lengte-breedte-verhouding van 3:1 als ideaal geldt maar ik weet niet waarom. Ik heb ook sterk de indruk dat snelle fietsen (VeloX, Metastretto bv) een stuk slanker zijn dan de dagelijkse driewielers.

[PietV*]

Volgens de site velofilie is die verhouding groter.  Breedte : lengte 1 op 4 tot 1 op 5. Nadeel van de verhouding 1 op 5 is de zijwind gevoeligheid en de toename van de massa.
Spiegelglad poetsen geeft ook een licht nadeel. Dat zorgt voor "kleven" van de luchtstroom. Een matte lak houdt een zeer dun laagje lucht vast, dat een smering lucht op lucht geeft. Denk maar een een golfbal. Die matte lak geldt ook voor wedstrijdboten en vliegtuigen.

"De optimale verhouding tussen de breedte en lengte van het profiel is circa 1 : 4 of 1 : 5. De maximale breedte moet op ongeveer een derde van de lengte liggen. Maak het frontaal oppervlak zo klein mogelijk. Zorg dat de wielen de vorm zo min mogelijk verstoren, d.w.z. trek de stroomlijn zover mogelijk naar beneden door. Alle gaten in de stroomlijn verslechteren de Cw-waarde van het voertuig."
Bron: https://fietssite.jouwweb.nl/11

[Niels van der Wal]

Vanuit de races in Battle Mountain weet ik, dat loslating van luchtstromingen bij hoge snelheid meer remmend effect hebben dan gedacht. Hierdoor kon een relatief kleine renner toch een wereldrecord fietsen.
De nieuwste inzichten op het gebied van aerodynamica vind je waarschijnlijk op de faculteit lucht en ruimtevaart van de TU-Delft, die de Velox mee lieten doen.

Niels, pffft, van der Wal

[ThijsR]

Spiegelglad poetsen geeft ook een licht nadeel. Dat zorgt voor "kleven" van de luchtstroom. Een matte lak houdt een zeer dun laagje lucht vast, dat een smering lucht op lucht geeft.

Dit doen ze ook sinds een tiental jaar op Formule 1 auto's, die waren voorheen tot in de puntjes glimmend glad maar gebruiken nu matte lak. Echter, dit is puur om gewichtsbesparende redenen, aerodynamisch maakt het geen meetbaar verschil. (Bron: verschillende F1 teams)
In de F1 zit het verschil in 2 zaken: er blijft minder troep (rubber) aan plakken én de laklaag weegt minder.

[Theo Mol]

Bij schepen is de maximale snelheid afhankelijk van de waterlijnlengte. Bestaat er iets dergelijks voor voorwerpen die zich door de lucht verplaatsen?

Waterlijn ... de meeste schepen hebben er een en dat betekent dat ze deels boven water uitsteken. Een velomobiel is misschien beter te vergelijken met een onderzeeër want die beweegt zich ook door één medium. Wat zouden de beste verhoudingen zijn? En zouden we daar iets aan hebben want een duikboot heeft dan weer geen last van zijwind (waarschijnlijk)?

[amararock]

Waarschijnlijk klopt dat beter. Zijstroming zal een duikboot wel last van kunnen hebben en wervelingen in het water wil een ondrrzeeer niet veroorzaken voor zowel geluid als snelheid. Denk alleen dat je water niet 1 op 1 kunt inwisselen voor lucht.

[PietV*]

Spiegelglad poetsen geeft ook een licht nadeel. Dat zorgt voor "kleven" van de luchtstroom. Een matte lak houdt een zeer dun laagje lucht vast, dat een smering lucht op lucht geeft.

Dit doen ze ook sinds een tiental jaar op Formule 1 auto's, die waren voorheen tot in de puntjes glimmend glad maar gebruiken nu matte lak. Echter, dit is puur om gewichtsbesparende redenen, aerodynamisch maakt het geen meetbaar verschil. (Bron: verschillende F1 teams)
In de F1 zit het verschil in 2 zaken: er blijft minder troep (rubber) aan plakken én de laklaag weegt minder.

De F1 is een wisselend voorbeeld. Dus Ja en nee. De bolide moet, inclusief rijder. minimaal 752 kg wegen. Vaak moet ballast worden meegenomen.
De luchtweerstand neemt kwadratisch toe met de snelheid en is zeer groot bij een F! bolide door de down force van de wigvorm onderzijde auto en de vóór - achtervleugels die gigantische wervelingen veroorzaken. Het verschil in het soort verf op de weerstand van een F1 is daarvan een fractie van 0,1%

[365cycle]

Volgens de site velofilie is die verhouding groter.  Breedte : lengte 1 op 4 tot 1 op 5. Nadeel van de verhouding 1 op 5 is de zijwind gevoeligheid en de toename van de massa.

Klopt. Die zijwindgevoeligheid is nog wel enigszins tegen te gaan, o.a. door het achterwiel niet helemaal achteraan te doen (even uitgaand van een delta-trike). Zijwind zorgt er dan ook voor dat de fiets een beetje gaat draaien met van bovenaf gezien het middenpunt van achterwiel als draaipunt. M.a.w.: Wind van rechts = fiets stuurt een beetje naar links. Met de juiste verhoudingen heft het effect van beide zich dan zo'n beetje op voor wat betreft de richting. De oudste Quest is hier erg goed in, moeilijk om er echt hard mee te rijden maar bij stevige wind vond ik 'm heerlijk rustig. Tot zo'n beetje het punt dat je omver geblazen wordt, denk ik.

Met een driewieler moet je echter ook de hoek om kunnen en daar is een beetje spoorbreedte wel prettig voor.
 

Spiegelglad poetsen geeft ook een licht nadeel. Dat zorgt voor "kleven" van de luchtstroom. Een matte lak houdt een zeer dun laagje lucht vast, dat een smering lucht op lucht geeft. Denk maar een een golfbal. Die matte lak geldt ook voor wedstrijdboten en vliegtuigen.

Klopt ook, maar er is volgens mij nog steeds discussie over wat nou het snelst is. Er is overigens ook wielerkleding (m.n. voor tijdrijders en sprinters) die met deze techniek werkt: gladde kleding met miniscule bolletjes om de stroomlijn iets te verbeteren.

[PietV*]

Bij een schip heb je te maken met de rompsnelheid. Daar worden schepen op ontworpen. Die rompsnelheid geldt ook voor duikboten, maar wordt anders berekend.
Bij grote en lange containerschepen wordt het schip ook getrimd met ballast. Aan de kade ligt de voorzijde circa 1 meter dieper dan de achterzijde, omdat varend de boeggolf liftend is en de achterzijde varend zakt. Bovendien komt de vlakke of stompe achterzijde van het schip niet in het water. Water is 833 keer zwaarder dan lucht.

Een voorbeeld van rompsnelheid. 
https://www.dajaks.nl/cgi-bin/dajaks.pl?...bootlengte.

[ThijsR]

Spiegelglad poetsen geeft ook een licht nadeel. Dat zorgt voor "kleven" van de luchtstroom. Een matte lak houdt een zeer dun laagje lucht vast, dat een smering lucht op lucht geeft.

Dit doen ze ook sinds een tiental jaar op Formule 1 auto's, die waren voorheen tot in de puntjes glimmend glad maar gebruiken nu matte lak. Echter, dit is puur om gewichtsbesparende redenen, aerodynamisch maakt het geen meetbaar verschil. (Bron: verschillende F1 teams)
In de F1 zit het verschil in 2 zaken: er blijft minder troep (rubber) aan plakken én de laklaag weegt minder.

De F1 is een wisselend voorbeeld. Dus Ja en nee. De bolide moet, inclusief rijder. minimaal 752 kg wegen. Vaak moet ballast worden meegenomen.
De luchtweerstand neemt kwadratisch toe met de snelheid en is zeer groot bij een F! bolide door de down force van de wigvorm onderzijde auto en de vóór - achtervleugels die gigantische wervelingen veroorzaken. Het verschil in het soort verf op de weerstand van een F1 is daarvan een fractie van 0,1%

Nee, er is geen meetbaar verschil. Zoals ik al zei. Wisselend voorbeeld? Waar heb je het over? F1 is altijd bezig met het zoeken van elke fractie winst en bereid daar vele miljoenen in te steken.
Als bij 300+ km/u geen verschil in luchtweerstand te meten is, met de best mogelijke meetapparatuur, tussen een matte of gladde laklaag, dan is het op 50 km/u al helemaal niks. Het verschil zit, aldus de teams, simpelweg in het gewicht.

[PietV*]

Een F1 bolide wordt afgesteld op het te rijden circuit. Ook de afstelling down force m.b.t. de te nemen bochten. Afstelling op de coureur etc. Achterin ligt een motor van circa 1.000 pk of iets meer. Dat is 5.000 keer meer dan de gemiddelde ligfietser levert. Wie kan zich bij de F1 druk maken om een klein beetje weerstand van de verflaag t.o.v. de enorme turbulentie door down force?
Bij wedstrijdboten door menskracht voortbewogen kan die verflaag met 1 of meer seconden verschil zorgen voor plaats 1 en 2

[Jeroen S]

Water is veel dichter, zwaarder dan lucht. Daardoor is het bij fietsen wat minder extreem. Verder gaat het niet alleen om de romplengte, maar ook om de oppervlakte van die romp, wat in het engels Wetted Surface genoemd wordt. Dat zie je bijvoorbeeld bij aparte stroomlijnen voor "los" staande wielen, bij 3 wielige stroomlijners. Dan zit er in de hoofdvorm een oppervlakte ongeveer zo groot als een wiel, vervolgens nog de oppervlakte zo groot als het wiel zelf aan beide kanten van het wiel. Zelfs als je alle eventuele wervelingen en dergelijke tussen losse wielen en hoofdvorm negeert, heb je dan nog een wetted surface die 2/3 wieloppervlak groter is dan bij het wiel in de zijkant van de stroomlijn. Daarom zijn die dus niet zo snel.

Een langere vorm kan aerodynamisch beter zijn, maar dat brengt dan weer nadelen met zich mee, als het gaat om zijwindgevoelligheid. Theo van Andel reed ooit Parijs Amsterdam op een tweewieler met een heeeele lange stroomlijnkuip. dat ding ging volgens mij over de 3 meter lengte heen.

De totale luchtweerstand is een optelsom van meerdere dingen. De afmeting van het frontaal oppervlak, de gladheid van de vorm, hoe aerodynamisch is die?, en de wetted surface. Als slechts 1 van de ingredienten goed is maar de andere niet, dan wordt het toch niks. Verder moet er ook nog en rijder in te frutselen zijn. Als je de Overzealous record trikes bekijkt, daar wil je echt geen dag in zitten. Of mee naar je werk fietsen door de stad.

Die verhoudingen zijn voor mij helemaal niet relevant. Het gaat om de kleinst mogelijke vorm waarin je de rijder en de relevante onderdelen kwijt kan. En dan moet die rijder nog kunnen trappen, een beetje sturen, over de neus van de stroomlijn kunnen kijken en ademhalen is ook wel fijn.

Er wordt zeer veel aan aerodynamica gedaan in de formule 1, maar die dingen zijn nu niet bepaald het optimum als je met zeer weinig energie zo snel mogelijk wilt gaan, of zo ver mogelijk wilt komen. Dan kun je beter kijken naar die voertuigen uit die wedstrijden, hoever kom ik met 1 liter benzine?

[Bacchus]

Er wordt zeer veel aan aerodynamica gedaan in de formule 1, maar die dingen zijn nu niet bepaald het optimum als je met zeer weinig energie zo snel mogelijk wilt gaan, of zo ver mogelijk wilt komen. Dan kun je beter kijken naar die voertuigen uit die wedstrijden, hoever kom ik met 1 liter benzine?

Eenvoudig gezegd wordt een moderne Formule-1-auto hoofdzakelijk ontworpen op "zo hard mogelijk door de bocht te gaan". De aerodynamica moet daarbij helpen door zo veel mogelijk druk op de wielen te geven, "downforce". Genoeg zelfs om een Formule-1-auto op snelheid ondersteboven tegen een plafond te laten rijden. De prijs die je daarvoor betaalt is een belachelijk grote geïnduceerde weerstand.

Die laatste van je is wel heel interessant: Guiness World Records registreert dat record en zie: de recordhouder lijkt wel héél veel op een velomobiel.

[365cycle]

Theo van Andel reed ooit Parijs Amsterdam op een tweewieler met een heeeele lange stroomlijnkuip. dat ding ging volgens mij over de 3 meter lengte heen.

Zijwindgevoeligheid is vooral een probleem op een tweewieler. Ik heb weleens een poging gedaan met een gestroomlijnde tweewieler, als je denkt dat je in een driewielige velomobiel last hebt van de wind, nou... het voelde in die tweewieler als windkracht 9 in de Milan maar in werkelijkheid was het misschien 3 beaufort.
Met een driewieler gaan er wat andere wetten meespelen, waardoor je wind van opzij kan "gebruiken" om zichzelf tegen te werken, en dat heeft te maken met hoe we sturen. Laten we daar even beginnen - stel, we willen naar links:

- driewieler: draai je tiller naar links (niet te wild, want dan heb je ineens een tweewieler);
- tweewieler: draai je stuur naar rechts. Hierdoor val je een beetje naar links, waarna je de bocht in gaat, en naar links gaat sturen om dat onder controle te houden. In onderstaande video wordt dat mooi weergegeven.

Als we nu rechtdoor willen, en het waait hard van rechts, dan blaast die wind onze beide velomobielen dus naar links; dit moeten we corrigeren om rechtdoor te gaan.

Een goede stroomlijn is vaak ook lang; er zit dus een stuk overhang na het achterwiel, en daar blaast dus óók wind tegenaan. Met van boven gezien het midden van je achterwiel als scharnierpunt, zorgt die wind ervoor dat de neus van de velomobiel naar rechts wil. Bij de tweewieler zal dat het gevolg hebben dat hij naar links wil vallen; behalve dat je naar links geblazen wordt, wordt je zwaartepunt ook nog eens links van je "pad" gelegd; je moet dus een stuurcorrectie uitvoeren. Een driewielige velomobiel met een juist ontworpen staart (bijvoorbeeld de Milan of de Quest) wordt er echter rustiger van; er komt iets meer druk op het linkervoorwiel, maar de fiets corrigeert zichzelf. De Mango, DF en Alpha 7 zijn aan de achterkant veel korter, en dat is onderdeel van wat ze zijwindgevoeliger maakt.

[Jeroen S]

De moderne Velomobielen zitten al heel dicht tegen het optimum aan. De Milan SL en de Snoek volgen daarbij de route van het minimaliseren van het frontaaloppervlak, bij een zeer goede aerodynamische vorm.

De laatste creaties van Daniel Fenn zijn een flink stuk groter, waarbij er naar mijn idee vooral ook veel aandacht is voor een vorm die de minste weerstand oplevert. Ergens op het Velomobilforum zag ik ook wat foto's van de onderkant die niet alleen vlak is. Vooral rond de openingen van de voorwielen zag ik ook wat vormen. Die velomobielen zijn in alle richtingen vrij groot, breed en een erg hoge neus. Ruimte zat voor 170mm chranks en maatje 46. Alleen de lengte is nagenoeg onveranderd.

Als ik zo eens wat velomobielen grof uitreken kom ik op 3,3 tot 3,9. Zou je een 70 cm brede velomobiel met een lengte-breedte verhouding van 5 maken zit je aan 350cm. Dat is nog zo'n 65 cm langer dan een Quest. Dat levert een hele boel extra oppervlak op, extra wetted surface en extra druk bij zijwind. Ook wordt de fiets er dan niet gebruiksvriendelijker op vermoed ik.

Ook die BM fietsen zijn over het algemeen erg kort. Alle echt snelle fietsen zijn lage racers, met een korte wielbasis, waarbij de rijder met de benen om het voorwiel zit.

De optimale lengte-breedte verhouding is maar 1 onderdeeltje in het geheel. Door te veel op 1 onderdeel te focussen, mis je het totale plaatje. Zonder tomaten maak je geen tomatensoep, maar met alleen tomaten gaat het ook niet lukken.

[PietV*]

Een ligfiets is beperkt te vergelijken met een schip. Een schip kent geen rolweerstand.De fiets geen golfweerstand.
Onderwater is er wrijvingsweerstand en restweerstand. De restweerstand met de componenten druk of vormweerstand en de golfweerstand. Bovenwater komt daar de luchtweerstand er bij.

Over de vorm of stroomlijn van velomobielen het volgende. De effectieve lengte van een velomobiel is vaak langer dan de feitelijke lengte. De "staart" van het velomobiel is vaak ingekort en komt niet in een vouw samen. Het vlak aan de achterzijde is geen verticale lijn, maar een afronding, waarbij onderdruk, zuiging of zog zoveel mogelijk wordt voorkomen.
Vele velomobielen halen hiermee effectief de ideale breedte/lengteverhouding van meer dan 1 op 4.