BoCycle

BoCycle

vrijdag 25 september 2015

Ligfiets is 15% sneller

Een open ligfiets gaat 15% sneller dan een bukfiets. Een velomobiel gaat zelfs 58% sneller...

Weinig luchtweerstand
De grafiek laat zien hoe snel je fietst met een racefiets, een open ligfiets en een velomobiel, bij diverse vermogens. En dan blijkt dat de ligfiets 15% sneller gaat en de velomobiel zelfs 58%. Dit verschil is volledig toe te schrijven aan de luchtweerstand, die voor ligfietsen veel kleiner is dan voor bukfietsen. En de gestroomlijnde velomobielen hebben een nog kleinere luchtweerstand. Bij lagere vermogens (en dus lagere snelheden) is het voordeel van ligfietsers minder, omdat dan de rolweerstand in verhouding een steeds groter deel van het geleverde vermogen opsoupeert. De rolweerstand is van elke fiets onafhankelijk van de snelheid. Het te leveren vermogen om de luchtweerstand te overwinnen neemt echter toe met de snelheid tot de derde macht. Bij oneindige snelheid is het aandeel van de rolweerstand verwaarloosbaar en nadert het voordeel van ligfiets en velomobiel de asymptoot 17% resp. 77%.

Klimmen
Heuvelop moet er ook klimweerstand worden geleverd en die overheerst al snel de luchtweerstand. Het voordeel van de ligfiets ten opzichte van de bukfiets wordt dan al snel minder. De grafiek laat zien hoeveel voordeel er nog over is bij het beklimmen van een helling van 1%, 2% resp. 3%. Bij een helling van 3% is er nog maar 4% over van het voordeel van de ligfietser.

Rekenprogramma
De grafieken zijn gebaseerd op berekeningen. Deze zijn gemaakt met Bocycles rekenprogramma. Een ander bekend rekenprogramma is Kreutzotter, dat vergelijkbare resultaten geeft.

9 opmerkingen:

Kees van Malssen, voorzitter ligfietsvereniging NVHPV zei

Leuke grafieken, maar je zult je programma toch iets moeten aanpassen. De bukker is hier te langzaam, de ligger te snel: ik kan je de vermogensgrafiek laten zien van 5 juli 2015, waar ik op een bukfiets 180 km fietste, met gemiddeld 179 watt en een gemiddelde snelheid van 33.5 km/h.

Op CV Sloten (2008 / 2009) uursrace: 38 km op bukker, 51 km in Quest. Vergelijkbare inspanning, vergelijkbare omstandigheden. Een respectabele 34% sneller, maar ver weg van de 58% die je noemt.

Piet zei

Een model blijft natuurlijk altijd een benadering van de weerbarstige werkelijkheid. Een open ligger scoort vaak niet zo goed op het gebied van vormweerstand (b.v. zijwind) en kan dan zelfs langzamer zijn dan een buk-racefiets. De M5 vermogenstabellen zijn om die reden m.i. ook te optimistisch, net zoals het opgegeven brandstof verbruik van autofabrikanten.

Quezzzt zei

Gerrit gaat natuurlijk wel uit van een zeer lange en continue klim. Zoals op bergwegen in het buitenland. Het zal allemaal zeker kloppen.

In prakijk tegen bruggen en viaducten in Nederland ligt het wel wat anders. Daar kun je de massa(traagheid) van een velomobiel en diens lagerere luchtweerstand uitspelen. Voordat je snelheid echt gevoelig naar beneden gaat kun je al boven zijn en met gemak wielrenners stijgend inhalen. Pas onder de 20 km/u krijgen de bukkers voordeel en krijg je het in een oudere/zwaardere velomobiel zwaar....todat het naar beneden gaat uiteraard, en je je massa en luchtweerstand weer kunt uitspelen en ze voorgoed achter je laat.

Misschien een beetje off topic, maar met treinen - die op velobielen lijken in de zin van zeer geringe rolweerstand, hoge massa en in verhouding tot de massa zeer gering frontaal oppervlak - werkt dat nog nadrukkelijker zo. Als je de motoren uitschakeld voor de klim tegen een spoorbrug zal door massatraagheid amper snelheidsdaling optreden. Het is alsof een reuzenkracht je gewoon omhoog drukt. De trein gaat pas reageren als ie allang op het hoogste punt is. Het is perfect mogelijk onderaan de helling, een aantal kilometer verder dus, bijna weer even snel te rijden als voor de helling, zonder tussentijds toegevoerde energie.

Ik wil daarmee alleen maar aangeven dat massa pas nadelig begint te worden voor een voertuig met stroomlijn en hogere massa als de klim langer is en lang aanhoudt. En dat is vooral in het buitenland interessant maar niet zo in ons Nederland. En langdurig klimmen is natuurlijk wel Gerrit zijn interessegebied :-))

BoCycle zei

Kees,
Ik heb jouw gegevens ook in Kreutzotter geverifieerd. En inderdaad Kreutzotter ligt dichter bij jouw ervaringsijfers dan Bocycles rekenprogramma. Namelijk op bukfiets 31,2 km/h bij 179 Watt. En bij 38 km/h op een bukfiets lever je 305 Watt; met dat vermogen rijdt de Quest 53,9 km/h (42% sneller). Ik zal de diverse brongegevens nog eens analyseren.


Beste Piet,
Inderdaad een model is een benadering van de werkelijkheid. Je kunt er echter wel van op aan dat Bocycle zich verre heeft gehouden van praktijken die Volkswagen heeft toegepast ;-)

BoCycle zei

Quezzzt,
Interessant dat je massatraagheid in deze beschouding betrekt. Als je een brug oprijdt met 40km/h en je komt met 35 km/h boven en de helling is 2% dan moet je deze klim circa 133.000 Joule aan energie leveren (circa 32 kcal). De kynetische energie van de Quest met zijn berijder heeft hier circa 1.600 Joule aan bijgedragen, ofwel zo'n 1,2%. Die massatraagheid van die Quest met berijder helpt dus maar een fractie om die heuvel op te klimmen.

Kees van Malssen, voorzitter ligfietsvereniging NVHPV zei

Gerrit, nog even over die E-kin. Hoeveel energie een klim je kost hangt eigenlijk alleen maar van het hoogteverschil af. Om 133000 Joule aan energie te "kosten" moet je een massa van 100 kg (rekent makkelijk) 133 meter omhoog brengen. Ongeacht of dat met 2% of met 12% helling gebeurt. Voor een viaduct of zo hebben we het hooguit over 15 meter (dus 15000 Joule).

Een VM met 40 km/h heeft 6172 Joule. Bij 35 km/h is daar nog 4726 van over.
Met 2% leg je 50*15=750 meter af om boven te komen. Daar doe je 75 seconden over. Voor de hoogte heb je 15000 J nodig, waarvan zo'n 10% uit de E-kin komt. In 75 seconden moet dus (15000-1445) = 13554 J geleverd worden = 180 watt. Bovenop de ca 120 watt voor lucht en rolweerstand. Dus even een dikke minuut aan de 300 watt en je bent boven.

Reinier Gerritsen zei

Mijn ervaring zegt dat een hoge beginsnelheid zeker wel helpt, veel meer dan die 1.2%. Wat niet in formules is te vatten, is de motivatie om hard door te rijden als je met 50 km/h aan een viaduct begint. Ook omdat je weet dat het dan niet zo lang duurt en je maar even in het rood hoeft te rijden. Begin je langzamer, dan moet je ook een beetje sparen omdat je langer aan het klimmen bent.
Mijn quest en ik wegen samen ca 130 kg. Een viaduct van zeg 10m hoogteverschil betekent dat je op het hoogste punt een potentiele energie hebt opgebouwd van E=m*g*h=130*10*10=13000 Joule.
Kinetische erergie (E=0.5*m*v^2) die vrij komt als je van 40 km/u (11.11 m/s) naar 35 km/h (9.72 m/s) gaat is E(40)-E(35) = 0.5*130*11.11^2 - 0.5*130*9.72^2 = 1880 Joule.
Ofwel ruim 14&. Ik denk dat de meeste viaducten lager dan 10m zijn, dan wordt het percentage nog groter.
Nu ben ik maar een "middelbare school" natuurkundige met kennis die al ruim 30 jaar aan het roesten is, ik hoor graag waar ik eventueel de fout in ben gegaan!

Reinier Gerritsen zei

Ik zie dat Kees gelijk met mij aan het rekenen is geslagen. Onze uitkomsten komen aardig overeen 14% bij mij en 10% bij Kees (ik heb een zwaardere fiets...)

BoCycle zei

Kees en Reinier,

Oeps. Goed dat jullie mij even hebben nagerekend. Ik heb in Bocycles rekenprogramma abusievelijk 45 minuten klimmen ingevuld ipv 45 seconden. Dat verklaart de mega-verschillen.