Liever de lucht in met een waterfiets

Bij de kampioenschappen waterfietsen op het Schildmeer bij Steendam, vorige week, waren maar liefst twee draagvleugelwaterfietsen te zien: een vierpersoons van Nederlandse makelij en een tweepersoons uit Zweden. Het Zweedse vaartuig won alle onderdelen 100 en 400 meter rechtuit en 150 meter slalom op zijn sloffen. De Nederlandse vier had met pech te kampen, maar haalde desondanks twee keer het podium. Een dag later kwam tijdens de Ronde van Appingedam nog een Nederlands eenpersoons model aan de start. Vijftig meter verder ging de berijder kopje onder. De vaartuigen verkeren nog inontwikkeling. 'Volgens ons zijn we de enigen ter wereld met een vierpersoons', zegt Joost List, ontwerper van het door studenten van de Technische Universiteit Delft en de Haagse Hogeschool gebouwde vaartuig. Een vriendvan hem vroeg met een artikel over vaartuigen op spierkracht uit Scientific American (december 1986) in de hand of een dergelijk vaartuig ook voor vier personen te bouwen was. Student lucht- en ruimtevaart List pakte een A-viertje en rekende wat: 'Daar kwam uit datje 250 watt per persoon zou moeten leveren om hem aan het vliegen tekrijgen. Dat moest kunnen, als de boot niet te zwaar werd en de vleugel goed gemaakt kon worden.' Vliegen? Jazeker, zo heet dat wanneer de romp van een draagvleugelboot uit het water komt. Het ziet er spectaculair uit, maar het is gewoon natuurkunde. Het gaat om het evenwicht tussen neerwaartse en opwaartse kracht. De neerwaartse kracht die op een vaartuig werkt is het gewicht. Normaal gesproken bestaat de opwaartse kracht, zoals Archimedes zegt, uit het gewicht van het water dat de romp verplaatst. Door beweging kan de opwaartse kracht worden vergroot. Dynamische lift. Men ziet dat bij een planerende zeil- of motorboot. Zo'n boot vaart eigenlijk meer op dan in het water. Spierkracht is echter niet toereikend om een waterfiets in planee tekrijgen.

Maar er is een andere middel om meer dynamische lift te verkrijgen: een draagvleugel. Dat is een vleugel die zich onder water dwars op de vaarrichting bevindt. Zoals een vliegtuigvleugel een vliegtuig draagt, zo kan een goede draagvleugel een bewegend schip uit het water tillen waarna, dank zij verminderde weerstand, een hoge snelheid kan worden bereikt.

Toepassing van draagvleugels, bij voorbeeld bij snelle veerboten, is al tientallen jaren oud, maar bij op spierkracht aangedreven vaartuigenis het nieuw. In het genoemde artikel uit Scientific American wordt beschreven hoe men met de eenpersoons draagvleugelwaterfiets Flying Fish II een snelheid van 24 kilometer per uur bereikte en het wereldrecord voor skiffs over tweeduizend meter aan diggelen voer.

Ook List wilde de strijd aangaan met traditionele wedstrijdroeiboten. Hij ontwierp de vierpersoons draagvleugelwaterfiets 'Veleau' om er de Ringvaartregatta mee te winnen. Een roeiwedstrijd over honderd kilometer van De Kaag naar Delft. Het record staat op zeseneenhalf uur en is in handen van een acht. Met de waterfiets moest het een uur sneller kunnen.

De eerste vraag die de ontwerper moest beantwoorden was: hoe zet je vier man neer, twee aan twee of vier op een rij? List koos voor een opstelling waarbij twee tweetallen rug aan rug zitten. Veel keek hij af van de Flying Fish.

Een draagvleugel kan zowel V-vormig zijn als vlak. Een V-vormige vleugel levert een stabieler vaartuig, maar heeft een lager rendement dan een vlakke vleugel. List koos voor een vlakke vleugel en nam de instabiliteit voor lief: 'Instabiliteit is goed te corrigeren, ook in vliegtuigen. Op een simulator het ik zelf ook met instabiele vliegtuigen gevlogen. De stabiliteit moet dan uit het sturen komen. Hoe je moet sturen hebben we pas ontdekt toen we gingen varen: je moet hem gewoon onder je sturen, net als een fiets.'

Het werd een hele lange dunne vleugel van hout (rode ceder), versterkt met koolstof.

Een vleugel ontwerpen is voor een vliegtuigbouwer natuurlijk gesneden koek. 'Vliegen' door water gaat net als vliegen door de lucht. Er gelden dezelfde wetten. Een romp maken is een ander vak. List koos na overleg met enkele studenten maritieme techniek voor een dubbeleromp: een catamaran-constructie. Die heeft weinig golfweerstand. De rompen zijn van glasvezel.

Voor het verbindende frame zou aluminium of een koolstofvezel, lichten sterk, ideaal geweest zijn. Maar het is duur en moeilijk te verwerken. Staal is goedkoop en je kan het gewoon lassen. Uiteindelijk weegt het hele frame toch maar zeventien kilo. Het is opgebouwd uit vierkante buizen van tien bij tien millimeter met een wanddikte van een millimeter.

Gezien de kosten zocht het ontwerpteam per brief naar sponsors. Die waren er binnen anderhalve dag: kunststofbedrijf Fluorplast bood het hele bedrag van zesduizend gulden aan. Kort daarna deed fietsenfabrikant Batavus hetzelfde aanbod. De bouw begon.

De Veleau wordt voortgestuwd door twee schroeven, die meer lijken opvliegtuigpropellers dan op scheepsschroeven. Niet voor niets: scheepsschroeven leveren hun hoogste rendement bij een hoog toerental. Bij lage toerentallen is een schroef met lange bladen efficienter. List koos voor een diameter van 55 centimeter, uitgaande van een toerental van 230 toeren per minuut. Het vermogen dat met vier stel pedalen wordt opgewekt brengt hij op de schroeven over met fietskettingen die op weg naar beneden een kwart slag worden gedraaid. Een haakse overbrenging, bijvoorbeeld met conische tandwielen, zou eleganter zijn en minder ruimte kosten, maar is technisch moeilijk uitvoerbaar. De krachten die erop werken zijn zo groot dat zelfs hardstalen tandwielen het binnen de kortse keren opgeven.

Twee weken voor de ringvaartregatta was de Veleau klaar. Te laat om nog te kunnen meedoen, want er moest nog worden geoefend. Vooral sturen bleek niet zo eenvoudig. Maar dat heeft de bemanning inmiddels onder de knie. Verder is het een kwestie van heelhouden en doorfietsen. Beide zijn lastig. Tijdens een proefvaart aan de vooravond van de Europese kampioenschappen ging een schroef verloren. Zonder numerieke freesmachines bij de hand improviseerden de studenten 's nachts in een Noordgroningse trekkerwerkplaats een nieuw schroefblad. Zelfs met deze noodschroef lukte het om te vliegen. Met deze waterfiets halen de studenten nu een snelheid van vijftien tot achttien kilometer per uur. Als alles optimaal werkt hopen ze op de 400 meter eengemiddelde van 25 kilometer per uur te halen. Daarmee varen vier amateurs met een matige conditie elke door en door getrainde wedstrijd-acht eruit.