تكنولوجيا ألواح التجديف القابلة للنفخ: تطبيق الفيزياء على شكل لوح SUP

كرياضة شابة نسبيًا، نمت رياضة التجديف واقفًا بسرعة في العقد الماضي وتطورت تكنولوجيا ألواح التجديف القابلة للنفخ جنبًا إلى جنب معها. يمكن رؤية ألواح SUP في المجاري المائية حول العالم وتأتي بأشكال وأحجام وبُنى متنوعة. هذه الاختلافات ليست سطحية فقط؛ بل تلعب دورًا مهمًا عندما يتعلق الأمر بتجربة المجدف في الماء.

لكن كيف نعرف بالتأكيد ما الذي يجعل اللوح أسرع؟ ما الذي يؤثر حقًا على حركة اللوح في الماء؟ هناك طرق يمكننا من خلالها دراسة وقياس أداء اللوح. لهذا، طبق فريق البحث والتطوير لدينا فرعًا من الفيزياء يُسمى الديناميكا الحاسوبية للسوائل (CFD). بمساعدة CFD، تمكنوا من الحصول على فهم علمي أكثر لأداء لوح التجديف. استعدوا لبعض علوم SUP 101!

نموذج SUP ممسوح ضوئياً ثلاثي الأبعاد لمحاكاة CFD

تكنولوجيا ألواح التجديف القابلة للنفخ: تفكيك العلم

فما هو CFD؟ إنها تقنية تُستخدم لدراسة فيزياء حركة السوائل. تستخدم الأرقام والبيانات لتحليل وحل المشكلات المتعلقة بتدفق السوائل، في هذه الحالة الماء حول لوح التجديف. ببساطة، مع تحرك لوح التجديف في الماء، يتأثر أداؤه بإزاحة الماء التي يسببها.

لقياس هذا التأثير، يتم تشغيل محاكاة CFD باستخدام ملف تصميم بمساعدة الحاسوب (CAD). تُظهر نتائج المحاكاة الخصائص الفيزيائية مثل السرعة والضغط التي يمكن استخدامها لتقييم أداء اللوح. على سبيل المثال، من خلال تحليل خطوط التيار، يمكننا رؤية كيف يمكن تحسين مجال التدفق حول اللوح وشكل اللوح (أو تصميمه) لتقليل المقاومة والاحتكاك. تم استخدام هذه التقنية على نطاق واسع في صناعات مثل السيارات والطيران وحتى السلع الرياضية!

خطوط التيار حول لوح SUP في محاكاة CFD

يا لها من مقاومة!

أجرى فريقنا سلسلة من محاكيات CFD على Waterwalker 126. تُظهر الصورة أعلاه خطوط التيار حول اللوح. تمثل منحنيات خطوط التيار سرعة التدفق المحلية. كما ترى، يتوقف التدفق عند مقدمة اللوح ثم يتسارع على طول الحافة، التي تنفصل في النهاية عند الذيل. هذا يخلق مقاومة على اللوح، والتي تحدث عندما يلامس جسم صلب (اللوح) سائلاً (الماء).

هناك نوعان رئيسيان من المقاومة التي يواجهها لوح التجديف عند الحركة في الماء. أحدهما يسمى مقاومة الضغط، والآخر يسمى مقاومة القص. بينما كلاهما ناتج عن حركة اللوح في الماء، إلا أن لهما أسباب وتأثيرات مختلفة.

صور CAD تظهر الضغط العالي والمنخفض عند الأنف والذيل

مقاومة الضغط

مقاومة الضغط تأتي من فرق الضغط بين أنف وذيل اللوح. عندما تجدف، يتم دفع الماء أمام اللوح للأمام، وفي المقابل، يحاول الماء دفع اللوح للخلف. هذا التفاعل يخلق ضغطًا نسبيًا عاليًا عند الأنف.

في نفس الوقت، أثناء تحرك اللوح للأمام، يتكون منطقة ضغط منخفض عند الذيل، ويتم سحب الماء لملء المنطقة. الفرق بين الضغط العالي عند الأنف والضغط المنخفض عند الذيل يشكل مقاومة الضغط، وهي تعمل على مقاومة حركة اللوح للأمام. لهذا السبب تكون ألواح السباق ذات أنوف حادة وذيول ضيقة، بحيث يكون فرق الضغط أصغر بين الأنف والذيل، وبالتالي تقليل مقاومة الضغط.

صورة CAD تظهر إجهاد القص على قاع لوح التجديف

مقاومة القص

مقاومة القص، التي تأتي أيضًا من الحركة النسبية، لا تعتمد على فرق الضغط بين الأنف والذيل. بدلاً من ذلك، تعتمد على المقاومة على سطح اللوح وتؤثر على الأجزاء التي تلامس الماء، وهي الحواف وقاع اللوح.

عندما يتحرك اللوح في الماء، يلتصق طبقة رقيقة جدًا من السائل بسطح اللوح مسببة إجهاد قصي يبطئ اللوح. المقاومة الناتجة عن هذا الإجهاد القصي هي مقاومة القص. لهذا السبب تكون ألواح السباق أضيق وأكثر انسيابية، حيث تساعد هذه الميزات على تقليل التلامس مع الماء وبالتالي تقليل مقاومة القص.

رسوم بيانية توضح تأثيرات السرعة والزاوية على أنواع مختلفة من المقاومة

كيف تؤثر العوامل الأخرى على المقاومة

السرعة

بجانب تصميم شكل SUP، تؤثر ظروف التجديف أيضًا على مقدار مقاومة الضغط ومقاومة القص. في دراستنا، بحثنا تأثير سرعة زاوية لوح SUP. كل من مقاومة الضغط ومقاومة القص مرتبطتان بسرعة اللوح في الماء. فكلما زادت سرعتك، زادت المقاومة. ومع ذلك، تتصرف نوعا المقاومة بشكل مختلف عند سرعات مختلفة. تبدأ مقاومة الضغط صغيرة، ثم تزداد بشكل أكبر مع سرعة اللوح مقارنة بمقاومة القص، حيث يكون التأثير أكثر تدريجيًا.

الزاوية

زاوية اللوح تتأثر بمكان وقوف المتجدف على اللوح. كلما وقفت أبعد إلى الخلف على لوح التجديف الخاص بك، ارتفع الأنف أكثر من الماء، مما يخلق زاوية هجوم أكبر. كلما زادت زاوية الهجوم، زاد سحب الضغط، بينما يقل سحب القص بسبب قلة سطح التلامس في الماء.

زعانف

هناك أيضًا أنواع أخرى من السحب. السحب الناتج عن الزعانف هو أحدها. تلعب الزعانف دورًا مهمًا في التحكم في اتجاه اللوح. وعلى الرغم من أنها قد تبدو جزءًا صغيرًا نسبيًا من اللوح، إلا أن الزعنفة تسبب سحبًا ملحوظًا. في دراستنا، وجدنا أنه عند السرعات المنخفضة، كان السحب الناتج عن الزعانف أكثر أهمية. ومع زيادة سرعة اللوح، تقل السحب الناتجة عن الزعانف. عوامل مثل ترتيب الزعانف وأشكالها تلعب دورًا في تحديد السحب، وبالتالي هناك إمكانية لتحسين ترتيب وأشكال الزعانف.

ألواح أفضل من خلال العلم

فماذا تخبرنا كل هذه النتائج؟ في النهاية، نحن نقيس كيف يمكن تحسين شكل اللوح وعوامل أخرى لتقليل السحب. السحب يؤثر بالتأكيد على أداء اللوح واستمتاعك على الماء من خلال إبطائك وجعلك تبذل جهدًا أكبر. من خلال فهم المناطق التي تسبب السحب وبأي كميات، يمكننا تحسين تصاميمنا لتقليل السحب، وزيادة الثبات والانزلاق، ومنحك أفضل تجربة SUP على الماء!

نحن دائمًا في المختبر نعمل بجد للحصول على أقصى استفادة من معداتنا وتطبيق الرؤى التي نكتشفها على تصاميم وأشكال ألواح التجديف الخاصة بنا. على الرغم من أنه قد يبدو أن الحل هو فقط إنشاء ألواح ضيقة بأنف وذيل مدبب لتقليل السحب، إلا أن التفاعل المعقد لعوامل مثل الثبات، والحجم، والاستخدام المقصود، يجب أن يؤخذ في الاعتبار. ترقب المزيد من المنشورات التقنية مثل هذا في المستقبل.

كلما فهمنا بشكل أفضل أين وكيف يؤثر السحب على لوح التجديف الوقوف (SUP) في الماء، أصبحنا أفضل في تقديم المزيج المثالي من الأداء والثبات لأي نشاط أو استخدام للوح التجديف. بمساعدة CFD، يمكننا إنشاء نماذج أكثر دقة، وإجراء اختبارات أكثر صلة، والوصول إلى استنتاجات أكثر تأثيرًا. مع هذه التقنيات المحسنة كجزء من عملية البحث والتطوير لدينا، نحن متحمسون لدفع الرياضة إلى الأمام!

لنعيد صياغة كلام شخصية مات ديمون في فيلم المريخي، "في مواجهة الاحتمالات الساحقة، لم يتبقَ أمامنا سوى خيار واحد. علينا أن نستخدم العلم بكل قوتنا."