Aufblasbare Paddleboard-Technologie: Anwendung der Physik auf die Form von SUP-Boards

Als relativ junge Sportart ist Stand Up Paddleboarding in den letzten zehn Jahren schnell gewachsen, und die Technologie der aufblasbaren Paddleboards hat sich parallel dazu entwickelt. SUP-Boards sind weltweit auf Wasserwegen zu sehen und kommen in verschiedenen Formen, Größen und Konstruktionen vor. Diese Unterschiede sind nicht nur oberflächlich; sie spielen eine bedeutende Rolle für das Erlebnis des Paddlers im Wasser.

Aber wie wissen wir genau, was ein Board schneller macht? Was beeinflusst wirklich, wie sich ein Board im Wasser bewegt? Es gibt Möglichkeiten, die Leistung eines Boards zu untersuchen und zu messen. Dafür hat unser Forschungs- und Entwicklungsteam einen Zweig der Physik namens Computational Fluid Dynamics (CFD) angewandt. Mit Hilfe von CFD konnten sie ein wissenschaftlicheres Verständnis der Paddleboard-Leistung gewinnen. Machen Sie sich bereit für etwas SUP-Wissenschaft 101!

Ein 3D-gescanntes SUP-Modell für CFD-Simulation

Aufblasbare Paddleboard-Technologie: Die Wissenschaft dahinter erklärt

Was ist also CFD? Es ist eine Technik, die verwendet wird, um die Physik der Flüssigkeitsbewegung zu untersuchen. Sie nutzt Zahlen und Daten, um Probleme im Zusammenhang mit dem Fluss von Flüssigkeiten zu analysieren und zu lösen, in diesem Fall das Wasser um ein Paddleboard. Einfach ausgedrückt: Wenn sich ein Paddleboard im Wasser bewegt, wird seine Leistung durch die Verdrängung des Wassers beeinflusst, die es verursacht.

Um diese Auswirkung zu messen, wird eine CFD-Simulation mit einer Computer-Aided Design (oder CAD)-Datei durchgeführt. Die Ergebnisse der Simulation zeigen uns physikalische Eigenschaften wie Geschwindigkeit und Druck, die zur Bewertung der Leistung eines Boards verwendet werden können. Zum Beispiel können wir durch die Analyse der Stromlinien sehen, wie das Strömungsfeld um das Board und die Kontur eines Boards (oder die Form eines Boards) verbessert werden können, um den Widerstand und die Reibung zu verringern. Diese Technik wird in Branchen wie der Automobil-, Luftfahrt- und sogar der Sportartikelindustrie weit verbreitet eingesetzt!

Stromlinien um ein SUP-Board in einer CFD-Simulation

Was für ein Widerstand!

Unser Team führte eine Reihe von CFD-Simulationen am Waterwalker 126 durch. Das obige Bild zeigt die Stromlinien um das Board. Die Stromlinienkurven stellen die lokale Fließgeschwindigkeit dar. Wie Sie sehen können, stagniert der Fluss an der Spitze des Boards und beschleunigt dann entlang des Rails, das sich schließlich am Heck ablöst. Dies erzeugt Widerstand am Board, was passiert, wenn ein festes Objekt (das Board) mit einer Flüssigkeit (Wasser) in Kontakt kommt.

Es gibt zwei Hauptarten von Widerstand, die ein Paddleboard beim Bewegen im Wasser erfährt. Die eine wird Druckwiderstand genannt, die andere Scherwiderstand. Obwohl beide durch die Bewegung des Boards im Wasser verursacht werden, haben sie unterschiedliche Ursachen und Wirkungen.

CAD-Bilder, die hohen und niedrigen Druck am Bug und Heck zeigen

Druckwiderstand

Der Druckwiderstand entsteht durch den Druckunterschied zwischen Bug und Heck des Boards. Beim Paddeln wird das Wasser vor dem Board nach vorne gedrückt, und im Gegenzug versucht das Wasser, das Board nach hinten zu drücken. Diese Wechselwirkung erzeugt relativ hohen Druck am Bug.

Gleichzeitig wird beim Vorwärtsbewegen des Boards am Heck eine Niederdruckzone erzeugt, und Wasser wird angezogen, um den Bereich zu füllen. Der Unterschied zwischen dem hohen Druck am Bug und dem niedrigen Druck am Heck bildet den Druckwiderstand, der der Vorwärtsbewegung des Boards entgegenwirkt. Deshalb haben Rennboards scharfe Bugs und schmale Hecks, damit der Druckunterschied zwischen Bug und Heck kleiner ist und somit der Druckwiderstand reduziert wird.

CAD-Bild, das die Scherspannung an der Unterseite eines Paddleboards zeigt

Scherwiderstand

Der Scherwiderstand, der ebenfalls durch Relativbewegung entsteht, basiert nicht auf dem Druckunterschied zwischen Bug und Heck. Stattdessen beruht er auf dem Widerstand an der Oberfläche des Boards und betrifft die Teile des Boards, die mit Wasser in Kontakt sind, nämlich die Rails und die Unterseite des Boards.

Wenn sich das Board im Wasser bewegt, haftet eine sehr dünne Flüssigkeitsschicht an der Oberfläche des Boards, die Scherspannungen verursacht und das Board abbremst. Der durch diese Scherspannung verursachte Widerstand ist der Scherwiderstand. Deshalb sind Rennboards schmaler und stromlinienförmiger, da diese Merkmale helfen, den Kontakt mit dem Wasser zu minimieren und somit den Scherwiderstand zu reduzieren.

Diagramme, die die Auswirkungen von Geschwindigkeit und Winkel auf verschiedene Arten von Widerstand zeigen

Wie andere Faktoren den Widerstand beeinflussen

Geschwindigkeit

Neben dem SUP-Shape-Design beeinflussen auch die Paddelbedingungen das Ausmaß des Druckwiderstands und des Scherwiderstands. In unserer Studie haben wir den Einfluss der SUP-Board-Geschwindigkeit und des Winkels untersucht. Sowohl der Druckwiderstand als auch der Scherwiderstand hängen von der Geschwindigkeit des Boards im Wasser ab. Je schneller man fährt, desto größer ist der Widerstand. Die beiden Widerstandsarten verhalten sich jedoch bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten unterschiedlich. Der Druckwiderstand beginnt kleiner und nimmt dann mit der Geschwindigkeit des Boards stärker zu als der Scherwiderstand, bei dem der Effekt gradueller ist.

Winkel

Der Winkel eines Boards wird davon beeinflusst, wo der Paddler auf dem Board steht. Je weiter hinten du auf deinem Paddleboard stehst, desto mehr hebt sich die Nase aus dem Wasser und erzeugt einen größeren Anstellwinkel. Je größer der Anstellwinkel, desto mehr nimmt der Druckwiderstand zu, während der Scherwiderstand aufgrund der geringeren Kontaktfläche im Wasser abnimmt.

Flossen

Es gibt auch andere Arten von Widerstand. Der durch Finnen verursachte Widerstand ist eine davon. Finnen spielen eine wichtige Rolle bei der Steuerung der Richtung des Boards. Und obwohl sie relativ klein erscheinen mögen, verursachen die Finnen einen bemerkbaren Widerstand. In unserer Studie haben wir festgestellt, dass bei niedrigen Geschwindigkeiten der durch die Finnen verursachte Widerstand bedeutender war. Mit zunehmender Geschwindigkeit erzeugten die Finnen weniger Widerstand. Faktoren wie die Anordnung und Form der Finnen spielen eine Rolle bei der Bestimmung des Widerstands, sodass es Potenzial gibt, die Anordnung und Form der Finnen zu optimieren.

Bessere Boards durch Wissenschaft

Was sagen uns all diese Erkenntnisse? Letztendlich quantifizieren wir, wie die Kontur des Boards und andere Faktoren optimiert werden können, um den Widerstand zu verringern. Widerstand beeinflusst definitiv die Leistung eines Boards und dein Vergnügen auf dem Wasser, indem er dich verlangsamt und härter arbeiten lässt. Indem wir genau verstehen, welche Bereiche Widerstand erzeugen und in welchem Ausmaß, können wir unsere Designs besser optimieren, um den Widerstand zu reduzieren, die Stabilität und das Gleiten zu erhöhen und dir das beste SUP-Erlebnis auf dem Wasser zu bieten!

Wir sind immer im Labor und arbeiten hart daran, das Beste aus unserer Ausrüstung herauszuholen und die gewonnenen Erkenntnisse in die Designs und Formen unserer Paddleboards einfließen zu lassen. Obwohl es so scheint, als wäre die Lösung einfach, schmale Boards mit einer zulaufenden Nase und einem zulaufenden Heck zu bauen, um den Widerstand zu minimieren, müssen komplexe Wechselwirkungen von Faktoren wie Stabilität, Volumen und beabsichtigter Nutzung berücksichtigt werden. Behalte weitere technische Beiträge wie diesen in Zukunft im Auge.

Je mehr wir genau verstehen, wo und wie der Widerstand ein SUP im Wasser beeinflusst, desto besser können wir die perfekte Mischung aus Leistung und Stabilität für jede SUP-Aktivität oder Nutzung bieten. Mit Hilfe von CFD können wir genauere Modelle erstellen, relevantere Tests durchführen und wirkungsvollere Schlussfolgerungen ziehen. Mit diesen verbesserten Techniken als Teil unseres Forschungs- und Entwicklungsprozesses sind wir begeistert, den Sport voranzubringen!

Um Matt Damons Figur im Film "Der Marsianer" zu paraphrasieren: "Angesichts überwältigender Widrigkeiten bleibt uns nur eine Option. Wir müssen die Wissenschaft verdammt nochmal einsetzen."