Ilmatäytteinen suppilautatekniikka: fysiikan soveltaminen SUP-laudan muotoon

Relatiivisen nuorena urheilulajina SUP on kasvanut nopeasti viime vuosikymmenen aikana, ja ilmatäytteisen SUP-laudan teknologia on kehittynyt rinnalla. SUP-lautoja näkyy vesistöillä ympäri maailmaa, ja ne ovat erilaisia muodoltaan, kooltaan ja rakenteeltaan. Nämä erot eivät ole pelkästään pinnallisia; ne vaikuttavat merkittävästi melojan kokemukseen vedessä.

Mutta mistä tiedämme varmasti, mikä tekee laudasta nopeamman? Mikä todella vaikuttaa siihen, miten lauta liikkuu vedessä? On olemassa tapoja tutkia ja mitata laudan suorituskykyä. Tätä varten tutkimus- ja kehitystiimimme on soveltanut fysiikan haaraa nimeltä laskennallinen nesteiden dynamiikka (CFD). CFD:n avulla he pystyivät saamaan tieteellisemmän ymmärryksen SUP-laudan suorituskyvystä. Valmistaudu SUP-tieteen perusteisiin!

3D-skannattu SUP-malli CFD-simulaatiota varten

Ilmatäytteisen SUP-laudan teknologia: Tieteen purkaminen

Mikä sitten on CFD? Se on tekniikka, jota käytetään nesteiden liikkeen fysiikan tutkimiseen. Se käyttää lukuja ja dataa analysoidakseen ja ratkaistakseen nesteiden virtaukseen liittyviä ongelmia, tässä tapauksessa veden virtausta SUP-laudan ympärillä. Yksinkertaisesti sanottuna, kun SUP-lauta liikkuu vedessä, sen suorituskykyyn vaikuttaa juuri veden siirtymä, jonka se aiheuttaa.

Tämän vaikutuksen mittaamiseksi suoritetaan CFD-simulaatio käyttämällä tietokoneavusteista suunnittelutiedostoa (CAD). Simulaation tulokset näyttävät meille fysikaaliset ominaisuudet, kuten nopeuden ja paineen, joita voidaan käyttää laudan suorituskyvyn arviointiin. Esimerkiksi analysoimalla virtaviivaa voimme nähdä, miten virtakenttää laudan ympärillä ja laudan muotoa voidaan parantaa vastuksen ja kitkan vähentämiseksi. Tätä tekniikkaa on laajasti käytetty teollisuudenaloilla, kuten auto-, ilmailu- ja jopa urheiluvälineteollisuudessa!

Virtaviivat SUP-laudan ympärillä CFD-simulaatiossa

Mikä vastus!

Tiimimme suoritti sarjan CFD-simulaatioita Waterwalker 126 -lautaan. Yllä oleva kuva näyttää virtaviivat laudan ympärillä. Virtaviivakäyrät kuvaavat paikallista virtauksen nopeutta. Kuten näet, virtaus pysähtyy laudan keulassa ja kiihtyy sitten laidan suuntaisesti, joka lopulta irtoaa perässä. Tämä aiheuttaa vastusta laudalle, mikä tapahtuu, kun kiinteä esine (lauta) joutuu kosketuksiin nesteen (veden) kanssa.

SUP-lauta kokee vedessä liikkuessaan kahta päätyyppistä vastusta. Toinen on nimeltään painevastus ja toinen leikkausvastus. Vaikka molemmat johtuvat laudan liikkeestä vedessä, niillä on eri syyt ja vaikutukset.

CAD-kuvat, jotka näyttävät korkean ja matalan paineen keulassa ja perässä

Painevastus

Painevastus johtuu paine-erosta laudan keulan ja perän välillä. Melottaessa laudan edessä oleva vesi työntyy eteenpäin, ja vastapainona vesi pyrkii työntämään lautaa taaksepäin. Tämä vuorovaikutus luo suhteellisen korkean paineen keulaan.

Samaan aikaan, kun lauta liikkuu eteenpäin, perään muodostuu matalan paineen alue, ja vesi virtaa täyttämään tämän alueen. Paine-ero laudan keulan korkean paineen ja perän matalan paineen välillä muodostaa painevastuksen, joka vastustaa laudan eteenpäin liikettä. Siksi kilpalaudoissa on terävät keulat ja kapeat perät, jotta paine-ero keulan ja perän välillä olisi pienempi ja painevastus siten alhaisempi.

CAD-kuva, joka näyttää leikkausjännityksen SUP-laudan pohjassa

Leikkausvastus

Leikkausvastus, joka johtuu myös suhteellisesta liikkeestä, ei perustu paine-eroon laudan keulan ja perän välillä. Sen sijaan se perustuu laudan pinnan vastukseen ja vaikuttaa niihin laudan osiin, jotka ovat kosketuksissa veden kanssa, eli laitoihin ja laudan pohjaan.

Kun lauta liikkuu vedessä, hyvin ohut nestekerros tarttuu laudan pintaan aiheuttaen leikkausjännitystä, joka hidastaa lautaa. Tämä leikkausjännityksestä johtuva vastus on leikkausvastus. Siksi kilpalaudat ovat kapeampia ja virtaviivaisempia, sillä nämä ominaisuudet auttavat minimoimaan veden kanssa kosketuksen ja siten vähentämään leikkausvastusta.

Kaaviot, jotka osoittavat nopeuden ja kulman vaikutukset eri vastustyyppeihin

Miten muut tekijät vaikuttavat vastukseen

Nopeus

SUP-laudan muodon lisäksi melontatilanteet vaikuttavat myös painevastuksen ja leikkausvastuksen suuruuteen. Tutkimuksessamme tarkastelimme SUP-laudan nopeuden ja kulman vaikutusta. Sekä painevastus että leikkausvastus liittyvät laudan nopeuteen vedessä. Mitä nopeammin menet, sitä enemmän vastusta syntyy. Kuitenkin nämä kaksi vastustyyppiä käyttäytyvät eri tavoin eri nopeuksilla. Painevastus alkaa pienempänä ja kasvaa sitten merkittävästi nopeuden kasvaessa verrattuna leikkausvastukseen, jossa vaikutus on tasaisempi.

Kulma

Laudan kulmaa vaikuttaa se, missä melontaja seisoo laudalla. Mitä taaempana seisot SUP-laudallasi, sitä enemmän keula nousee vedestä, mikä luo suuremman hyökkäyskulman. Mitä suurempi hyökkäyskulma on, sitä enemmän painevastus kasvaa, kun taas leikkausvastus vähenee veden kanssa kosketuksessa olevan pinta-alan pienentyessä.

Evät

On myös muita vastustyyppejä. Yksi niistä on evien aiheuttama vastus. Evillä on tärkeä rooli laudan suunnan hallinnassa. Vaikka evä saattaa vaikuttaa suhteellisen pieneltä osalta lautaa, se aiheuttaa huomattavaa vastusta. Tutkimuksessamme havaitsimme, että matalilla nopeuksilla evien aiheuttama vastus oli merkittävämpää. Kun lauta kulki nopeammin, evät aiheuttivat vähemmän vastusta. Tekijät kuten evien sijoittelu ja muoto vaikuttavat vastukseen, joten evien sijoittelun ja muotojen optimointiin on potentiaalia.

Parempia lautoja tieteen avulla

Mitä nämä löydökset sitten kertovat meille? Lopulta mittaamme, miten laudan muoto ja muut tekijät voidaan optimoida vastuksen vähentämiseksi. Vastus vaikuttaa ehdottomasti laudan suorituskykyyn ja vesillä viihtymiseesi hidastamalla sinua ja tekemällä työstäsi raskaampaa. Ymmärtämällä tarkalleen, mitkä alueet aiheuttavat vastusta ja kuinka paljon, voimme paremmin optimoida suunnittelumme vähentämään vastusta, lisäämään vakautta ja liukua sekä tarjoamaan sinulle parhaan SUP-kokemuksen vedessä!

Olemme aina laboratoriossa työskentelemässä kovasti saadaksemme varusteistamme kaiken irti ja sovellamme löytämämme oivallukset takaisin melontalautojemme suunnitteluun ja muotoihin. Vaikka ratkaisu saattaisi vaikuttaa olevan kapeiden lautojen tekeminen kapealla kärjellä ja perällä vastuksen minimoimiseksi, monimutkainen tekijöiden vuorovaikutus, kuten vakaus, tilavuus ja käyttötarkoitus, on otettava huomioon. Pidä silmällä lisää tämänkaltaisia teknisiä julkaisuja jatkossa.

Mitä paremmin ymmärrämme tarkalleen, missä ja miten vastus vaikuttaa SUP-lautaan vedessä, sitä paremmin voimme tarjota täydellisen yhdistelmän suorituskykyä ja vakautta mihin tahansa SUP-toimintaan tai käyttöön. CFD:n avulla voimme luoda tarkempia malleja, tehdä merkityksellisempiä testejä ja saavuttaa vaikuttavampia johtopäätöksiä. Näiden parannettujen tekniikoiden avulla tutkimus- ja kehitysprosessissamme olemme innoissamme viedessämme lajia eteenpäin!

Vapaasti suomennettuna Matt Damonin hahmon sanoin elokuvassa The Martian: "Ylivoimaisia todennäköisyyksiä vastaan meillä on vain yksi vaihtoehto. Meidän täytyy tehdä tästä tiedettä täysillä."