Opblaasbare Paddleboard Technologie: Toepassing van Natuurkunde op de Vorm van SUP Boards

Als een relatief jonge sport is stand up paddleboarding de afgelopen tien jaar snel gegroeid en is de technologie van opblaasbare paddleboards mee geëvolueerd. SUP-boards zijn wereldwijd op waterwegen te zien en komen in verschillende vormen, maten en constructies. Deze verschillen zijn niet alleen oppervlakkig; ze spelen een belangrijke rol in de ervaring van de peddelaar in het water.

Maar hoe weten we zeker wat een board sneller maakt? Wat beïnvloedt echt hoe een board zich in het water beweegt? Er zijn manieren om de prestaties van een board te bestuderen en te meten. Hiervoor heeft ons onderzoek- en ontwikkelingsteam een tak van de fysica toegepast die Computational Fluid Dynamics (CFD) heet. Met behulp van CFD konden ze een wetenschappelijker inzicht krijgen in de prestaties van paddleboards. Maak je klaar voor wat SUP-wetenschap 101!

Een 3D-gescand SUP-model voor CFD-simulatie

Opblaasbare Paddleboard Technologie: De Wetenschap Uitgelegd

Dus wat is CFD? Het is een techniek die wordt gebruikt om de fysica van vloeistofbeweging te bestuderen. Het gebruikt cijfers en data om problemen met betrekking tot de stroming van vloeistoffen te analyseren en op te lossen, in dit geval het water rond een paddleboard. Simpel gezegd, terwijl een paddleboard door het water beweegt, wordt de prestatie beïnvloed door de verplaatsing van het water die het veroorzaakt.

Om deze impact te meten, wordt een CFD-simulatie uitgevoerd met behulp van een Computer-Aided Design (of CAD) bestand. De resultaten van de simulatie tonen ons de fysieke eigenschappen zoals snelheid en druk die gebruikt kunnen worden om de prestaties van een board te evalueren. Bijvoorbeeld, door de stroomlijn te analyseren, kunnen we zien hoe het stromingsveld rond het board en de omtrek van een board (of de vorm van een board) verbeterd kunnen worden om de weerstand en wrijving te verlagen. Deze techniek wordt veel gebruikt in industrieën zoals de auto-industrie, luchtvaart en zelfs sportartikelen!

Stroomlijnen rond een SUP-board in een CFD-simulatie

Wat een weerstand!

Ons team heeft een reeks CFD-simulaties uitgevoerd op de Waterwalker 126. De afbeelding hierboven toont de stroomlijnen rond het board. De stroomlijncurves geven de lokale stroomsnelheid weer. Zoals je kunt zien, stagneert de stroming bij de neus van het board en versnelt vervolgens langs de rail, die uiteindelijk bij de staart loslaat. Dit veroorzaakt weerstand op het board, wat gebeurt wanneer een vast object (het board) in contact komt met een vloeistof (water).

Er zijn twee hoofdtypen weerstand die een paddleboard ervaart bij het bewegen in water. De ene wordt drukweerstand genoemd en de andere schuifweerstand. Hoewel beide het gevolg zijn van de beweging van het board in water, hebben ze verschillende oorzaken en effecten.

CAD-afbeeldingen die hoge en lage druk bij de neus en staart tonen

Drukweerstand

Drukweerstand ontstaat door het drukverschil tussen de neus en de staart van het board. Wanneer je peddelt, wordt het water voor het board naar voren geduwd en probeert het water het board terug te duwen. Deze interactie creëert relatief hoge druk bij de neus.

Tegelijkertijd, terwijl het board vooruit beweegt, wordt er een lage-drukzone gecreëerd bij de staart en wordt water aangetrokken om het gebied te vullen. Het verschil tussen de hoge druk bij de neus en de lage druk bij de staart vormt de drukweerstand, die de voorwaartse beweging van het board tegenwerkt. Daarom hebben raceboards scherpe neuzen en smalle staarten, zodat het drukverschil tussen neus en staart kleiner is en daardoor de drukweerstand wordt verlaagd.

CAD-afbeelding die schuifspanning op de onderkant van een paddleboard toont

Schuifweerstand

Schuifweerstand, die ook voortkomt uit relatieve beweging, is niet gebaseerd op drukverschil tussen de neus en de staart. In plaats daarvan is het gebaseerd op de weerstand op het oppervlak van het board en beïnvloedt het de delen van het board die in contact zijn met water, namelijk de rails en de onderkant van het board.

Terwijl het board door het water beweegt, hecht een zeer dunne vloeistoflaag zich aan het oppervlak van het board, wat schuifspanning veroorzaakt die het board vertraagt. De weerstand die door deze schuifspanning wordt veroorzaakt, is schuifweerstand. Daarom zijn raceboards smaller en gestroomlijnder, omdat deze kenmerken helpen het contact met water te minimaliseren en zo de schuifweerstand te verminderen.

Grafieken die de effecten van snelheid en hoek op verschillende soorten weerstand aantonen

Hoe andere factoren de weerstand beïnvloeden

Snelheid

Naast het SUP-vormontwerp beïnvloeden ook de peddelomstandigheden de grootte van de drukweerstand en schuifweerstand. In onze studie onderzochten we het effect van de SUP-board snelheid en hoek. Zowel drukweerstand als schuifweerstand zijn gerelateerd aan de snelheid van het board in het water. Hoe sneller je gaat, hoe meer weerstand er zal zijn. De twee soorten weerstand gedragen zich echter verschillend bij verschillende snelheden. De drukweerstand begint kleiner en neemt vervolgens aanzienlijk toe met de snelheid van het board in vergelijking met de schuifweerstand, waarbij het effect geleidelijker is.

Hoek

De hoek van een board wordt beïnvloed door waar de peddelaar op het board staat. Hoe verder achter je op je paddleboard staat, hoe meer de neus uit het water zal tillen, wat een grotere invalshoek creëert. Hoe groter de invalshoek, hoe meer de drukweerstand toeneemt, terwijl de schuifweerstand afneemt door het kleinere contactoppervlak in het water.

Vinnen

Er zijn ook andere soorten weerstand. De weerstand veroorzaakt door vinnen is er één van. Vinnen spelen een belangrijke rol bij het sturen van het board. En hoewel het misschien een relatief klein onderdeel van het board lijkt, veroorzaken de vinnen wel degelijk merkbare weerstand. In onze studie ontdekten we dat bij lage snelheden de weerstand door de vinnen groter was. Naarmate het board sneller ging, veroorzaakten de vinnen minder weerstand. Factoren zoals de opstelling en de vormen van de vinnen spelen een rol bij het bepalen van de weerstand, en er is dus potentieel om de opstelling en vormen van de vinnen te optimaliseren.

Betere Boards Door Wetenschap

Wat vertellen al deze bevindingen ons? Uiteindelijk kwantificeren we hoe de contour van het board en andere factoren geoptimaliseerd kunnen worden om de weerstand te verlagen. Weerstand beïnvloedt zeker de prestaties van een board en je plezier op het water door je te vertragen en harder te laten werken. Door precies te begrijpen welke gebieden weerstand veroorzaken en in welke mate, kunnen we onze ontwerpen beter optimaliseren om weerstand te verminderen, stabiliteit en glijvermogen te vergroten, en jou de beste SUP-ervaring op het water te bieden!

We zijn altijd in het lab hard aan het werk om het meeste uit onze uitrusting te halen en de inzichten die we ontdekken toe te passen in het ontwerp en de vormen van onze paddleboards. Hoewel het misschien lijkt alsof de oplossing is om gewoon smalle boards te maken met een taps toelopende neus en staart om de weerstand te minimaliseren, moeten de complexe wisselwerking van factoren zoals stabiliteit, volume en beoogd gebruik in overweging worden genomen. Houd onze technische posts zoals deze in de gaten voor meer informatie.

Hoe beter we begrijpen waar en hoe precies weerstand een SUP in het water beïnvloedt, hoe beter we de perfecte mix van prestaties en stabiliteit kunnen leveren voor elke SUP-activiteit of gebruik. Met behulp van CFD kunnen we nauwkeurigere modellen maken, relevantere tests uitvoeren en meer impactvolle conclusies trekken. Met deze verbeterde technieken als onderdeel van ons onderzoeks- en ontwikkelingsproces zijn we enthousiast om de sport vooruit te helpen!

Om Matt Damons personage in The Martian te parafraseren: "In het aangezicht van overweldigende kansen hebben we maar één optie. We zullen de wetenschap er flink op los moeten laten."