Oppblåsbar padlebrettteknologi: Anvendelse av fysikk på SUP-brettets form

Som en relativt ung sport har stand up paddleboarding vokst raskt det siste tiåret, og oppblåsbar paddleboard-teknologi har utviklet seg parallelt. SUP-brett kan sees på vannveier over hele verden og kommer i en rekke former, størrelser og konstruksjoner. Disse forskjellene er ikke bare overfladiske; de spiller en betydelig rolle når det gjelder padlerens opplevelse i vannet.

Men hvordan vet vi sikkert hva som gjør et brett raskere? Hva påvirker egentlig hvordan et brett beveger seg i vannet? Det finnes måter vi kan studere og måle ytelsen til et brett på. For dette har vårt forsknings- og utviklingsteam brukt en gren av fysikken kalt Computational Fluid Dynamics (CFD). Med hjelp av CFD kunne de oppnå en mer vitenskapelig forståelse av paddleboard-ytelse. Gjør deg klar for litt SUP-vitenskap 101!

En 3D-skannet SUP-modell for CFD-simulering

Oppblåsbar paddleboard-teknologi: En gjennomgang av vitenskapen

Så hva er CFD? Det er en teknikk som brukes for å studere fysikken bak væskebevegelse. Den bruker tall og data for å analysere og løse problemer relatert til væskestrøm, i dette tilfellet vannet rundt et paddleboard. Enkelt sagt, når et paddleboard beveger seg i vann, påvirkes ytelsen av selve fortrengningen av vannet det forårsaker.

For å måle denne påvirkningen kjøres en CFD-simulering ved bruk av en Computer-Aided Design (eller CAD)-fil. Resultatene fra simuleringen viser oss fysiske egenskaper som hastighet og trykk som kan brukes til å evaluere et bretts ytelse. For eksempel, ved å analysere strømlinjen, kan vi se hvordan strømningsfeltet rundt brettet og omrisset av et brett (eller brettets form) kan forbedres for å redusere drag og motstand. Denne teknikken har vært mye brukt i industrier som bil, luftfart og til og med sportsutstyr!

Strømlinjer rundt et SUP-brett i en CFD-simulering

For et drag!

Vårt team utførte en serie CFD-simuleringer på Waterwalker 126. Bildet over viser strømlinjer rundt brettet. Strømlinjekurvene representerer den lokale strømningshastigheten. Som du kan se, stagnerer strømmen ved nesen på brettet og akselererer deretter langs railen, som til slutt separeres ved halen. Dette skaper drag på brettet, noe som skjer når et fast objekt (brettet) kommer i kontakt med en væske (vann).

Det finnes to hovedtyper motstand et padlebrett opplever når det beveger seg i vann. Den ene kalles trykkmotstand, og den andre kalles skjærmotstand. Selv om begge skyldes brettets bevegelse i vann, har de forskjellige årsaker og effekter.

CAD-bilder som viser høyt og lavt trykk ved nese og hale

Trykkmotstand

Trykkmotstand kommer fra trykkforskjellen mellom brettets nese og hale. Når du padler, blir vannet foran brettet presset fremover, og til gjengjeld prøver vannet å presse brettet bakover. Denne interaksjonen skaper relativt høyt trykk ved nesen.

Samtidig, når brettet beveger seg fremover, skapes en lavtrykksone ved halen, og vann trekkes til for å fylle området. Forskjellen mellom høyt trykk ved nesen og lavt trykk ved halen danner trykkmotstanden, og den virker for å motstå brettets fremoverbevegelse. Derfor har racebrett skarpe neser og smale haler, slik at trykkforskjellen mellom nese og hale blir mindre, og dermed reduseres trykkmotstanden.

CAD-bilde som viser skjærspenning på undersiden av et padlebrett

Skjærmotstand

Skjærmotstand, som også kommer fra relativ bevegelse, er ikke basert på trykkforskjell mellom nesen og halen. I stedet er den basert på motstanden på brettets overflate og påvirker de delene av brettet som er i kontakt med vann, nemlig sidene og bunnen av brettet.

Når brettet beveger seg i vannet, fester et veldig tynt lag væske seg til brettets overflate og forårsaker skjærspenning som bremser brettet. Motstanden som skyldes denne skjærspenningen kalles skjærmotstand. Dette er grunnen til at racebrett er smalere og mer strømlinjeformede, da disse egenskapene bidrar til å minimere kontakt med vann og dermed redusere skjærmotstand.

Grafer som viser effektene av hastighet og vinkel på ulike typer motstand

Hvordan andre faktorer påvirker motstand

Hastighet

I tillegg til SUP-formens design påvirker også padleforholdene størrelsen på trykkmotstand og skjærmotstand. I vår studie undersøkte vi effekten av SUP-brettets hastighet og vinkel. Både trykkmotstand og skjærmotstand er relatert til brettets hastighet i vannet. Jo raskere du går, desto mer motstand vil det være. Imidlertid oppfører de to typene motstand seg forskjellig ved ulike hastigheter. Trykkmotstanden starter lavere, og øker deretter mer betydelig med brettets hastighet sammenlignet med skjærmotstanden, hvor effekten er mer gradvis.

Vinkel

Brettets vinkel påvirkes av hvor padleren står på brettet. Jo lenger bak du står på paddleboardet ditt, desto mer løfter nesen seg fra vannet, noe som skaper en større angrepsvinkel. Jo større angrepsvinkel, desto mer øker trykkdraget, mens skjærdraget reduseres på grunn av mindre kontaktflate i vannet.

Finner

Det finnes også andre typer drag. Drag forårsaket av finner er en av dem. Finner spiller en viktig rolle i å kontrollere brettets retning. Og selv om det kan virke som en relativt liten del av brettet, forårsaker finnen merkbart drag. I vår studie fant vi at ved lave hastigheter var draget forårsaket av finner mer betydelig. Når brettet gikk raskere, skapte finnene mindre drag. Faktorer som finnens plassering og form spiller en rolle i å bestemme draget, og det er derfor potensial for å optimalisere finnens plassering og form.

Bedre brett gjennom vitenskap

Hva forteller alle disse funnene oss? Til syvende og sist kvantifiserer vi hvordan brettets kontur og andre faktorer kan optimaliseres for å redusere drag. Drag påvirker definitivt brettets ytelse og din glede på vannet ved å senke farten og gjøre at du må jobbe hardere. Ved å forstå nøyaktig hvilke områder som skaper drag og i hvilke mengder, kan vi bedre optimalisere designene våre for å redusere drag, øke stabilitet og gli, og gi deg den beste SUP-opplevelsen på vannet!

Vi er alltid på laboratoriet og jobber hardt for å få mest mulig ut av utstyret vårt og anvender innsiktene vi oppdager tilbake i designene og formene på padlebrettene våre. Selv om det kan virke som løsningen er å bare lage smale brett med en tilspisset nese og hale for å minimere drag, må det komplekse samspillet mellom faktorer som stabilitet, volum og tiltenkt bruk tas i betraktning. Følg med for flere teknologirelaterte innlegg som dette fremover.

Jo mer vi forstår nøyaktig hvor og hvordan drag påvirker en SUP i vannet, desto bedre kan vi levere den perfekte balansen mellom ytelse og stabilitet for enhver SUP-aktivitet eller bruk. Med hjelp av CFD kan vi lage mer nøyaktige modeller, utføre mer relevante tester og nå mer betydningsfulle konklusjoner. Med disse forbedrede teknikkene som en del av vår forsknings- og utviklingsprosess, er vi gira på å drive sporten fremover!

For å parafrasere Matt Damons karakter i The Martian, «I møte med overveldende odds har vi bare ett alternativ. Vi må bruke vitenskapen for alt det er verdt.»