Tehnologija napihljivega sup deske: uporaba fizike pri obliki SUP deske

Kot relativno mlad šport je stand up paddleboarding v zadnjem desetletju hitro rastel, tehnologija napihljivih sup desk pa se je razvijala vzporedno. SUP deske lahko vidimo na vodnih poteh po vsem svetu in so različnih oblik, velikosti in konstrukcij. Te razlike niso le površinske; igrajo pomembno vlogo pri izkušnji veslača v vodi.

Kako pa vemo zagotovo, kaj naredi desko hitrejšo? Kaj resnično vpliva na gibanje deske v vodi? Obstajajo načini, kako lahko preučimo in izmerimo zmogljivost deske. Za to je naša raziskovalno-razvojna ekipa uporabila vejo fizike, imenovano Računalniška dinamika tekočin (CFD). S pomočjo CFD so lahko pridobili bolj znanstveno razumevanje zmogljivosti sup desk. Pripravite se na nekaj osnov SUP znanosti!

3D skeniran model SUP za CFD simulacijo

Tehnologija napihljivih sup desk: Razčlenitev znanosti

Kaj je torej CFD? To je tehnika, ki se uporablja za preučevanje fizike gibanja tekočin. Uporablja številke in podatke za analizo in reševanje problemov, povezanih s tokom tekočin, v tem primeru vode okoli sup deske. Preprosto povedano, ko se sup deska premika v vodi, njena zmogljivost vpliva na premik vode, ki ga povzroča.

Za merjenje tega vpliva se izvede CFD simulacija z uporabo datoteke Computer-Aided Design (ali CAD). Rezultati simulacije nam pokažejo fizikalne lastnosti, kot so hitrost in tlak, ki jih lahko uporabimo za oceno zmogljivosti deske. Na primer, z analizo tokovnih linij lahko vidimo, kako je mogoče izboljšati tokovno polje okoli deske in obliko deske, da zmanjšamo upor in odpor. Ta tehnika se široko uporablja v industrijah, kot so avtomobilska, letalska in celo športna oprema!

Tokovne linije okoli SUP deske v CFD simulaciji

Kakšen upor!

Naša ekipa je izvedla vrsto CFD simulacij na Waterwalker 126. Slika zgoraj prikazuje tokovne linije okoli deske. Krivulje tokovnih linij predstavljajo lokalno hitrost toka. Kot lahko vidite, tok zastane na nosu deske in nato pospeši vzdolž roba, ki se na koncu loči pri repu. To povzroča upor na deski, ki nastane, ko trdni predmet (deska) pride v stik s tekočino (vodo).

Obstajata dve glavni vrsti upora, ki ju paddleboard doživlja med gibanjem v vodi. Ena se imenuje tlačni upor, druga pa strižni upor. Čeprav sta oba posledica gibanja deske v vodi, imata različne vzroke in učinke.

CAD slike, ki prikazujejo visok in nizek tlak na nosu in repu

Tlačni upor

Tlačni upor izvira iz razlike v tlaku med nosom in repom deske. Ko veslate, voda pred desko potiska naprej, voda pa v zameno poskuša potisniti desko nazaj. Ta interakcija ustvarja relativno visok tlak na nosu.

Hkrati, ko se deska premika naprej, se pri repu ustvari območje nizkega tlaka, voda pa se vleče, da zapolni to območje. Razlika med visokim tlakom na nosu in nizkim tlakom na repu tvori tlačni upor, ki deluje proti gibanju deske naprej. Zato imajo dirkalne deske ostre nosove in ozke repe, da je razlika v tlaku med nosom in repom manjša, s čimer se zmanjša tlačni upor.

CAD slika, ki prikazuje strižni stres na dnu paddleboarda

Strižni upor

Strižni upor, ki prav tako izvira iz relativnega gibanja, ni posledica razlik v tlaku med nosom in repom. Namesto tega temelji na uporu na površini deske in vpliva na dele deske, ki so v stiku z vodo, torej na robove in dno deske.

Ko se deska premika v vodi, se na površini deske pritrdi zelo tanek sloj tekočine, ki povzroča strižni stres in upočasnjuje desko. Upor, ki ga povzroča ta strižni stres, je strižni upor. Zato so dirkalne deske ožje in bolj aerodinamične, saj te lastnosti pomagajo zmanjšati stik z vodo in s tem zmanjšati strižni upor.

Grafi, ki prikazujejo vpliv hitrosti in kota na različne vrste upora

Kako drugi dejavniki vplivajo na upor

Hitrost

Poleg oblike SUP deske pogoji veslanja vplivajo tudi na velikost tlačnega upora in strižnega upora. V naši študiji smo preučevali vpliv hitrosti in kota SUP deske. Tako tlačni upor kot strižni upor sta povezana s hitrostjo deske v vodi. Torej, hitreje kot greste, večji bo upor. Vendar se ti dve vrsti upora obnašata različno pri različnih hitrostih. Tlačni upor se začne manjši, nato pa se z hitrostjo deske bolj izrazito povečuje v primerjavi s strižnim uporom, kjer je učinek bolj postopno naraščajoč.

Kot

Kot deske je odvisen od tega, kje stoji veslač na deski. Bolj kot stojiš zadaj na svojem supu, bolj se bo nos dvignil iz vode, kar ustvarja večji kot napada. Večji kot napada pomeni večji pritiskovni upor, medtem ko se strižni upor zmanjša zaradi manjše kontaktne površine v vodi.

Plavuti

Obstajajo tudi druge vrste upora. Eden izmed njih je upor, ki ga povzročajo plavuti. Plavuti igrajo pomembno vlogo pri nadzoru smeri deske. In čeprav se morda zdijo relativno majhen del deske, plavuti povzročajo opazen upor. V naši študiji smo ugotovili, da je pri nizkih hitrostih upor, ki ga povzročajo plavuti, bolj izrazit. Ko je deska hitrejša, plavuti povzročajo manj upora. Dejavniki, kot sta postavitev plavuti in oblika plavuti, vplivajo na upor, zato obstaja potencial za optimizacijo postavitve in oblik plavuti.

Boljše deske skozi znanost

Kaj nam torej povedo vsi ti ugotovitve? Na koncu kvantificiramo, kako je mogoče optimizirati konturo deske in druge dejavnike za zmanjšanje upora. Upor zagotovo vpliva na zmogljivost deske in vaše uživanje na vodi, saj vas upočasni in prisili, da delate bolj. Z razumevanjem natančno, katera območja ustvarjajo upor in v kakšnih količinah, lahko bolje optimiziramo naše zasnove za zmanjšanje upora, povečanje stabilnosti in drsenja ter vam zagotovimo najboljšo SUP izkušnjo na vodi!

Vedno smo v laboratoriju in trdo delamo, da iz naše opreme izvlečemo največ, ter pridobljena spoznanja vračamo nazaj v zasnove in oblike naših supov. Čeprav se zdi, da je rešitev preprosto ustvariti ozke deske z zoženim nosom in repom za zmanjšanje upora, je treba upoštevati zapleteno medsebojno delovanje dejavnikov, kot so stabilnost, volumen in predvidena uporaba. Spremljajte več tehničnih objav, podobnih tej, v prihodnje.

Bolje kot razumemo, kje in kako upor vpliva na SUP v vodi, bolje bomo lahko zagotovili popolno ravnovesje med zmogljivostjo in stabilnostjo za katero koli SUP dejavnost ali uporabo. S pomočjo CFD lahko ustvarimo natančnejše modele, izvedemo bolj relevantne teste in pridemo do bolj vplivnih zaključkov. S temi izboljšanimi tehnikami kot del našega raziskovalno-razvojnega procesa smo navdušeni, da bomo šport ponesli naprej!

Da parafraziram lik Matta Damona v filmu Marsovec, "Pred ogromnimi ovirami nam ostane le ena možnost. Moramo znanstveno pristopiti k temu s***u."