Uppblåsbar Stand Up Paddleboard-teknik: Tillämpa fysik på SUP-brädans form

Som en relativt ung sport har stand up paddleboarding vuxit snabbt under det senaste decenniet och teknologin för uppblåsbara paddleboards har utvecklats parallellt. SUP-brädor kan ses på vattenvägar över hela världen och finns i en rad olika former, storlekar och konstruktioner. Dessa skillnader är inte bara ytliga; de spelar en betydande roll för paddlarens upplevelse i vattnet.

Men hur vet vi säkert vad som gör en bräda snabbare? Vad påverkar egentligen hur en bräda rör sig i vattnet? Det finns sätt att studera och mäta en brädas prestanda. För detta har vårt forsknings- och utvecklingsteam använt en gren av fysiken som kallas Computational Fluid Dynamics (CFD). Med hjälp av CFD kunde de få en mer vetenskaplig förståelse för paddleboardens prestanda. Gör dig redo för lite SUP-vetenskap 101!

En 3D-skannad SUP-modell för CFD-simulering

Uppblåsbara paddleboard-teknologin: En vetenskaplig genomgång

Så vad är CFD? Det är en teknik som används för att studera fysiken bakom vätskors rörelse. Den använder siffror och data för att analysera och lösa problem relaterade till vätskeflöde, i detta fall vattnet runt en paddleboard. Enkelt uttryckt, när en paddleboard rör sig i vatten påverkas dess prestanda av den vattenförskjutning den orsakar.

För att mäta denna påverkan körs en CFD-simulering med en CAD-fil (Computer-Aided Design). Resultaten från simuleringen visar oss fysiska egenskaper som hastighet och tryck som kan användas för att utvärdera en brädas prestanda. Till exempel, genom att analysera flödesströmlinjen kan vi se hur flödesfältet runt brädan och brädans kontur (eller form) kan förbättras för att minska drag och motstånd. Denna teknik har använts i stor utsträckning inom industrier som bilindustrin, flygindustrin och till och med sportutrustning!

Strömlinjer runt en SUP-bräda i en CFD-simulering

Vilket drag!

Vårt team utförde en serie CFD-simuleringar på Waterwalker 126. Bilden ovan visar strömlinjerna runt brädan. Strömlinjekurvorna representerar den lokala flödeshastigheten. Som du kan se stagnerar flödet vid brädans nos och accelererar sedan längs relingen, som slutligen separerar vid aktern. Detta skapar drag på brädan, vilket sker när ett fast föremål (brädan) kommer i kontakt med en vätska (vatten).

Det finns två huvudtyper av motstånd som en paddleboard upplever när den rör sig i vatten. Den ena kallas tryckmotstånd och den andra kallas skjuvmotstånd. Även om båda beror på brädans rörelse i vattnet har de olika orsaker och effekter.

CAD-bilder som visar högt och lågt tryck vid nos och akter

Tryckmotstånd

Tryckmotstånd kommer från skillnaden i tryck mellan brädans nos och akter. När du paddlar trycks vattnet framför brädan framåt, och i gengäld försöker vattnet trycka brädan bakåt. Denna interaktion skapar relativt högt tryck vid nosen.

Samtidigt, när brädan rör sig framåt, skapas en lågtryckszon vid aktern och vatten dras in för att fylla området. Skillnaden mellan det höga trycket vid nosen och det låga trycket vid aktern bildar tryckmotståndet, och det verkar för att motverka brädans framåtrörelse. Det är därför racerbåtar har spetsiga nosar och smala aktrar, så att tryckskillnaden mellan nos och akter blir mindre och därmed minskar tryckmotståndet.

CAD-bild som visar skjuvspänning på undersidan av en paddleboard

Skjuvmotstånd

Skjuvmotstånd, som också kommer från relativ rörelse, baseras inte på tryckskillnaden mellan nosen och aktern. Istället baseras det på motståndet på brädans yta och påverkar de delar av brädan som är i kontakt med vatten, nämligen relingarna och brädans undersida.

När brädan rör sig i vattnet fäster ett mycket tunt lager av vätska vid brädans yta och orsakar skjuvspänning som saktar ner brädan. Det motstånd som orsakas av denna skjuvspänning kallas skjuvmotstånd. Det är därför racerbåtar är smalare och mer strömlinjeformade, eftersom dessa egenskaper hjälper till att minimera kontakten med vatten och därmed minska skjuvmotståndet.

Diagram som visar effekterna av hastighet och vinkel på olika typer av motstånd

Hur andra faktorer påverkar motståndet

Hastighet

Förutom SUP-formens design påverkar även paddlingsförhållandena storleken på tryckmotstånd och skjuvmotstånd. I vår studie undersökte vi effekten av SUP-brädans hastighet och vinkel. Både tryckmotstånd och skjuvmotstånd är relaterade till brädans hastighet i vattnet. Ju snabbare du går, desto mer motstånd blir det. Dock beter sig de två typerna av motstånd olika vid olika hastigheter. Tryckmotståndet börjar mindre och ökar sedan mer markant med brädans hastighet jämfört med skjuvmotståndet, där effekten är mer gradvis.

Vinkel

En brädas vinkel påverkas av var paddlaren står på brädan. Ju längre bak du står på din paddleboard, desto mer lyfts nosen från vattnet, vilket skapar en större anfallsvinkel. Ju större anfallsvinkel, desto mer ökar tryckmotståndet, medan skjuvmotståndet minskar på grund av den mindre kontaktytan i vattnet.

Fenar

Det finns också andra typer av motstånd. Motståndet som orsakas av fenor är en av dem. Fenor spelar en viktig roll i att kontrollera brädans riktning. Och även om det kan verka som en relativt liten del av brädan, orsakar fenan märkbar motstånd. I vår studie fann vi att vid låga hastigheter var motståndet från fenorna mer betydande. När brädan gick snabbare skapade fenorna mindre motstånd. Faktorer som fenlayout och fens former spelar en roll för att bestämma motståndet, och det finns därför potential att optimera fenlayout och former.

Bättre brädor genom vetenskap

Så vad säger alla dessa fynd oss? I slutändan kvantifierar vi hur brädans kontur och andra faktorer kan optimeras för att minska motståndet. Motstånd påverkar definitivt en brädas prestanda och din njutning på vattnet genom att sakta ner dig och göra att du måste arbeta hårdare. Genom att förstå exakt vilka områden som skapar motstånd och i vilken omfattning kan vi bättre optimera våra designer för att minska motståndet, öka stabiliteten och glidet, och ge dig den bästa SUP-upplevelsen på vattnet!

Vi är alltid i labbet och jobbar hårt för att få ut det mesta av vår utrustning och tillämpar de insikter vi upptäcker tillbaka i designen och formerna på våra paddelbrädor. Även om det kan verka som att lösningen är att bara skapa smala brädor med avsmalnande nos och akter för att minimera motstånd, måste den komplexa samverkan av faktorer som stabilitet, volym och avsedd användning tas i beaktande. Håll utkik efter fler teknikrelaterade inlägg som detta framöver.

Ju mer vi förstår exakt var och hur motstånd påverkar en SUP i vattnet, desto bättre kan vi leverera den perfekta balansen mellan prestanda och stabilitet för alla SUP-aktiviteter eller användningsområden. Med hjälp av CFD kan vi skapa mer exakta modeller, utföra mer relevanta tester och nå mer betydelsefulla slutsatser. Med dessa förbättrade tekniker som en del av vår forsknings- och utvecklingsprocess är vi taggade på att driva sporten framåt!

För att parafrasera Matt Damons karaktär i The Martian, "Inför överväldigande odds har vi bara ett alternativ kvar. Vi måste verkligen använda vetenskapen till max."