Веселая пятница:напечатанные на 3D-принтере ласты для доски для серфинга

Примечание писателя:я работаю в Markforged стажером-электротехником, и, увидев несколько тестовых ласт для досок для серфинга в офисе перед поездкой в ​​Австралию, заинтересовался изготовлением плавников для досок для серфинга на 3D-принтере с помощью принтера Markforged Mark Two. В этом сообщении блога подробно рассказывается о конструкции и тестировании нестандартных плавников. -Лочи Ферье

О ластах для серфинга

На досках для серфинга не всегда были ласты. До 1930 года серферы управляли своими досками, используя чрезвычайно выпуклые корпуса (например, корпуса лодок) или волоча ноги в воде . . Доски выскальзывали во время поворотов, а технический карвинг при серфинге был в принципе невозможен. Изобретение ласт привело к возрождению серфинга:новые ласты стабилизируют рыскание, гасят крен и создают подъемную силу во время поворотов. Они функционируют аналогично крылу или хвостовой части самолета и обычно имеют поперечное сечение аэродинамического профиля. Это помогает им создавать максимальную подъемную силу с минимальным сопротивлением по сравнению с прямоугольным поперечным сечением.

Поперечное сечение плавника из титановой доски для серфинга

Симметричное поперечное сечение крыла самолета. Его форма очень похожа на плавник доски для серфинга.

Хотя поперечное сечение аэродинамического профиля сильно оптимизировано, общая форма большинства ребер явно неэффективна. Классические плавники «дельфин» эстетичны, но в целом не подходят для создания подъемной силы на досках для серфинга. На самом деле оптимальная форма для любого крыла - это эллипс. Это связано с тем, что подъемная сила на крыле распределяется по эллиптической схеме, поэтому длинное и тощее крыло имеет гораздо больший коэффициент полезного действия, чем плавник со стреловидным назад («дельфин»). Более высокая эффективность пролета означает большую подъемную силу на единицу лобового сопротивления или более эффективное плавник. Сопротивление, вызванное подъемной силой, вызывается потоком, движущимся из области высокого давления над нижней поверхностью в зону низкого давления над верхней поверхностью. Чем ближе крыло к эллипсу, тем оптимальнее распределение подъемной силы и тем меньше может быть крыло для заданной подъемной силы. Хорошим примером применения этой теории является «Рутан Вояджер», самолет, который, как известно, совершил кругосветное путешествие без дозаправки. Его длинные узкие крылья были намного эффективнее, чем любая другая форма, что позволяло им экономить критически важное топливо.

Rutan Voyager - сверхэффективный самолет с длинными узкими крыльями, обеспечивающими высокую подъемную силу и аэродинамическое сопротивление.

Хотя может показаться, что стреловидность большинства ласт досок для серфинга - это вопрос аэродинамической техно-мимикрии, стреловидные крылья истребителей и авиалайнеров на самом деле оптимизированы для сверхзвукового воздушного потока. Ласты для серфинга никогда не сталкиваются со сверхзвуковым потоком. Единственное реальное объяснение формы более практическое, чем научное; потому что в водоемах с келпийскими водорослями вероятность того, что водоросли застрянут в обратных плавниках, меньше.

Учитывая, что оптимальной формой является эллипс, передняя и задняя кромки плавника доски для серфинга должны быть достаточно прямыми. Это идея, которая ранее была хорошо проверена. Если ласты не используются в зоне водорослей, эти прямые края не проблема.

Добавление крылышек

Один из самых больших источников сопротивления - это вихри, которые образуются у основания плавника. Добавление маленьких крылышек на дно предотвращает вытекание жидкости из плавника, а вредные вихри значительно сокращаются. Если эти крылышки выглядят знакомо, это потому, что они такие. Совсем недавно многие пассажирские самолеты реализовали аналогичные конструкции, чтобы радикально повысить эффективность лобового сопротивления.

Гифка, иллюстрирующая вихри на законцовках крыла большого пассажирского авиалайнера.

Приятная часть использования винглетов на ласте доски для серфинга заключается в том, что, если все сделано правильно, они могут выполнять две функции. В дополнение к уменьшению лобового сопротивления они также могут обеспечить дополнительную устойчивость на шаге. Это позволяет райдеру ставить ноги в более широком диапазоне положений на доске, не влияя на дифферент до точки, где доска вылетает или резко падает. Если они встанут слишком далеко вперед, доска слегка наклонится носом вниз, и крылышки будут создавать прижимную силу для противодействия, а если райдер будет слишком далеко назад, будет произведена дополнительная подъемная сила. Очевидно, что для райдера по-прежнему идеально встать в правильном месте, потому что горизонтальная поверхность создает дополнительное сопротивление, когда это происходит. При этом восстанавливающая сила, которую обеспечивают крылышки, является хорошей подстраховкой.

САПР нестандартного плавника, блоки вверху предназначены для крепления на борт.

Набор из трех тестовых ребер был напечатан из чистого оникса без армирования волокном. Хотя использование волокна для придания большей прочности отпечаткам было заманчивым, использование чистого оникса помогло мне лучше имитировать гибкость литых акриловых плавников. Отпечатки получались отличными для таких тонких элементов, с максимальной толщиной всего 4 мм и задней кромкой толщиной всего два слоя.

Ласты гидродинамической доски для серфинга, напечатанные из оникса.

Затем плавники были упакованы в коробку и отправлены в Австралию для испытаний. Двухслойные элементы на крылышках прекрасно держались во время полета, и я не заметил никакой деформации. Для сравнения я использовал доску 7 футов 3 дюйма с ребрами глубиной 120 мм.

Стандартная комплектация с прозрачными пластиковыми плавниками в форме дельфина.

Ониксовый плавник в сравнении со стандартным плавником в форме дельфина

Ласты для серфинга взаимозаменяемы с помощью системы шестигранных ключей с пластиковыми коробками, встроенными в композитную доску из стекловолокна. Одна из коробок плавников на доске треснула, что повлияло на изгиб.

Использование ключа для смены ласт. Корпус плавника - это черное тело у основания плавника.

Плавники доски для серфинга, напечатанные на 3D-принтере, плотно прилегали в соответствии со спецификацией, демонстрируя качественное разрешение печати деталей Mark Two. Теперь, когда были надеты новые ласты, пришло время заняться серфингом!

Доска с установленными плавниками из оникса.

Серфинг с ластами

Ласты были протестированы только при серфинге примерно на 3 фута, что по большинству стандартов довольно мало. Я начал с серфинга на нестандартных ластах, и они с самого начала работали, давая хорошие повороты на волнах. Доска также казалась более стабильной по высоте, чем на стандартном комплекте. Я не самый опытный серфер, поэтому моя техническая оценка не является обязательной; однако мне очень понравились ощущения от новых ласт.

Ласты пережили первую тренировку практически без износа, несмотря на то, что некоторые элементы были толщиной всего в 2 слоя! Однако были некоторые отметины в местах, где крепежные винты вонзались в монтажные заглушки.

Плавник после прибоя, все еще цел.

Отметка от крепежного винта на верхней части ребра.

На второй день я заметил, что плавник в треснувшем корпусе плавника болтается в прибое, и при ближайшем рассмотрении понял, что он сломался из-за кручения. Я думаю, что у этой неудачи было две возможных причины. Одна из них заключалась в том, что плата врезалась в основание после вытирания на предыдущей волне, и это вызвало крутящий момент, который вырвал ведущую заглушку. Во-вторых, я недостаточно затянул винты, что определенно было возможно, потому что я был осторожен с треснувшей коробкой, и она просто выпала естественным образом. В любом случае, волновые силы довольно сильно закручивались вокруг заглушки задней кромки. В первом случае волна со скоростью 10 км / ч воздействует на плавник силой 3 кг из-за динамического давления. Это приведет к довольно большой нагрузке на корневые блоки. Сломанные ласты - обычная проблема, поэтому было бы интересно попробовать ласт, армированный волокном, чтобы увидеть разницу в долговечности. Еще одним интересным свойством усиленного ласта является возможность регулировки жесткости, что является обычным параметром конструкции ласт для досок для серфинга.

В целом, я был очень доволен характеристиками плавников доски для серфинга, напечатанных на 3D-принтере, они были свидетельством силы и разрешения печати Onyx.

Примечание редактора. Мы также прикрепили .stls файлов плавников, чтобы вы могли загрузить их и попробовать сами! Если вы заинтересованы в сотрудничестве с нами над такими проектами, как этот или другие, напишите нам по адресу [email protected]!