建造时速100公里的风帆冲浪板

2027上海国际水上运动展官网小编了解到:全速冲浪时,风帆冲浪板几乎不碰水面。这是一种叫做刨削的现象。


一旦你超过每秒28米,约100公里每小时(27.77英里每小时),游乐设施进入一个奇异区域,水、空气和气压的行为是旧理论从未完全捕捉到的。只有一小块木板还在湿。水面扭曲并抬起。在尾鳍下方,压力骤降,导致蒸汽气泡开始形成。这个瞬间称为空化,决定了滑行是保持稳定还是失控旋转。

几十年来,设计师们一直依赖丹尼尔·萨维茨基的作品。他在20世纪60年代提出的滑行板理论,将船体视为一个平坦的表面,以平均力滑过水面。它适合以中等速度行驶的船只。它至今仍提供有用的指导。但在每小时100公里时,水流不再礼貌地表现。那么,风帆冲浪传奇安托万·阿尔博这位痴迷速度的人和他的团队,如何达到这一象征性人物?

当老型号遇上新速度时答案可以在科学及其不断迭代的工作中找到。萨维茨基的方法假设水流稳定,压力简单,空气与水之间保持干净的分离。然而,高速风帆冲浪打破了这些假设。滑板的行驶不均匀,不断调整配平。它下面的压力在几分之一秒内从一个点转移到另一个点。空气和水的边界变成了一个动态的锯齿状表面,而不是整齐的线。最重要的是,鳍片处于空蚀边缘。压力计算的轻微误差可能导致尾鳍沿线形成蒸汽囊。这会降低升力,也可能使骑手不稳定。这就是为什么经验模型能暗示这些效应。它们无法精确地映射这些效应。

Zephir 计划登场

Zephir 计划就是要探索那个边缘。该项目于2020年启动,汇聚了工程师、流体力学专家和精英运动员,在ALTEN的指导下。在这场努力的核心是安托万·阿尔博,这位法国27次世界冠军以推动速度帆船运动最远而闻名。他在卢德里茨的表现至今仍是衡量他航海级别一切的标杆。与他一同,工程师如Marc Amerigo和Antony Costes开发了一个程序,将板和鳍片视为一个紧密耦合的系统,而非独立部件。Zephir项目的目标简单明了,实现起来却很困难:在500米范围内达到超过100公里/小时的持续速度,同时保持控制。阿尔博目前是地球上500米最快的风帆冲浪选手,世界航行速度纪录为53.49节(99.06公里/小时)。模拟肉眼看不见的东西为此,团队转向高精度计算流体力学(CFD)。利用富达的海洋求解器等工具,他们开始模拟板、鳍、空气和水之间的全方位互动。

这些模拟做的是旧方法做不到的。它们实时追踪空气与水之间边界的变化。他们计算板下的每个点的压力,而不是依赖平均值。它们捕捉了棋盘角度和沉浸感如何随着时间变化。从那里,工程师提取鳍在高速运行中所经历的具体条件。然后,这些条件又引出了另一轮聚焦于尾翼本身的模拟,气蚀风险成为主要关注点。板子和鳍之间的环路绘制出系统高速表现的详细地图,使科学家和风帆冲浪者能够调整装备甚至身体姿势。在空蚀边缘设计因此,凭借这些发现,Zephir团队能够摆脱宽泛的安全边际。换句话说,他们没有过度建造组件以避免未知风险,而是开始精确定位空穴开始的压力水平。

而这种精准改变了一切。为什么?设计在空蚀下方工作的鳍片可以以更低的阻力提供更高的升力。它能在旧设计可能失效的速度下保持稳定。因此,工程师们现在可以测试微小的配平或攻角变化对性能的影响。他们能发现压力下降过低的地方,并在原型机接触水面前调整形状。你最终拥有的风帆冲浪板可能是世界上最快的。最终,你可以轻易地说,Zephir项目达到了一个基于物理而非近似的设计过程。

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