Jumat Menyenangkan:Sirip Papan Selancar Cetak 3D

Catatan Penulis:Saya bekerja di Markforged sebagai magang teknik elektro, dan melihat beberapa sirip papan selancar uji di sekitar kantor sebelum perjalanan ke Australia membuat saya tertarik untuk membuat sirip papan selancar cetak 3D dengan printer Markforged Mark Two. Posting blog ini merinci desain dan pengujian sirip khusus. -Lochie Ferrier

Tentang Sirip Papan Selancar

Papan selancar tidak selalu memiliki sirip. Sebelum tahun 1930, Peselancar mengendalikan papan mereka dengan menggunakan lambung yang sangat cembung (pikirkan lambung kapal) atau dengan menyeret kaki mereka ke dalam air . Papan meluncur keluar selama belokan dan ukiran teknis saat berselancar pada dasarnya tidak mungkin. Penemuan sirip membawa kebangkitan dalam selancar, dengan sirip baru menstabilkan yaw, meredam gulungan dan menghasilkan daya angkat selama belokan. Mereka berfungsi dengan cara yang mirip dengan bagian sayap atau ekor pesawat, dan biasanya memiliki penampang airfoil. Hal ini membantu mereka menghasilkan jumlah angkat maksimum dengan jumlah seret minimum, dibandingkan dengan hanya memiliki penampang persegi panjang.

Penampang sirip papan selancar titanium

Penampang sayap pesawat simetris. Bentuknya sangat mirip dengan sirip papan selancar.

Meskipun penampang airfoil sangat dioptimalkan, bentuk keseluruhan dari sebagian besar sirip memiliki inefisiensi yang jelas. Sirip lumba-lumba klasik secara estetika menyenangkan tetapi secara keseluruhan tidak sempurna untuk menghasilkan gaya angkat di papan selancar. Faktanya, bentuk optimal untuk sayap apa pun adalah elips. Ini karena gaya angkat pada sayap didistribusikan dalam pola elips, sehingga sayap yang panjang dan kurus memiliki faktor efisiensi bentang yang jauh lebih unggul daripada sirip punggung yang disapu (lumba-lumba). Efisiensi bentang yang lebih tinggi berarti lebih banyak daya angkat per unit tarikan, atau sirip yang lebih efisien. Lift induced drag disebabkan oleh aliran yang bergerak dari area bertekanan tinggi di atas permukaan bawah ke tekanan rendah di atas permukaan atas. Semakin dekat sayap ke elips, semakin optimal distribusi gaya angkatnya, dan semakin kecil sayapnya untuk jumlah gaya angkat tertentu. Contoh yang baik dari penerapan teori ini adalah Rutan Voyager, sebuah pesawat yang terkenal mengelilingi dunia tanpa mengisi bahan bakar. Sayapnya yang panjang dan sempit jauh lebih efisien daripada bentuk lainnya, memungkinkan mereka untuk menghemat bahan bakar penting.

Rutan Voyager, pesawat yang sangat efisien yang menggunakan sayap panjang dan sempit untuk rasio angkat dan seret yang tinggi.

Meskipun mungkin tampak bahwa sapuan balik di sebagian besar sirip papan selancar adalah masalah tekno-mimikri aerodinamis, sayap belakang jet tempur dan pesawat yang disapu sebenarnya mengoptimalkan aliran udara supersonik. Sirip papan selancar tidak pernah menghadapi aliran supersonik. Satu-satunya penjelasan nyata untuk bentuknya lebih praktis daripada ilmiah; karena di perairan kelp, sirip punggung yang tersapu lebih kecil kemungkinannya untuk terperosok oleh rumput laut.

Mengingat bahwa bentuk optimalnya adalah elips, tepi depan dan belakang sirip papan selancar harus cukup lurus. Ini adalah ide yang telah diuji dengan baik sebelumnya. Jika sirip tidak digunakan di area kelpy, maka tepi lurus ini tidak menjadi masalah.

Menambahkan Winglet

Salah satu sumber hambatan terbesar adalah pusaran yang terbentuk dari bagian bawah sirip. Dengan menambahkan sayap kecil di bagian bawah, aliran cairan dari sirip dicegah dan vortisitas berbahaya sangat menyusut. Jika winglet ini terlihat familier, itu karena memang begitu. Baru-baru ini, banyak jet penumpang telah menerapkan desain serupa untuk meningkatkan efisiensi drag secara radikal.

Gif yang mengilustrasikan vortisitas ujung sayap pada pesawat penumpang besar.

Bagian yang bagus tentang memperkenalkan winglet pada sirip papan selancar adalah jika dilakukan dengan benar, mereka dapat melayani dua fungsi. Selain mengurangi hambatan, mereka juga dapat memberikan stabilitas ekstra di nada. Hal ini memungkinkan pengendara untuk menempatkan kaki mereka dalam rentang posisi yang lebih luas di papan, tanpa mempengaruhi trim ke titik di mana papan meluncur keluar atau menukik. Jika mereka berdiri terlalu jauh ke depan, papan akan sedikit miring ke bawah dan winglet akan menghasilkan downforce untuk melawan, dan jika pengendara terlalu jauh ke belakang, beberapa daya angkat tambahan akan dihasilkan. Jelas, masih ideal bagi pengendara untuk berdiri di tempat yang tepat, karena permukaan horizontal menghasilkan drag ekstra saat ini terjadi. Meskipun demikian, kekuatan restoratif yang diberikan oleh winglet adalah jaring pengaman yang baik.

CAD dari sirip khusus, balok di bagian atas untuk dipasang ke papan.

Set tiga sirip uji dicetak dalam Onyx murni tanpa penguat serat. Meskipun memanfaatkan serat untuk membuat cetakan lebih kuat memang menggoda, menggunakan Onyx murni membantu saya meniru fleksibilitas sirip akrilik cor dengan lebih baik. Hasil cetak sangat bagus untuk fitur tipis seperti itu, dengan ketebalan maksimum hanya 4 mm dan tepi trailing hanya setebal dua lapis.

Sirip papan selancar hidrodinamik dicetak di Onyx.

Sirip tersebut kemudian dikemas dalam sebuah kotak dan dikirim ke Australia untuk diuji. Fitur tebal dua lapis pada sayap sayap bertahan dengan baik selama perjalanan, dan saya tidak dapat melihat adanya deformasi. Saya menggunakan papan berukuran 7 kaki 3 inci yang dilengkapi dengan sirip kedalaman 120mm untuk melakukan perbandingan.

Pengaturan standar, dengan sirip berbentuk lumba-lumba plastik bening.

Sirip onyx dibandingkan dengan sirip bentuk lumba-lumba standar.

Sirip selancar dapat dipertukarkan menggunakan sistem kunci hex dengan kotak plastik yang dicetak ke papan komposit fiberglass. Salah satu kotak sirip di papan retak, yang mempengaruhi camber.

Menggunakan kunci sirip untuk mengganti sirip. Kotak sirip adalah tubuh hitam di dasar sirip.

Sirip papan selancar cetak 3D dipasang dengan pas sesuai spesifikasi, menunjukkan resolusi cetak kualitas bagian Mark Two. Sekarang sirip baru sudah terpasang, saatnya berselancar!

Papan dengan sirip Onyx terpasang.

Berselancar dengan Sirip

Sirip hanya diuji di sekitar 3 kaki surfing, yang cukup kecil menurut standar kebanyakan. Saya mulai menjelajahi sirip khusus, dan mereka bekerja sejak awal memungkinkan belokan yang bagus pada ombak. Papan juga terasa jauh lebih stabil di nada daripada di set standar. Saya bukan peselancar paling berpengalaman sehingga evaluasi teknis saya tidak mengikat; namun, saya sangat menikmati nuansa sirip baru.

Sirip bertahan dari sesi pertama dengan hampir tanpa keausan, meskipun faktanya beberapa fitur hanya setebal 2 lapis! Namun, ada beberapa tanda di mana sekrup pelengkap tertancap ke dalam colokan pemasangan.

Sirip setelah berselancar, masih utuh.

Tandai dari sekrup pemasangan di bagian atas sirip.

Pada hari kedua saya melihat bahwa sirip di kotak sirip yang retak tergantung lepas di ombak, dan pada pemeriksaan lebih dekat menyadari bahwa itu gagal dalam torsi. Saya pikir ada dua kemungkinan penyebab kegagalan ini. Salah satunya adalah papan jatuh ke bawah setelah menyapu gelombang sebelumnya, dan itu menyebabkan torsi yang merenggut steker terkemuka. Yang kedua adalah saya tidak cukup mengencangkan sekrup, yang pasti mungkin karena saya berhati-hati dengan kotak yang retak, dan itu jatuh secara alami. Either way, kekuatan gelombang memutar sekitar plug trailing edge cukup sedikit. Untuk urutan pertama, gelombang 10 km/jam akan memberikan gaya 3 kg pada sirip, karena tekanan dinamis. Ini akan menghasilkan kekuatan yang cukup tinggi pada blok root. Sirip patah adalah masalah umum, jadi akan menarik untuk mencoba sirip yang diperkuat serat untuk melihat perbedaan daya tahannya. Sifat menarik lainnya dari sirip yang diperkuat adalah kekakuannya yang dapat disetel, parameter desain yang umum pada sirip papan selancar.

Secara keseluruhan, saya sangat senang dengan kinerja sirip papan selancar cetak 3D, yang merupakan bukti kekuatan dan resolusi pencetakan Onyx.

Catatan Editor:Kami juga telah melampirkan .stls sirip sehingga Anda dapat mengunduhnya dan mencobanya sendiri! Jika Anda tertarik untuk bekerja sama dengan kami dalam proyek seperti ini atau lainnya, kirimkan email kepada kami di [email protected]!