Viernes divertido:aletas para tablas de surf impresas en 3D

Nota del escritor:Trabajo en Markforged como pasante de ingeniería eléctrica, y ver algunas aletas de prueba de tablas de surf en la oficina antes de un viaje a Australia me interesó en hacer quillas de tablas de surf impresas en 3D con la impresora Markforged Mark Two. Esta publicación de blog detalla el diseño y las pruebas de las aletas personalizadas. -Lochie Ferrier

Acerca de las aletas para tablas de surf

Las tablas de surf no siempre tuvieron quillas. Antes de 1930, los surfistas controlaban sus tablas usando cascos extremadamente convexos (piense en los cascos de los barcos) o arrastrando sus pies en el agua . Las tablas se deslizaban durante los giros y el carving técnico mientras se practicaba surf era básicamente imposible. La invención de las quillas provocó un renacimiento en el surf, con las nuevas quillas estabilizando la guiñada, amortiguando el balanceo y produciendo sustentación durante los giros. Funcionan de manera similar a la sección de ala o cola de un avión y, por lo general, tienen una sección transversal de perfil aerodinámico. Esto les ayuda a producir una cantidad máxima de sustentación con una cantidad mínima de arrastre, en comparación con solo tener una sección transversal rectangular.

Sección transversal de una aleta de tabla de surf de titanio

Una sección transversal simétrica del ala de un avión. Su forma es extremadamente similar a la de una quilla de tabla de surf.

Aunque la sección transversal de la superficie aerodinámica está altamente optimizada, la forma general de la mayoría de las aletas tiene una ineficacia evidente. Las clásicas aletas de delfín son estéticamente agradables pero en general imperfectas para la generación de sustentación en tablas de surf. De hecho, la forma óptima para cualquier ala es una elipse. Esto se debe a que la sustentación de un ala se distribuye en un patrón elíptico, por lo que un ala larga y delgada posee un factor de eficiencia de envergadura muy superior al de una aleta barrida hacia atrás (delfín). Una mayor eficiencia de tramo significa más sustentación por unidad de arrastre o una aleta más eficiente. El arrastre inducido por elevación es causado por el flujo que se mueve desde el área de alta presión sobre la superficie inferior a la baja presión sobre la superficie superior. Cuanto más cerca está un ala de una elipse, más óptima es la distribución de sustentación y más pequeña puede ser la ala para una determinada cantidad de sustentación. Un buen ejemplo de la aplicación de esta teoría es el Rutan Voyager, un avión que dio la famosa vuelta al mundo sin repostar. Sus alas largas y estrechas eran mucho más eficientes que cualquier otra forma, lo que les permitía ahorrar combustible crítico.

El Rutan Voyager, un avión hipereficiente que empleaba alas largas y estrechas para una alta relación de sustentación / arrastre.

Si bien puede parecer que el retroceso en la mayoría de las aletas de las tablas de surf es una cuestión de tecno-mimetismo aerodinámico, las alas hacia atrás de los aviones de combate y aviones de pasajeros se están optimizando para el flujo de aire supersónico. Las aletas de las tablas de surf nunca enfrentan un flujo supersónico. La única explicación real de la forma es más práctica que científica; porque en aguas kelpy, es menos probable que las aletas barridas se atasquen con las algas.

Dado que la forma óptima es una elipse, los bordes delantero y trasero de una quilla de tabla de surf deben ser razonablemente rectos. Ésta es una idea que ha sido bien probada antes. Si las aletas no se utilizan en un área kelpy, estos bordes rectos no son un problema.

Agregar Winglets

Una de las mayores fuentes de arrastre son los vórtices que se forman en la parte inferior de la aleta. Al agregar pequeñas aletas en la parte inferior, se evita el flujo de líquido de la aleta y se reducen considerablemente los vórtices dañinos. Si estos winglets le resultan familiares, es porque lo son. Más recientemente, muchos aviones de pasajeros han implementado diseños similares a este para aumentar radicalmente la eficiencia de arrastre.

Un gif que ilustra los vórtices de las puntas de las alas en un gran avión de pasajeros.

Lo bueno de introducir winglets en una quilla de tabla de surf es que, si se hacen bien, pueden cumplir dos funciones. Además de reducir la resistencia, también pueden proporcionar una estabilidad adicional en el tono. Esto permite al ciclista colocar sus pies en un rango más amplio de posiciones sobre la tabla, sin afectar el trimado hasta el punto en que la tabla patina o cae en picada. Si se paran demasiado hacia adelante, la tabla se inclinará ligeramente hacia abajo y los winglets producirán una fuerza descendente para contraatacar, y si el ciclista está demasiado atrás, se producirá una elevación adicional. Obviamente, sigue siendo ideal que el ciclista se pare en el lugar correcto, porque la superficie horizontal produce una resistencia adicional cuando esto sucede. Dicho esto, la fuerza restauradora que proporcionan las aletas es una buena red de seguridad.

CAD de aleta personalizada, los bloques en la parte superior son para montar en la tabla.

El conjunto de tres aletas de prueba se imprimió en Onyx puro sin refuerzo de fibra. Si bien era tentador utilizar fibra para hacer las impresiones más fuertes, usar Onyx puro me ayudó a imitar mejor la flexibilidad de las aletas acrílicas fundidas. Las impresiones resultaron excelentes para características tan delgadas, con un grosor máximo de solo 4 mm y los bordes posteriores de solo dos capas de grosor.

Aletas de tabla de surf hidrodinámicas impresas en Onyx.

Luego, las aletas se empaquetaron en una caja y se enviaron a Australia para su prueba. Las características de dos capas de espesor en las aletas se mantuvieron bien durante el viaje, y no pude notar ninguna deformación. Usé una tabla de 7 pies y 3 pulgadas equipada con aletas de 120 mm de profundidad para hacer la comparación.

La configuración estándar, con aletas de plástico transparente en forma de delfín.

Aleta de ónix en comparación con la aleta estándar con forma de delfín.

Las aletas de surf son intercambiables mediante un sistema de llave hexagonal con cajas de plástico moldeadas en la tabla compuesta de fibra de vidrio. Una de las cajas de las aletas de la tabla estaba agrietada, lo que afectó la curvatura.

Usando una llave de aleta para cambiar las aletas. La caja de la aleta es el cuerpo negro en la base de la aleta.

Las quillas de la tabla de surf impresas en 3D se ajustaron cómodamente de acuerdo con las especificaciones, mostrando la resolución de impresión de calidad de las partes de Mark Two. Ahora que estaban puestas las nuevas quillas, ¡era hora de surfear!

Tablero con aletas de Onyx instaladas.

Surfeando con las aletas

Las quillas solo se probaron en un surf de aproximadamente 3 pies, que es bastante pequeño para la mayoría de los estándares. Empecé a surfear con las quillas personalizadas, y funcionaron desde el principio permitiendo buenos giros en las olas. La tabla también se sintió mucho más estable en el tono que en el set estándar. No soy el surfista más experimentado, por lo que mi evaluación técnica no es vinculante; sin embargo, disfruté mucho la sensación de las nuevas aletas.

Las aletas sobrevivieron a la primera sesión casi sin desgaste, a pesar de que algunas características tenían solo 2 capas de grosor. Sin embargo, había algunas marcas donde los tornillos de fijación se clavaron en los tacos de montaje.

Fin después del surf, todavía completamente intacto.

Marca del tornillo de montaje en la parte superior de la aleta.

El segundo día me di cuenta de que la aleta en la caja de la aleta agrietada colgaba suelta en el oleaje, y en una inspección más cercana me di cuenta de que había fallado en la torsión. Creo que hubo dos posibles causas de este fracaso. Una fue que la placa se estrelló contra la parte inferior después de una caída en la ola anterior, y eso provocó un par de torsión que arrancó el tapón principal. La segunda es que no había apretado los tornillos lo suficiente, lo que definitivamente fue posible porque estaba teniendo cuidado con la caja agrietada y, naturalmente, se cayó. De cualquier manera, las fuerzas de las olas se retorcieron bastante alrededor del tapón del borde de fuga. A primer orden, una ola de 10 km / h ejercería una fuerza de 3 kg sobre la aleta, debido a la presión dinámica. Esto resultaría en una fuerza bastante alta en los bloques de raíces. Las aletas rotas son un problema común, por lo que sería interesante probar una aleta reforzada con fibra para ver la diferencia en durabilidad. La otra propiedad interesante de una aleta reforzada sería que la rigidez sería ajustable, un parámetro de diseño común en las quillas de las tablas de surf.

En general, estaba muy contento con el rendimiento de las quillas de las tablas de surf impresas en 3D, eran un testimonio de la fuerza y ​​la resolución de la impresión Onyx.

Nota del editor:también adjuntamos los archivos .stls de las aletas para que pueda descargarlos y probarlos usted mismo. Si está interesado en trabajar con nosotros en proyectos como este u otros, envíenos un correo electrónico a [email protected].