衝浪水翼(foilboard)為何能在靜水上前進而不會沉沒?
在衝浪滑板下加上一根高速帆船上常見的水翼,就成為了衝浪水翼,可以在衝浪時靠水翼提供升力整個板身離開水面,但通常需要海浪、划槳或者船拉的力量。但有人僅僅依靠自身上下擺動,就驅使衝浪水翼離開在水面前進,就像水上飛一樣,這是怎麼做到的呢?
Foil Surfing on Flat Water
水翼板的原理其實蠻好理解的,這個問題要拆解成兩個部分進行解釋:
1.水平速度的獲得
2.浮力的獲得
首先解釋水平速度是怎樣取得的,如果諸位有玩過Freeline/旱冰/滑冰的經驗,應該能夠比較輕易的理解。
它們的共同原理就是輪組、冰刀以及翼片切在所接觸的材質上,由於本身的結構限制,只能做接近平行於前進方向的運動(成一個小角度),而此時如果對其施加一個垂直於運動方向的力,那麼這個力會被轉移到運動方向形成推力。語言組織的稍微有點晦澀,無法理解的話看下面的例子就理解了:
浮力是通過伯努利原理獲得的:
伯努利原理_百度百科?baike.baidu.com對於同樣是流體的水而言,伯努利原理自然依舊生效:
水翼板就是依靠伯努利原理產生升力實現的水上滑行。
可以看下這個視頻,至少我覺得還是挺可信的,youtube上類似的視頻不少。
水翼提供升力是很好理解的事情,就像飛機的機翼那樣。但如何通過上下擺動前進則比較費解,猜測是類似蝶泳腿的原理?但這樣的話,似乎只有前面的翼板提供前進力,後面的小翼板則是阻力?
淺見。向前傾晃動身體,使整體重心稍向前偏移產生慣性,使改變主水翼AOA至某特定角度達到最大升力。三者相互配合。還有,得有付公狗腰。
如下圖,這裡只畫了水面以下的部分。滑板上的人向下一踩,那麼就有個紅箭頭的力F向下作用,於是水的流速變成了藍箭頭的方向V,這樣就相當於機翼以一定的迎角運動,於是產生升力,使滑板上升。 @Gang Fang 我回答得對嗎?
這類似於鳥的飛行,鳥上下煽動翅膀(類似於這裡的人的上下運動),但鳥卻向前運動,並且保持高度。
搞過一段時間水翼,原理和機翼相似,都是通過設計翼型來產生更多升力。
運用水翼的例子還有很多,比如水翼艇...
想到了 Liquid Robotics 公司的 Wave Glider,是一個收集海洋數據的產品。當初參加了一個 Tech Talk 講該產品如何在海上漂數月乃至數年但是只需要小小的電池用於通信,而前進的動力則不需要任何額外的動力。其中用的是將上下的洋流動力變成前進動力。
有興趣的可以看這個視頻講解:
The Wave Glider | How It Works
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