Гидрофойл доска на подводных крыльях своими руками

Гидрофойл доска на подводных крыльях своими руками

Средства передвижения по воде, как показывает современная практика, развиваются технологически не менее активно, чем традиционно привычные наземные. Уже стали привычным делом морские развлечения на каяках, гидроциклах и досках для серфинга. Между тем для упомянутого последним вида своего рода морского судна, появился ещё более совершенный вариант – гидрофойл или фойлборд (Hydrofoil, Foilboard). Теперь развлечения на воде становятся доступны любому желающему, но уже с помощью доски на подводных крыльях. Рассмотрим подробнее конструкцию и возможности сделать это своими руками.

Что такое гидрофойл для морских развлечений?

Можно сказать, полноценное морское судно на подводных крыльях, коим является гидрофойл или другое название – фойлборд, это реально революция для водных видов спорта. Людям, увлекающимся серфингом, новое устройство позволяет выполнять все операции на более слабых волнах и даже при полном штиле, в течение длительных периодов времени.

Учитывая, что первые конструкции появились уже в 2017 году, отмечаются активные внедрения гидрофойлов серфингистами на средиземноморском побережье Каталонии и Южной Европы. Вместе с тем, открываются обширные возможности для платформы проектирования, которая помогает прогнозировать поведение такого рода устройств ещё до начала сооружения. То есть имеются пути, чтобы создать гидрофойл своими руками.

Многие молодые люди, накопившие опыт работы с механическими деталями, увлекающиеся парусным спортом, могут погрузиться в область аэрокосмической инженерии. В результате не исключается разработка и создание личного инструмента для водных видов спорта — гидрофойла, несмотря на все имеющиеся сложности разработки и производства.

Что такое кавитация + эффект глубины для гидрофойла?

Кавитация — явление, характеризующее фазовый переход от состояния жидкости к состоянию газа в жидкости по причине снижения давления при постоянной температуре. Образование пузырьков оказывает влияние на поток, изменяя тем самым гидродинамические силы.

Когда пузыри схлопываются, возникает структурная эрозия и шумовой эффект. Это одна из причин неприятия лодок на подводных крыльях по сравнению с традиционными плавучими технологиями. Однако для гидрофойла кавитация имеет мизерное значение, так как явление это возникает в условиях более высоких скоростей и перепадах давления, чем при серфинге с фойлбордом.

Эффект глубины учитывает снижение подъёмной силы по причине близости крыла к поверхности воды. Переход между воздушной средой и водой должен иметь давление в одну атмосферу. При таких условиях на переменном расстоянии возникает состояние контура, в отличие от неограниченного воздушного потока. Это уменьшение подъёмной силы увеличивается при уменьшении погружения гидрофойла, а уже на поверхности воды подъёмная сила равна нулю.

Гидрофойл – пять систем текущей современности

Рассмотрим кратко уже существующие технологии изготовления гидрофойлов (фойлбордов) на текущий момент времени. Проведём своего рода краткий экскурс с показательными примерами изготовления досок, что видится полезным моментом для самостоятельного проектирования и производства.

Xraydisk Sata3 SSDСмартфон Xiaomi POCO M3 RUАвтомобильное пусковое устройство Baseus

Гидрофойл #1: конструкция 2019 года «Hover Glide Fsurf»

Одна из современных разработок, где мачта и фюзеляж конструкции на подводных крыльях изготовлены из лёгкого моторного алюминия. Вместе с тем, рабочее крыло и хвостовое оперение устройства «Hover Glide Fsurf» выполнены из композитного материала.

Гидрофойл доска на подводных крыльях - конструкция 1
Гидрофойл «Hover Glide Fsurf»

Длина мачты этой системы для серфинга составляет 61 см, то есть коэффициент удлинения равен — 3,7. Площадь поверхности отмечена параметром 1534 см2 при размахе крыла 77 см. Это изделие – продукт профессионального промышленного производства. На рынке такой фойлборд оценивается суммой 1170 евро.

Гидрофойл #2: конструкция 2019 года «Foil Surf Thrust XL»

Ещё одна система под активный серфинг, практически аналогичная предыдущему изделию с точки зрения дизайна. Часть фюзеляжа и вертикальная опора, в этом случае, также изготовлены на базе материала — лёгкого моторного алюминия.

Гидрофойл доска на подводных крыльях - конструкция 2
Фойлборд «Foil Surf Thrust XL»

Область крыла и область хвостового оперения выполнены по типу пространственной конструкции (монокок) из углепластика и стекловолокна. Сердцевина при этом пенопластовая. Длина мачты конструкции достигает размера — 55 см, соотношение сторон — 4,75, соответственно. Размах крыла достигает 86 см, площадь поверхности составляет 1572 см2. Рыночная стоимость этого сооружения на подводных крыльях — 1470 евро.

Гидрофойл #3: конструкция 2019 года «Futura Sup Foil»

Очередной вариант из каталога 2019 водного спортивного инвентаря для серфинга. Данный конструктивный вариант фойлборда опять же изготовлен по большей части из алюминия. Этот материал, нужно отметить, зачастую является предпочтительным для изготовления досок.

Гидрофойл доска на подводных крыльях - конструкция 4
Фойлборд «Futura Sup Foil»

Здесь алюминиевыми представлены такие детали устройства, как фюзеляж и мачта. А вот рабочие крылья системы сделаны из пластика, армированного дополнительно углеродным волокном. Эта система имеет размер мачты 61 см, коэффициент удлинения составляет — 3,3. Площадь поверхности достигает значения — 2066 см2 при размахе крыла 84 см. Купить такую конструкцию доступно по цене 1040 евро.

Гидрофойл #4: конструкция 2019 года «Foil Wind Thrust»

Следующий оригинальный инструментарий серии 2019, по большей части пригодный не столько для занятий волновым серфингом, сколько для занятий виндсерфингом. Конструктивное исполнение незначительно отличается от систем, рассмотренных выше, но некоторые особенности всё-таки имеются.

Гидрофойл доска на подводных крыльях - конструкция 4
Фойлборд «Foil Wind Thrust»

Здесь такие же, как у представленных ранее конструкций, алюминиевый фюзеляж и мачта. Подводные крылья выполнены на основе композитных материалов. Размер мачты по длине составляет 70 см. Коэффициент удлинения равен 3,46 см. Размах подводного крыла — 65 см, площадь поверхности 1220 см2. Купить такой гидрофойл можно по цене 1360 евро.

Гидрофойл #5: конструкция 2019 года «Fanatic Aero Sup Foil 2000»

Очередная система гидрофойл на подводных крыльях, по большей части предназначенная для спортивного серфинга на волнах. По конструктивному исполнению несколько отличается от предыдущих систем удлинённой мачтой. В остальном особых различий практически не наблюдается.

Гидрофойл доска на подводных крыльях - конструкция 5
Гидрофойл «Fanatic Aero Sup Foil 2000»

Детали фюзеляжа и мачты этого фойлборда изготовлены из моторного алюминия. Подводные крылья сделаны на основе углеродного композитного материала. Размерность мачты по длине достигает 75 см, тогда как размах подводного крыла составляет 99 см. Площадь поверхности в этом варианте достигает значения 2000 см2. Купить гидрофойл такого типа доступно за 1350 евро.

 

Методология или как сделать гидрофойл самостоятельно

Гидродинамический дизайн берёт начало с формирования и оптимизации различных геометрических форм. Для этого в профессиональной среде используется программное обеспечение, например, «Open VSP». Программное обеспечение основано на методике вихревой решетки для вычисления всех требуемых коэффициентов.

Программным обеспечением в процессе проектирования для каждой итерации учитываются три кривые:

  1. CM-Alpha – кривая, коэффициент момента тангажа как функция угла атаки. Для устойчивости наклон этой кривой должен быть отрицательным. Другой важный аспект дизайна — угол нулевого момента.
  2. CL-Alpha – кривая, коэффициент подъёмной силы как функции угла атаки. Необходима достаточная подъёмная сила, чтобы поддерживать ход на достаточно низкой скорости. Профиль и угол атаки крыла имеют огромное влияние на эту кривую.
  3. CN-Beta – кривая, коэффициент момента рыскания как функция угла бокового скольжения. Эта кривая используется для определения размера вертикального стабилизатора. Должна иметь отрицательные значения для рассеивания возмущений

Оптимизация выполняется путём предложения геометрии и последующего изменения параметров размаха крыльев, стреловидности (распределения хорды). Весь этот процесс оптимизации реализуется с помощью программного обеспечения «Open VSP».

Результирующая геометрия для возможной системы

Геометрия «Альфа» — обычная конструкция. Одним из основных преимуществ, в данном случае, — крыло отделено от источника устойчивости — хвостового оперения. Однако, чтобы иметь возможность разместить две части этой системы внутри станка с ЧПУ, размах крыла не должен превышать 1 метра. Размах хвостового оперения должен составлять 0,5 м, чтобы поместиться в одну часть. Результирующая геометрия после всех итераций следующая:

Свойства Значения
Площадь поверхности (м2) 0.19
Соотношение сторон 5.26
Коэффициент объёма хвоста 1.67
Угол равновесия (градус) 1.0
Кручение (градус) 0
Угол атаки крыла (градус) 3.0
Угол атаки хвоста (градус) — 2.0

Геометрия «Бета» — конструкция летающего крыла гидрофойла. Главное преимущество такой конструкции – простота исполнения. Отсутствует хвостовое оперение и фюзеляж, поэтому эффективность обычно выше, чем у систем геометрии «Альфа». Однако отсутствие хвоста ставит трудную задачу разработки стабильной геометрии с высоким центром масс. Результирующая геометрия после всех итераций следующая:

Свойства Значение
Площадь поверхности (м2) 0.23
Соотношение сторон 7.35
Угол равновесия (градус) 0.2
Кручение (градус) — 5.0
Угол атаки крыла (градус) 3.0

Между тем, аэродинамический профиль — не единственное решение, необходимое для создания стабильного бесхвостого гидрофойла. Крыло должно иметь стреловидность. В данном случае 45º. Кроме того, для противодействия отрицательному моменту крыло также имеет отрицательную закрутку или размывку. Это снижает подъемную силу, создаваемую наиболее запаздывающей частью крыла, или даже делает эту силу отрицательной.

Это чисто теоретические представления относительно возможностей постройки гидрофойла своими руками. Практически рассмотрим сооружение прототипа в следующей статье.


При помощи информации: UPC