Cykelbevægelser holder hydrofoils oprejst under flyvning

Når du er ved at falde, når du cykler, du styrer i retning af faldet uden selv at være klar over det. Denne korrektion kan forklares ved hjælp af fysikkens principper; din støtte, dvs hjulene, forblive i balance på grund af tyngdepunktet. Nu, for allerførste gang, det er også blevet videnskabeligt bevist, at dette princip om cykelstabilitet også kan bruges til at opretholde stabiliteten af ​​en hydrofoil, såsom TU Delft Solar Boat. De studerende har for nylig offentliggjort deres resultater i Naval Engineers Journal, et akademisk tidsskrift udgivet af American Society of Naval Engineers.

Matematisk model

Folier (eller stivere) er små vinger under en båd, hvilken, forudsat at båden sejler med tilstrækkelig hastighed, kan hæve skroget op af vandet på samme måde, som et flys vinger løfter et flys skrog op i luften. Forskere og forskere har i mange år kæmpet med udfordringen med at forbedre stabiliteten af ​​'flyvebåde'. De studerende Gijsbert van Marrewijk og Johan Schonebaum har været grebet af dette fænomen, lige siden de var medlemmer af TU Delft Solar Boat Team i 2013." vandet ville forblive stabilt på samme måde som vi holder os oprejst på en cykel, " siger Marrewijk. Eksperimenterer med 2016 TU Delft Solar Boat, designet og bygget af TU Delft-studerende under vejledning af cykelforsker Arend Schwab, de viste, at hydrofoilbåden faktisk kan holdes oprejst under flyvning ved hjælp af princippet om at styre ind i faldet.

Under disse eksperimenter, piloten styrede i retning af faldet, og eleverne registrerede ting som hastighed, højde og rullevinkel."Fordi at styre og holde en hydrofoil oprejst er meget sværere end at cykle, piloten modtog intensiv træning af eleverne på Solar Boat-holdet, " forklarer Schonebaum. Men en båd er ikke en cykel; i stedet for roterende hjul har den små folier under vandoverfladen. For ikke at nævne det faktum, at vægten fordeles og bæres anderledes." Det er ekstremt svært for en hydrofoilpilot at bare gå til vandet med det samme, Derfor udviklede vi en computersimulator for at sætte piloten i stand til at øve sig på forhånd."Den validerede matematiske model blev indbygget i dette træningsværktøj. Fra nu af, holdene vil være i stand til at bruge denne model til at beregne stabiliteten af ​​nye solfartøjsdesigns på forhånd." Før vi udviklede denne model, vi ville først finde ud af, at båden ikke var stabil nok, når vi kom på vandet. Denne simulator vil sandsynligvis spare fremtidige Solar Boat-teams for mange unødvendige timers bygning og frustration, " siger Schonebaum. Forskningen er allerede taget i brug i designet af årets solbåd. Holdet har udvidet styresystemet baseret på disse forskningsresultater, hvilket betyder at båden nu kan dreje med højere hastighed og med en mindre vendecirkel.

En gang ude på vandet, det stod hurtigt klart, at den lave vægt af 2016 TU Delft Solar Boat (100 kg) kombineret med den innovative styremekanisme betød, at båden var i stand til at opnå tophastigheder på op til 55 km/t. I 2016, denne fart vandt TU Delft Solar Boat Team to sølvmedaljer; ved solbåds-VM i Friesland og ved Monte Carlo Cup i Monaco. Men det er første gang, der har været noget videnskabeligt bevis for at understøtte denne stabilitetsmekanisme." Det er fantastisk, at disse studerende har været i stand til at demonstrere med dette forskningspapir, at en pilot kan sejle en båd, ligesom vi cykler, " siger Schwab."Og det er ikke hver dag, at forskning udført af kandidatstuderende publiceres i et akademisk tidsskrift."

"At blive udgivet er fantastisk, selvfølgelig, men endnu vigtigere, denne nye viden om, hvordan hydrofoilteknologi fungerer, kan nu også bruges til at gøre skibsfarten mere bæredygtig i fremtiden, " siger Marrewijk. Traditionelle både havde altid brug for flere folier for at hæve båden op af vandet uden at miste balancen. "Ligesom stabilisatorer holder en cykel oprejst, når børn lærer at ride, " forklarer Marrewijk. En båd, der løftes op af vandet på denne nye måde, har brug for færre folier og har derfor mindre vandmodstand, hvilket gør sejlads meget mere økonomisk."Den her involverede modstand kan sammenlignes med den fra en menneskelig hånd, der glider gennem vandet, " ifølge Marrewijk. "Opfølgningsforskning er nødvendig for at finde ud af, præcis hvor meget mere økonomisk det kunne være for en større båd, men vi forventer, at skibsbygningsvirksomheder helt sikkert vil være interesserede i dette princip for at holde hydrofoils oprejst under flyvning."