Undersøgelse undersøger aerodynamisk ydeevne af nylonfjerbolde

Badminton sporer sine rødder tilbage mere end et årtusinde, men den moderne version af ketcherspillet opstod i slutningen af ​​det 19. århundrede i England. I dag er det den næstmest populære sport i verden bag fodbold, med anslået 220 millioner mennesker, der nyder at spille. I de sidste tre årtier har badminton været en konkurrencedygtig olympisk sport, og med "fugle"-hastigheder, der topper 300 mph i "smash"-slag, giver det bestemt en spændende tilskuersport.

Fjerbolde, også kendt som birdies eller fugle, er traditionelt lavet af andefjer, men nylonfjer er blevet mere udbredt på grund af deres overlegne holdbarhed. Deres flyveadfærd er dog meget anderledes end traditionelle fjerfugle.

I Physics of Fluids, en trio af videnskabsmænd i Indien udforskede den aerodynamiske ydeevne af nylonfjerbolde ved forskellige flyvehastigheder. Gennem beregningsmæssige analyser baseret på to-vejs væske-struktur interaktioner koblede holdet ligninger, der styrer luftstrømmen, med ligninger, der bestemmer skørtdeformation af en fjerbold under flyvning. Artiklen har titlen "Computational analysis of the fluid-structure interactions of a syntetisk badminton shuttlecock."

"Vi studerede flowet ved at undersøge aerodynamiske kræfter på fjerbolden såvel som dens deformationer ved hver flyvehastighed," sagde forfatter Sanjay Mittal. "Trykket på skørtet får det til at deformeres indad, og denne deformation øges med hastigheden."

Holdet identificerede fire forskellige deformationsregimer. Ved hastigheder mindre end 40 meter i sekundet (89 mph) bevarer skørtet cirkulæritet trods tværsnitsdeformation; ved højere hastigheder spænder den og deformeres til en firkant, før den derefter vibrerer radialt. Til sidst gennemgår den en lavfrekvent bølgelignende deformation i omkredsen.

"Tværsnitsarealet af fjerbolden falder med hastigheden, hvilket sænker luftstrømmen gennem fjerbolden," sagde Mittal. "Hvirvelstrukturerne, der dannes inde i fjerbolden, svækkes, når den deformeres. Som et resultat af disse effekter tilbyder den deformerede fjerbold en meget lavere luftmodstand sammenlignet med dens stive modstykke."

Undersøgelsens beregningsresultater bekræfter eksperimentelle målinger og forklarer fænomenologien af, hvorfor en fjerbold med andefjer ikke deformeres så meget som en fjerbold i nylon – og hvorfor hver fjerbolds flyvning er helt anderledes. Fra perspektivet af en spiller på den modtagende ende af et smash shot, er nylonfjerbolden, som bevæger sig hurtigere, sværere at returnere.

I sidste ende kan forskningen repræsentere en ny bue i historien om den elskede sport.

"Vores undersøgelse åbner mulighed for forbedrede designs, der gør nylonfjerbolden strukturelt stivere, så den i højere grad efterligner fjerfjerboldens aerodynamiske ydeevne," sagde Mittal. "Dette kunne være en game-changer, bogstaveligt talt."

Flere oplysninger: Beregningsmæssig analyse af væske-struktur-interaktionerne af en syntetisk badminton-fjerbold, Physics of Fluids (2024). DOI:10.1063/5.0182411

Journaloplysninger: Fysik af væsker

Leveret af American Institute of Physics