楽しい金曜日：3Dプリントされたサーフボードフィン

ライターのメモ：私は電気工学のインターンとしてMarkforgedで働いており、オーストラリアへの旅行の前にオフィスの周りでいくつかのテストサーフボードフィンを見て、Markforged MarkTwoプリンターで3Dプリントされたサーフボードフィンを作ることに興味を持ちました。このブログ投稿では、カスタムフィンの設計とテストについて詳しく説明しています。 -Lochie Ferrier

サーフボードフィンについて

サーフボードには必ずしもフィンが付いているわけではありません。 1930年以前は、サーファーは非常に凸包（ボートの船体を考えてください）を使用するか、足を水中に引きずり込むことによってボードを制御していました。 。ボードはターン中に滑り出し、サーフィン中のテクニカルカービングは基本的に不可能でした。フィンの発明はサーフィンにルネッサンスをもたらし、新しいフィンはヨーを安定させ、ロールを減衰させ、ターン中にリフトを生み出しました。それらは航空機の翼または尾翼と同じように機能し、通常は翼の断面を持っています。これにより、断面が長方形である場合と比較して、最小の抗力で最大の揚力を生み出すことができます。

チタンサーフボードフィンの断面

対称的な飛行機の翼の断面。その形はサーフボードのひれの形に非常に似ています。

翼の断面は高度に最適化されていますが、ほとんどのフィンの全体的な形状には明らかに非効率性があります。古典的なイルカのひれは見た目には美しいですが、サーフボードでの揚力の生成には全体的に不完全です。実際、どの翼にも最適な形状は楕円です。これは、翼の揚力が楕円形に分布しているため、長くて細い翼は、後退した（イルカの）フィンよりもはるかに優れたスパン効率係数を持っているためです。より高いスパン効率は、単位抗力あたりのより多くの揚力、またはより効率的なフィンを意味します。揚力誘導抗力は、底面の高圧領域から上面の低圧領域に移動する流れによって引き起こされます。翼が楕円に近いほど、揚力分布が最適になり、特定の揚力に対して翼を小さくすることができます。この理論の適用の良い例は、給油せずに地球を一周したことで有名な飛行機、ルーターンボイジャーです。その長くて狭い翼は他のどの形状よりもはるかに効率的であり、重要な燃料を節約することができました。

Rutan Voyagerは、揚力比を高くするために長くて狭い翼を採用した超効率的な飛行機です。

ほとんどのサーフボードフィンの後退翼は空力技術の模倣の問題であるように見えるかもしれませんが、戦闘機や旅客機の後退翼は実際には超音速の気流に最適化されています。サーフボードのフィンが超音速の流れに直面することはありません。形状の唯一の実際の説明は、科学的よりも実用的です。なぜなら、昆布の海では、後退したひれが昆布に惑わされる可能性が低いからです。

最適な形状が楕円であることを考えると、サーフボードのフィンの前縁と後縁は適度にまっすぐである必要があります。これは、以前に十分にテストされたアイデアです。ひれがケルピーエリアで使用されていない場合、これらのまっすぐなエッジは問題ではありません。

ウィングレットの追加

抗力の最大の原因の1つは、フィンの底から形成される渦です。底部に小さなウィングレットを追加することにより、フィンからの流体の流れが防止され、有害な渦が大幅に縮小されます。これらのウィングレットが見覚えがある場合、それはそうだからです。最近では、多くのジェット旅客機がこれと同様の設計を実装して、抗力効率を大幅に向上させています。

大型旅客機の翼端渦を示すgif。

サーフボードのフィンにウィングレットを導入することの良いところは、正しく行われた場合、2つの機能を果たすことができるということです。抗力を減らすことに加えて、ピッチの安定性を高めることもできます。これにより、ライダーは、ボードが滑り落ちたり、うなずいたりするポイントまでトリムに影響を与えることなく、ボード上のより広い範囲の位置に足を置くことができます。彼らがあまりにも前に立っている場合、ボードはわずかにノーズダウンし、ウィングレットはカウンターするためのダウンフォースを生成し、ライダーがあまりにも後ろにある場合、いくつかの余分な揚力が生成されます。明らかに、これが起こったときに水平面が余分な抗力を生み出すので、ライダーが正しい場所に立つことは依然として理想的です。そうは言っても、ウィングレットが提供する復元力は優れたセーフティネットです。

カスタムフィンのCAD、上部のブロックはボードに取り付けるためのものです。

3つのテストフィンのセットは、繊維補強なしの純粋なオニキスで印刷されました。繊維を利用してプリントをより強くすることは魅力的でしたが、純粋なオニキスを使用することで、キャストアクリルフィンの柔軟性をよりよく模倣することができました。プリントは、最大厚さがわずか4 mmで、後縁の厚さが2層しかない、このような薄い機能に最適です。

Onyxで印刷された流体力学的サーフボードフィン。

その後、フィンは箱に詰められ、テストのためにオーストラリアに送られました。ウィングレットの2層の厚い特徴は、旅行中にうまく持ちこたえ、変形は見られませんでした。比較には、深さ120mmのフィンを備えた7フィート3インチのボードを使用しました。

透明なプラスチック製のイルカの形をしたフィンを備えた標準的なセットアップ。

標準的なイルカの形のフィンと比較したオニキスのフィン。

サーフフィンは、グラスファイバー複合ボードに成形されたプラスチックボックスを備えた六角レンチシステムを使用して交換可能です。ボード上のフィンボックスの1つにひびが入り、キャンバーに影響を及ぼしました。

フィンキーを使用してフィンを変更します。フィンボックスは、フィンの基部にある黒いボディです。

3Dプリントされたサーフボードのフィンは仕様に従ってぴったりとフィットし、MarkTwoパーツの高品質のプリント解像度を示しています。新しいフィンがついたので、サーフィンをする時が来ました！

Onyxフィンが取り付けられたボード。

フィンを使ったサーフィン

フィンは約3フィートのサーフでのみテストされました。これはほとんどの基準でかなり小さいです。私はカスタムフィンをサーフィンすることから始めました、そしてそれらは最初から波の素晴らしいターンを可能にするように働きました。ボードはまた、標準セットよりもピッチがはるかに安定していると感じました。私は最も経験豊富なサーファーではないので、私の技術的評価は拘束力がありません。しかし、私は新しいフィンの感触を本当に楽しんだ。

一部の機能の厚さが2層しかないにもかかわらず、フィンは最初のセッションでほとんど摩耗することなく生き残りました。ただし、取り付けネジが取り付けプラグに食い込んだ箇所がいくつかありました。

サーフィン後のフィン、まだ完全に無傷。

フィン上部の取り付けネジから印を付けます。

2日目、ひびの入ったフィンボックスのフィンが波にぶら下がっていることに気づき、詳しく調べてみると、ねじれに失敗していることがわかりました。この失敗の原因は2つ考えられます。 1つは、前の波でワイプアウトした後、ボードが底に衝突し、それがトルクを引き起こして先行プラグを壊したことです。 2つ目は、ネジを十分に締めていなかったということです。これは、ひびの入った箱に注意していたので間違いなく可能でしたが、自然に脱落しました。いずれにせよ、波力は後縁プラグの周りにかなりねじれています。一次的には、動圧のために、10 km / hの波はフィンに3kgの力をかけます。これにより、ルートブロックにかなり大きな力がかかります。フィンの破損はよくある問題なので、繊維強化フィンを試して耐久性の違いを確認するのは興味深いことです。強化フィンのもう1つの興味深い特性は、剛性が調整可能であるということです。これは、サーフボードフィンの一般的な設計パラメーターです。

全体として、3Dプリントされたサーフボードフィンのパフォーマンスに非常に満足しました。これらは、Onyxプリントの強度と解像度の証です。

編集者注：フィンの.stlsも添付されているので、ダウンロードして自分で試すことができます。このようなプロジェクトや他のプロジェクトで私たちと協力することに興味がある場合は、social @ markforged.com宛てにメールを送信してください。