Warum fliegen Surfbretter beim Fahren auf der Autobahn nicht aus der Ladefläche eines Nutzfahrzeugs?

Ein grobes Modell des UTE wird verwendet, um das Druckfeld zu simulieren, das vom Auto erzeugt wird, wenn es durch atmosphärische Luft fährt. Wir müssen den Druck in der Ladefläche bestimmen, weil er Kraft auf das Surfbrett ausübt. Das Auto fährt konstant$60 ~\text{mph}$(ein willkürlicher Worst-Case-Wert).

OBEN: Das Geschwindigkeitsprofil der um das Auto strömenden Luft.

LOWER: Das relative (zum atmosphärischen) Druckprofil und Oberflächenplot.

Die Position des Surfbretts beeinflusst Ihre Antwort stark. Ich gehe davon aus, dass das Surfbrett flach liegt, vollständig innerhalb der Ladefläche (mit der Heckklappe nach oben). Für den Moment gehen wir davon aus, dass horizontale Kräfte auf das Surfbrett vernachlässigbar sind. Die Summe der vertikalen Kräfte bestimmt, ob das Surfbrett herausfliegt.
Drücke wirken auf die Ober- und Unterseite des Surfbretts. Das relative Druckprofil am Boden der Ladefläche (untere Fläche) ist unten dargestellt. Ein ähnliches Profil existiert entlang der Oberseite des Surfbretts. Als Vereinfachung werden durchschnittliche Relativdrücke verwendet, um Kräfte auf dem Surfbrett zu summieren, wobei$P_{ave,lower} = .02 \ ~\text{psi}$Und$P_{ave,upper} = .03 \ ~\text{psi}$.

Verschiedene Surf-Websites listen die Abmessungen und Gewichte von Shortboards auf$A_\text{surfboard} \approx 2100 ~\text{in}^2$Und$W_{surfboard}\approx 6~\text{lbf}$. Bei$60 \text{mph}$, sind die resultierenden Druckkräfte:

Dadurch wird Ihr Surfbrett nach unten gehalten$\approx 27~\text{lbf}$- Ihr Surfbrett zeugt offenbar davon! Wie andere Antworten zeigen, gibt es andere Überlegungen. Beschleunigungen und transiente Effekte sind nicht bekannt. Während Ihr Surfbrett bei konstanten Geschwindigkeiten sicher zu sein scheint, sollten Sie vorsichtig bleiben und davon ausgehen, dass es fliegen könnte.

Dieses Modell veranschaulicht zwei Arten von Fluidströmungen ( Strömungsregime ): Laminare Strömung, gekennzeichnet durch „glatte“ Profile, und turbulente Strömung, gekennzeichnet durch „chaotische“ Profile. Mach-Strömung liegt vor, wenn die Geschwindigkeit einer Flüssigkeit größer als ihre Schallgeschwindigkeit ist ($c_\text{air}\approx 761 ~\text{mph}$), eine Stoßwelle erzeugen - es ist in diesem Problem nicht relevant. * Beachten Sie, dass Turbulenzen und Straßengeräusche wahrscheinlich für das „Verschieben“ der Surfbretter verantwortlich sind.

Strömungssimulationen ( CFD ) sind der genaueste Weg, um diese Art von Problem zu lösen, aber da Sie an Theorie interessiert sind, sollten Sie ein idealisiertes (weniger genaues) Strömungsmodell in Betracht ziehen: die Bernoulli-Gleichung,$\Delta [P + \frac {1}{2}\rho v^2 + \rho g z] = 0$. Es setzt Druck und Geschwindigkeit in Beziehung, so dass eine Erhöhung der Geschwindigkeit den Druck verringert. Dies zeigt sich beim Vergleich der Geschwindigkeits- und Druckprofile der Strömungssimulation, am deutlichsten auf dem Dach, wo die Geschwindigkeit hoch (orange) und der Druck niedrig (grün) ist. Es ist unpraktisch, die Bernoulli-Gleichung auf dieses Problem anzuwenden, da weder die Geschwindigkeit noch der Druck bekannt sind, da sie über eine komplexe Geometrie fließen. Außerdem geht es von inkompressiblen Fluiden aus und berücksichtigt keine Turbulenzen.

Tut mir leid, aber Surfbretter fliegen raus. Sie haben es vielleicht nicht persönlich erlebt, aber machen Sie es so weiter, wie Sie es tun, und Sie werden es bestimmt erleben.

Wenn Sie denken, dass es falsch ist, die Bretter in sich zu halten, wenn sich die Geschwindigkeit der Luft über das Auto bewegt.

Lesen Sie diesen Artikel http://www.gcdataconcepts.com/carairflow.html

„Eigentlich besagt das Bernoulli-Prinzip, dass mit zunehmender Flüssigkeitsgeschwindigkeit der statische Druck abnimmt. Statischer Druck ist der Druck, den ein Objekt oder eine Person spürt, die in der Flüssigkeit schwebt und sich mit ihr bewegt Hand mit der Handfläche nach unten."

Unebenheiten, scharfe Kurven und extreme Winde können Ihr Board durch die Luft jagen. Es ist nur die Summe der Kräfte, die auf Ihr Board wirken, und ja, sie können die Schwerkraft überwinden.

Sehen Sie sich einige Möglichkeiten an, um Ihr Board zu sichern. Die meisten davon sind für Pick-up-Trucks, aber ich denke, Sie haben jetzt ein Bild.

http://www.thesurfboardman.com/2011/05/fcs-tailgate-surf-racks.html

https://fortress.wa.gov/ecy/publications/publications/0807030.pdf

http://www.surfing-waves.com/forum/viewtopic.php?f=15&t=6812#wrap

„Der Transport von Surfbrettern ist nicht leicht zu nehmen. Abgesehen davon, dass sie teuer sind und Sie nicht möchten, dass sie aus Ihrem LKW fallen, können sie auch zu einer Gefahr für andere Fahrer werden, wenn sie herausfliegen.

Ich habe unzählige zerrissene Bretter gesehen, weil sie nicht richtig festgeschnallt waren und auf der Autobahn liegen blieben. Ein Pickup-Truck ist besonders schwierig, weil viele davon ausgehen, dass Sie Ihr Board einfach wie jeden anderen Gegenstand, den Sie auf der Ladefläche Ihres Trucks transportieren würden, festbinden können."

Der Bodeneffekt , der in den F1-Autos verwendet wird, erzeugt einen großen Druckunterschied zwischen der oberen und der unteren Brettoberfläche. Wenn die Luft ungehindert unter dem Surfbrett strömen kann, fliegt es weg, sonst ist es an Ihrem LKW „geklebt“. Seien Sie vorsichtig und verriegeln Sie es mechanisch.
BEARBEITEN HINZUFÜGEN.
Das Brett verhält sich wie ein Flügel, der in Bodennähe fliegt. Oberhalb der oberen Oberfläche strömt der Wind ungehindert und es treffen viel mehr Luftmoleküle auf die Oberfläche (hoher Druck) als durch die untere Oberfläche (nahe der LKW-Oberfläche), da der Fluss größtenteils blockiert ist. Dieser aerodynamische Bodeneffekt wird verwendet, um die Boliden an den Boden zu „kleben“ (ohne die Spoiler usw. flogen die Autos manchmal davon und präsentierten hohe visuelle Effekte, Unfälle).

Details von WP.

Diese Art von Bodeneffekt lässt sich leicht veranschaulichen, indem man an einem windigen Tag eine Plane herausnimmt und sie nahe am Boden hält: Es kann beobachtet werden, dass die Plane bei ausreichender Bodennähe zum Boden gezogen wird. Dies liegt am Prinzip von Bernoulli; Wenn sich die Plane dem Boden nähert, schrumpft die Querschnittsfläche, die für die zwischen ihr und dem Boden strömende Luft verfügbar ist. Dadurch wird die Luft beschleunigt und der Druck unter der Plane sinkt, während der Druck auf der Oberseite unbeeinflusst bleibt, und zusammen führt dies zu einer Nettoabwärtskraft. Die gleichen Prinzipien gelten für Autos.

Wer weiß, ob sich die F1-Designer von den Surfbrettern in ihren Trucks inspirieren ließen.
Ich habe eine Figur vorbereitet, um die Konfiguration des Bodeneffekts zu visualisieren.