Почему доски для серфинга не вылетают из кузова грузовика при движении по шоссе?

Грубая модель UTE используется для имитации поля давления, создаваемого автомобилем при движении через атмосферный воздух. Мы должны определить давление в кузове грузовика, потому что оно воздействует на доску для серфинга. Автомобиль движется с постоянной$60 ~\text{mph}$(произвольное, наихудшее значение).

ВЕРХНИЙ: Профиль скорости воздуха, обтекающего автомобиль.

НИЖНИЙ: профиль относительного (к атмосферному) давления и график поверхности.

Положение доски для серфинга сильно влияет на ваш ответ. Я предполагаю, что доска для серфинга лежит ровно, полностью внутри кузова грузовика (с поднятой задней дверью). На данный момент мы предполагаем, что горизонтальные силы на доске для серфинга пренебрежимо малы. Сумма вертикальных сил определит, вылетит ли доска для серфинга.
Давление действует на верхнюю и нижнюю поверхности доски для серфинга. Профиль относительного давления в нижней части кузова грузовика (нижняя поверхность) показан ниже. Аналогичный профиль существует в верхней части доски для серфинга. Для упрощения средние относительные давления используются для суммирования сил на доске для серфинга, где$P_{ave,lower} = .02 \ ~\text{psi}$и$P_{ave,upper} = .03 \ ~\text{psi}$.

На различных веб-сайтах для серфинга указаны размеры и вес шортбордов.$A_\text{surfboard} \approx 2100 ~\text{in}^2$и$W_{surfboard}\approx 6~\text{lbf}$. В$60 \text{mph}$, результирующие силы от давления:

Таким образом, ваша доска для серфинга удерживается$\approx 27~\text{lbf}$- Ваша доска для серфинга, видимо, свидетельствует об этом! Как показывают другие ответы, есть и другие соображения. Ускорения и переходные эффекты неизвестны. Хотя ваша доска для серфинга кажется безопасной на постоянной скорости, вы должны сохранять осторожность и предполагать, что она может улететь.

Эта модель иллюстрирует два типа потока жидкости ( режимы потока ): ламинарный поток, характеризующийся «гладкими» профилями, и турбулентный поток, характеризующийся «хаотическими» профилями. Поток Маха существует, когда скорость жидкости больше скорости звука ($c_\text{air}\approx 761 ~\text{mph}$), создающий ударную волну - в данной задаче не актуален. *Обратите внимание, что турбулентность и дорожный стук, вероятно, являются причиной «перемещения» досок для серфинга.

Моделирование потока ( CFD ) является наиболее точным способом решения задач такого типа, но, поскольку вас интересует теория, рассмотрите идеализированную (менее точную) модель потока: уравнение Бернулли,$\Delta [P + \frac {1}{2}\rho v^2 + \rho g z] = 0$. Он связывает давление и скорость таким образом, что увеличение скорости уменьшает давление. Это видно при сравнении профилей скорости и давления при моделировании потока, наиболее заметно на крыше, где скорость высокая (оранжевый цвет), а давление низкое (зеленый цвет). Нецелесообразно применять уравнение Бернулли к этой проблеме, потому что ни скорость, ни давление не известны, поскольку они обтекают сложную геометрию. Кроме того, он предполагает наличие несжимаемых жидкостей и не учитывает турбулентность.

Извините, но доски для серфинга вылетают. Возможно, вы не испытали этого лично, но продолжайте делать это так, как вы есть, и вы обязательно испытаете это.

Если вы думаете, что так как скорость воздуха проходит над автомобилем, то каким-то образом удерживая доски, вы ошибаетесь.

Ознакомьтесь с этой статьей http://www.gcdataconcepts.com/carairflow.html

«На самом деле принцип Бернулли гласит, что по мере увеличения скорости жидкости статическое давление уменьшается. Статическое давление — это давление, которое ощущает объект или человек, подвешенный в жидкости и движущийся вместе с ней. руку ладонью вниз».

Удары, крутые повороты и сильный ветер могут отправить вашу доску в полет. Это просто сумма сил, действующих на вашу доску, и да, они могут преодолеть силу гравитации.

Ознакомьтесь с некоторыми способами защиты вашей доски. Большинство из них предназначены для пикапов, но я думаю, что теперь вы поняли картину.

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

«Транспортировка досок для серфинга — это не то, что нужно воспринимать легкомысленно. Помимо того, что они дорогие, и вы не хотите, чтобы они выпали из вашего грузовика, они также могут представлять опасность для других водителей, если они вылетят.

Я видел бесчисленное количество досок, разорванных в клочья из-за того, что они не были должным образом пристегнуты ремнями и оказались лежащими на автостраде. Пикап особенно сложен, потому что многие предполагают, что вы можете просто привязать свою доску, как и любой другой предмет, который вы перевозите в кузове вашего грузовика».

Эффект земли , который используется в автомобилях F1, создает большую разницу давлений между верхней и нижней поверхностями борта. Если воздух может свободно течь под доской для серфинга, она улетит, иначе она «приклеится» к вашему грузовику. Будьте осторожны и заблокируйте его механически.
РЕДАКТИРОВАТЬ ДОБАВИТЬ.
Доска ведет себя как крыло, летящее у земли. Над его верхней поверхностью ветер течет свободно, и гораздо больше молекул воздуха попадает на поверхность (высокое давление), чем через его нижнюю поверхность (около поверхности грузовика), потому что поток в основном блокируется. Этот аэродинамический эффект земли используется для «приклеивания» болидов к земле (без спойлеров и т. д. машины иногда улетали, создавая визуальные эффекты, аварии).

Подробности от ВП.

Этот вид эффекта земли легко проиллюстрировать, взяв брезент в ветреный день и держа его близко к земле: можно заметить, что, когда брезент находится достаточно близко к земле, он будет притягиваться к земле. Это связано с принципом Бернулли; по мере того, как брезент приближается к земле, площадь поперечного сечения, доступная для воздуха, проходящего между ним и землей, уменьшается. Это заставляет воздух ускоряться, и в результате давление под брезентом падает, в то время как давление сверху остается неизменным, и вместе это приводит к чистой нисходящей силе. Те же принципы применимы и к автомобилям.

Кто знает, вдохновлялись ли дизайнеры F1 досками для серфинга в своих грузовиках.
Я подготовил рисунок, чтобы визуализировать конфигурацию Ground Effect.