Physics of Fluids: Ученые ищут самый лучший воланчик для бадминтона

Бадминтон уходит корнями более чем на тысячелетие назад, но современная версия игры на ракетках зародилась в конце XIX века в Англии. Сегодня это второй по популярности вид спорта в мире после футбола, в который любят играть около 220 миллионов человек.

В течение последних трех десятилетий бадминтон является олимпийским видом спорта, а скорость «птичек» при ударах „смэш“ достигает 300 миль в час, что, безусловно, делает его захватывающим видом спорта для зрителей.

Челноки, также известные как «птички», традиционно изготавливаются из утиных перьев, но нейлоновые воланы получили более широкое распространение благодаря своей высокой прочности. Однако их поведение в полете значительно отличается от поведения традиционных перьевых птиц.

В журнале Physics of Fluids издательства AIP трио ученых из Индии исследовало аэродинамические характеристики нейлоновых челноков при различных скоростях полета. С помощью вычислительного анализа, основанного на двустороннем взаимодействии жидкости и структуры, команда соединила уравнения, управляющие воздушным потоком, с уравнениями, определяющими деформацию юбки челнока в полете.

Мы изучили поток, проанализировав аэродинамические силы на шаттле, а также его деформации на каждой скорости полета, — говорит автор работы Санджай Миттал.

Давление на юбку заставляет ее деформироваться внутрь, и эта деформация увеличивается с ростом скорости.

Команда выявила четыре различных режима деформации. На скоростях менее 40 метров в секунду (89 миль в час) юбка сохраняет круглую форму, несмотря на деформацию поперечного сечения; на более высоких скоростях она сгибается и деформируется в квадрат, после чего начинает вибрировать в радиальном направлении. В конце концов, она подвергается низкочастотной волнообразной деформации по окружности.

Площадь поперечного сечения челнока уменьшается с ростом скорости, что снижает скорость потока воздуха, проходящего через челнок, — говорит Миттал.

Вихревые структуры, образующиеся внутри шаттла, ослабевают при его деформации. В результате этих эффектов деформированный челнок оказывает гораздо меньшее сопротивление воздуху по сравнению со своим жестким аналогом.

Вычислительные результаты исследования подтверждают экспериментальные измерения, объясняя феноменологию того, почему шаттл из утиного пера деформируется не так сильно, как нейлоновый шаттл, и почему полет каждого из них на высокой скорости существенно отличается. С точки зрения игрока, принимающего удар, нейлоновый шаттл, который летит быстрее, сложнее вернуть.

В конечном итоге исследование может стать новой вехой в истории любимого вида спорта.

Наше исследование открывает возможность для усовершенствования конструкции нейлонового челнока, которая сделает его структурно более жестким, чтобы он более точно имитировал аэродинамические характеристики перьевых челноков, — говорит Миттал.

Это может изменить ход игры в буквальном смысле слова.

09.01.2024