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강렬한 집중력으로 Sebastian Steudtner는 서핑보드 위에 서서 앞을 향하고 있습니다. 거센 바람이 그의 얼굴을 때린다. 그는 오른쪽 다리를 사용하여 자세를 교정하고 왼팔은 다가오는 파도를 막는 것처럼 앞으로 움직입니다. “고맙습니다. 이제 필요한 모든 것이 있습니다.” 갑자기 목소리가 들립니다. 바람이 그치고 Steudtner가 몸을 곧게 펴고 빛이 장면을 비춥니다. 빅웨이브 서핑 세계 챔피언은 대서양에서 파도를 타는 것이 아니라 바이삭에 있는 포르쉐 풍동에서 보드 위에 서 있었습니다. 여기에서 Porsche Engineering의 Marcus Schmelz, Marcel Straub 및 Jin Gong 박사가 이끄는 팀이 야심찬 프로젝트를 진행하고 있습니다. Steudtner의 장비와 보드에서의 자세를 최적화하려는 것입니다. 그의 목표는 그의 성능을 더욱 향상시키는 것입니다.
Porsche Engineering과 Steudtner는 빅 웨이브 월드 챔피언과 Porsche 간의 장기적인 파트너십의 일환으로 작년 말부터 이 목표를 달성하기 위해 협력해 왔습니다. 예를 들어, 최신 시뮬레이션 방법과 풍동 검증을 사용하여 수상에서 서핑보드의 성능과 보드와 서퍼의 공기역학을 향상시킬 것입니다. “우리는 흐름 및 구조 최적화에 대한 경험을 세계적으로 유명한 서퍼의 실용적인 전문 지식과 결합하여 특히 높은 파도를 서핑하는 데 최적화된 보드를 만들고 있습니다.”라고 프로젝트 관리자 Schmelz는 말합니다.
한 가지 주요 목표는 물속에서 더 빨라지는 것입니다. 세계 기록 보유자 Steudtner는 현재 자신의 서핑보드에서 70~80km/h의 속도에 도달하고 있습니다. 그러나 그것은 훨씬 더 높은 파도를 타기에는 여전히 충분하지 않습니다. 왜냐하면 파도가 높을수록 서퍼는 더 빨리 파도가 자신 위로 부서지는 것을 막아야 하기 때문입니다. Steudtner는 “이전 보드는 분명히 기술적인 한계에 도달했습니다.
포르쉐 엔지니어링 팀은 세계 챔피언의 속도를 높이는 데 도움이 될 두 가지 분야인 유체역학과 공기역학에 집중하고 있습니다. 공기 역학을 개선하려면 보드에서 서퍼의 위치를 수정하여 항력을 눈에 띄게 줄이는 방법을 알아내야 합니다. 유체 역학은 예를 들어 수중 핀의 위치를 통해 압력 및 표면 마찰 항력을 줄이고 보드에 특수 코팅을 사용하는 것과 관련됩니다. “공기에 있는 모든 것을 우리는 풍동에서 연구합니다. CFD 시뮬레이션을 사용하여 물에 있는 모든 것을 분석합니다.”라고 Gong은 설명합니다. 풍동 테스트를 위해 파도 위에서 보드의 위치를 시뮬레이션할 수 있도록 특수 프레임이 제작되었습니다.
측면 전류와 같은 특수 기능은 턴테이블의 도움으로 재현할 수 있습니다. “우리는 두 가지 테스트 시리즈에서 차체를 서로 다른 위치에서 테스트했고 헤드 스포일러 사용과 같은 장비 최적화도 검토했습니다. 가능성과 재현성을 확인했다”고 설명했다.
17% 개선
Steudtner의 자세를 변경하여 항력을 상당히 낮출 수 있었습니다. 오른쪽 팔을 앞쪽 허벅지 아래쪽에 기대어 상체와 팔, 허벅지를 최대한 가깝게 잡는 자세가 최적인 것으로 드러났다. 이러한 적응을 통해 엔지니어들은 바람 저항을 거의 17% 감소시켰습니다. 서핑보드 프레임의 디스플레이에서 세계 챔피언은 자세를 변경할 때마다 바람 저항이 어떻게 변하는지 확인할 수 있었습니다. Steudtner는 “특히 공기역학적 개선을 통해 아직 개발되지 않은 잠재력이 얼마나 많은지 보는 것은 매우 흥미로웠습니다.”라고 말했습니다.
전반적으로 엔지니어들은 공기역학적 항력 측면에서 감소 가능성이 최대 25percent라고 추정합니다. “매우 높은 가치입니다. 차량 제작에서는 일반적으로 3~4percent에 대해 이야기합니다.”라고 Straub는 말합니다. 서퍼의 자세를 최적화하여 얻은 17% 외에도 최적화된 헬멧과 같은 조치를 사용하여 또 다른 4percent를 달성할 수 있습니다. 또한 서핑보드는 개선의 여지가 많습니다. “이 경우 노즈에 캡을 추가하여 항력을 4% 더 개선할 수 있었습니다.
직선 유입과 측풍이 있는 곳에서”라고 Straub는 설명합니다. 이것은 차량 하부에 휠 프로파일이 미치는 영향과 비슷하다고 그는 말합니다. “두 경우 모두 후류를 최적화하고 다운스트림 ‘구성 요소’로의 흐름을 개선하는 것이 중요합니다.”라고 Straub는 계속합니다. 그리고 보드에 있는 ‘헤드 스포일러’ 아이디어도 차량 개발에서 얻은 통찰력을 기반으로 합니다. “헤드에서 정의된 분리 가장자리를 생성함으로써 웨이크 영역을 개선할 수 있습니다. 이것은 Taycan Cross Turismo의 C-필러 플랩과 같이 차량 후면의 찢어진 가장자리와 비교할 수 있습니다.”라고 Straub는 말합니다.
“우리는 풍동 테스트를 위한 계산을 위한 기초로 운동학 모델을 만들었습니다. 이것은 큰 파도 서핑의 공기 역학 및 유체 역학 시스템을 설명하는 물리적 모델입니다.”라고 Gong은 설명합니다. 이에 대한 배경은 서퍼가 파도에 진입할 때 공기 및 물의 저항으로 인한 손실로 인해 사용 가능한 위치 에너지 중 일부만 속도로 변환될 수 있다는 것입니다. “우리의 운동학 모델을 사용하면 다양한 구성 요소의 영향을 분석할 수 있습니다. 그것은 공기와 물의 저항을 최적화하는 것이 거대한 파도를 서핑하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 추론할 수 있는 근거를 제공합니다.”라고 Gong은 말합니다.
CFD로 보드 최적화
풍동 테스트와 동시에 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 사용하여 서핑보드를 최적화했습니다. Gong은 “이를 통해 흐름과 흐름 패턴을 복제하고 시각화할 수 있습니다.”라고 말합니다. “이는 중요한 지점을 발견하고 대책을 정의하는 데 도움이 됩니다.” 다음 단계는 물에 대한 실제 테스트에서 이를 확인하는 것입니다.
모든 최적화를 위해 팀은 차량 개발에 대한 Porsche Engineering의 다년간의 전문 지식을 활용합니다. “특히 공기 역학 개선에 관해서는 자동차 개발 방법을 적용할 수 있습니다. 기판의 경우에는 완전히 새로운 ‘차량’에 적용할 수 있습니다.”라고 Straub는 말합니다. 모델링은 다르지만 질문은 궁극적으로 동일하게 유지됩니다. 저항을 어디에서 어떻게 줄일 수 있습니까?
Steudtner는 이제 Porsche 엔지니어의 도움으로 훨씬 더 높은 파도를 탈 수 있다고 확신합니다. 과학 데이터를 지금도 사용할 수 있다는 것은 매우 흥미로운 일입니다. 이론이 실제로 얼마나 잘 작동하는지 궁금합니다. 풍동 테스트와 CFD 시뮬레이션의 결과, 모든 발견 사항을 통합하고 빅 웨이브 서핑 세계 챔피언이 현재 물에서 테스트하고 있는 4개의 수정된 보드가 제작되었습니다. 결정하는 것은 보드를 얼마나 탈 수 있는지입니다. Sebastian은 우리에게 정기적인 피드백을 제공합니다.”라고 Straub는 보고합니다.
Steudtner는 요즘 대부분의 시간을 물 위에서 보냅니다. 그는 2012년부터 매년 겨울을 리스본에서 북쪽으로 약 1시간 거리에 있는 포르투갈의 나자레에서 보냈습니다. 거대한 수중 협곡이 있는 그곳의 절벽은 오랫동안 세계에서 가장 높은 파도가 있는 서핑 장소로서 하와이를 대체했습니다. 가장 큰 파도가 20미터 이상 높이 솟아오르는 곳입니다. Steudtner의 현재 세계 기록은 26.21m입니다. 올바른 장비로 그는 미래에 더 높은 곳을 목표로 합니다. 그것이 얼마나 높을지는 포르쉐 엔지니어링의 지원이 미래에 더 정확하게 확인하는 데 도움이 될 또 다른 요소입니다. 새로운 차원으로의 Steudtner의 상승은 정확하게 문서화될 수 있습니다.
요약
더 높은 파도를 타기 위해 Sebastian Steudtner는 물속에서 더 빠른 속도에 도달해야 합니다. 포르쉐 엔지니어링 팀은 이를 위한 기초로 유체역학과 공기역학을 사용하고 있습니다. 또한 자동차 개발에서 검증된 방법을 사용하는 것도 포함됩니다. Steudtner는 최적화 후 포르투갈에서 수정된 보드를 테스트합니다.
정보
Porsche Engineering Journal, 2023년 1월호에 처음 게시된 텍스트
저자: 클라우디우스 뤼더
사진: Jorge Mitter, Jorge Neal
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