Computational Fluid Dynamics study of a kitesurf

Abstract

Kitesurf is a sport of surfing while holding on to a specially designed kite, using the wind for propulsion. In the field of investigation or kitesurf industry, the kite aerodynamics is a crucial point. This work tries to explain the basic aerodynamic aspects of a specific kite model in a stationary situation depending on three variables: the angle of attack, the inclination angle and the intensity of wind. Using the Ansys software, a computational fluid dynamics analysis of the aerodynamic forces acting on the kite has been done. After, the forces affecting the kiter are studied. First, a difference in aerodynamic forces acting upon this kite and a common airfoil has been seen. It has been concluded that the special combination of a movement perpendicular to the wind and the curvature of the leading edge must be the reason of this difference. The variation on the forces depending on the variables is explained. And besides, it is justified why the bow kites can generate more power than C-kites. It is only a matter of which of them has more area oriented upwards. After, the effect of the previous results on the kiter has been analized. For this reason, some limits have been taken into account for the different forces. The configuration of angles that cause the best performance is a low angle of attack for almost any of inclination angles. In addition, the studies show that the selected wind speed doesn't affect the choice of configuration.

Català: El kitesurf és un esport que consisteix en surfejar utilitzant una cometa especialment dissenyada com a propulsió; gràcies a la força del vent. Tant en el camp de la investigació com per la indústria del kitesurf, l’aerodinàmica del kite és un punt crucial. Aquest treball intenta explicar alguns aspects bàsics d’aquest per un model específic en una situació estacionària depenent de tres variables: l’angle d’atac, l’angle d’inclinació i la intensitat del vent. Utilitzant el software Ansys, s’ha fet un anàlisi computacional de les forces aerodinàmiques actuant en un kite. Més tard, s’ha observat com aquests resutats afecten al kiter. En primer lloc, s’ha vist que hi ha una diferència entre les forces actuant en un kite o en un perfil aerodinàmic. S’ha arribat a la conclusió que devia ser per la combinació del fet d’anar perpendicular al vent i per la curvatura del caire d’entrada. S’explica la variació d’aquestes forces segons les variables. I a més a més, en aquest treball es justifica perquè les cometes “bow” poden obtenir més potencia que les “C”. Això és degut només a que una d’elles té més superfície orientada cap amunt. Més tard, s’ha analitzat com les forces obtingudes en les simulacions afectaven el kiter. Amb aquest objectiu, s’han tingut en compte diferents límits sobre aquestes forces. S’ha buscat la configuració d’angles que provoca la millor operació amb un baix angle d’atac per casi tots els angles d’inclinació. A més, s’ha trobat que les velocitats escollides de vent no afecten a l’hora d’escollir la configuració.