如果你是高爾夫球愛好者，亦或是高爾夫球桿設(shè)計(jì)師，那么你可能知道，桿面大且重心位置深的球桿，其慣性矩也大，因此誤擊的幾率較小；而較小的桿面和幾何結(jié)構(gòu)能夠減小阻力，加快揮桿速度，增大飛行距離。

而現(xiàn)在可以通過仿真軟件設(shè)計(jì)新型球桿，根據(jù)其空氣動(dòng)力學(xué)特性，其不僅能夠減小阻力，還有助于實(shí)現(xiàn)大桿面和深重心，從而在發(fā)生偏心擊球時(shí)保持平穩(wěn)，同時(shí)增加飛行距離。

CFD仿真設(shè)計(jì)原理

工程師們通過仿真軟件來研發(fā)和優(yōu)化桿頭上的空氣流動(dòng)。

人在揮桿靠近球桿表面的地方時(shí)，會(huì)激起氣流，促成湍流邊界層的轉(zhuǎn)換，從而延長(zhǎng)了桿頭后方分離區(qū)的形成時(shí)間。這樣就能縮小湍流尾跡的大小，從而增大桿頭后方的壓力，并減小阻力。

他們首先將現(xiàn)有桿頭設(shè)計(jì)模型導(dǎo)入仿真軟件，然后自動(dòng)生成由四面體單元和六面體單元組成的混合網(wǎng)格。為實(shí)現(xiàn)桿頭和空氣流之間的較高精度的邊界層，首選六面體單元，因此，工程師圍繞桿頭添加了 1 0 個(gè)由六面體單元組成的膨脹層，從而準(zhǔn)確地采集這些區(qū)域中的高速率梯度。在桿面外，每個(gè)膨脹層的厚度是相鄰層的1.2倍。桿頭相對(duì)于空氣流的速度和迎角在下桿的過程中不斷變化，因此，工程師研發(fā)出一系列具有不同速度和迎角的模型，來分別定義向下?lián)]桿過程中球桿的每一段距離。

仿真可以從根本上解釋氣流流經(jīng)之前的球桿模型時(shí)所發(fā)生的物理現(xiàn)象。氣流在桿頭的前緣分離，導(dǎo)致桿頭后方形成較大的尾跡。這一洞察力信息讓工程師有了新的思路。為桿頭頂面添加脊?fàn)钗锸欠駮?huì)產(chǎn)生湍流，以延遲桿頭后方的氣流分離，從而減小尾跡區(qū)以及阻力的大小呢？就球桿的質(zhì)量屬性而言，小尺寸的脊?fàn)钗镏荒墚a(chǎn)生輕微的影響。

工程師對(duì)CFD模型進(jìn)行了修改，以添加脊?fàn)钗铮?dāng)再次進(jìn)行仿真時(shí)，他們觀察到阻力明顯減小。該團(tuán)隊(duì)利用不同數(shù)量以及不同長(zhǎng)度、寬度和相對(duì)于桿頭不同角度的擾流器開展了一系列仿真。每個(gè)桿頭設(shè)計(jì)均在CAD程序中創(chuàng)建，然后導(dǎo)出。工程師對(duì)這些模型在許多不同速度下的情況進(jìn)行仿真，以評(píng)估每種設(shè)計(jì)如何影響不同水平的高爾夫球手的表現(xiàn)。他們最后收斂得到一種擾流器配置，該配置既能最大限度延遲氣流的分離，又能提供最小的阻力。

測(cè)試驗(yàn)證仿真結(jié)果

工程師利用風(fēng)洞設(shè)置，在與仿真時(shí)相同的角度和速度下對(duì)有擾流器和無擾流器的桿頭進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)球桿與空氣流成直角時(shí)，工程師觀察到與標(biāo)準(zhǔn)球桿相比，裝有擾流器的球桿阻力從9N下降到6.7N，減少了25%。擊球時(shí)標(biāo)準(zhǔn)球桿所承受的下壓力略大于1.5N，而裝有擾流器的球桿會(huì)承受大約為0.5N的升力。

擊球后的球桿打擊面壓力

在風(fēng)洞中使用煙霧流可以實(shí)現(xiàn)氣流可視化。煙霧的照片顯示，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)桿頭而言，在沒有擾流器的情況下，桿頭的頂部前緣會(huì)發(fā)生氣流層狀分離。在裝有擾流器的球桿頭部，氣流分離被顯著延遲。物理測(cè)試中觀測(cè)到的阻力減小和氣流分離延遲與氣流仿真的結(jié)果良好吻合。

示流線和球桿打擊面壓力分布

最后是用于高爾夫球手測(cè)試，以比較有擾流器和無擾流器的球桿的桿頭速度。該測(cè)試顯示平均桿頭速度增加了大約1mph(英里/小時(shí))，即從標(biāo)準(zhǔn)桿頭的105mph增加到裝有擾流器的桿頭的106mph。球的速度與桿頭速度的比值一般在1.3到1.5之間，這意味著球速增加量可以達(dá)到1.5mph。為G30和G系列球桿增加擾流器，使其不僅具有市場(chǎng)上最高的慣性矩，還能實(shí)現(xiàn)高水平的空氣動(dòng)力學(xué)效率。當(dāng)Bubba Watson首次對(duì)裝有擾流器的G30球桿進(jìn)行測(cè)試時(shí)，他的桿頭速度提高了2mph，球速提高了4mph，從而導(dǎo)致飛行距離增加了大約10碼。Watson指出:“這項(xiàng)技術(shù) 幫助我不僅增加了開球距離，同時(shí)提高了球道上的準(zhǔn)確度。”G30球桿在市場(chǎng)上取得了巨大成功，在2015年首次投放市場(chǎng)時(shí)，就連續(xù)八個(gè)月奪得銷售冠軍。

通過這種設(shè)計(jì)，能幫助頂級(jí)專業(yè)球手增加多達(dá)10碼的開球距離，同時(shí)也可讓普通高爾夫玩家收獲較小但意義非凡的進(jìn)步。