Kitesurfing – så funkar det

Kitesurfing – vad är det egentligen som händer?

Även om fysik inte var ditt bästa ämne i skolan så kanske du hört talas om aerodynamik, alltså hur luften verkar på ett föremål i rörelse. Det är tack vare aerodynamikens lagar som vi överhuvudtaget kan kitesurfa genom den lyftkraft som kiten skapar. Men hur skapas denna kraft och hur kan vi påverka den? Och vad tusan är ”aspect ratio” och ”angle of attack”? Varför är en tunn profil snabbare än en tjock profil, och vad är egentligen vitsen med en välvd duk/segel (canopy på engelska)? Begrepp som instruktören kanske förklarade under din kitekurs, men som dina, vid tillfället, redan febrilt arbetande hjärnceller inte förmådde ta till sig. Men misströsta ej, häng med på en snabblektion som kanske inte gör dig till en bättre kitare, men åtminstone lite klokare 🙂

Varför drar kiten?

Anledningen till varför vi kan kitesurfa är alltså tack vare en osynlig kraft som skapas i kiten och som drar den uppåt/framåt. Så hur skapas denna kraft?

När vinden träffar kiten delas luftströmmen så att en del luft passerar över kitens segel (extrados) och en del passerar under kitens segel (intrados). De två luftströmmarna som passerar kiten tar alltså en varsin bana. P.g.a. kitens form blir den övre luftströmmens hastighet något högre än den undre luftströmmen. Luftströmmen som passerar under kiten bromsas upp lite grann vilket i sin tur ökar trycket, luften komprimeras alltså på undersidan vilket stöter kitens intrados ifrån sig. På ovansidan händer motsatsen. Här accelererar luftströmmen vilket skapar ett större mellanrum mellan luftens atomerna, trycket minskar. Detta skapar i sin tur ett sug som drar extrados till sig.

De två krafter samverkar för att skapa den aerodynamiska kraften på kiten. Eftersom kitens position alltid är vinkelrät mot kitens linor så drar kiten mot linorna. Kiten drar dig uppåt om den är placerad rakt ovanför huvudet och den drar dig framåt om den är placerad vid ytan. Kiten måste ha en strömlinjeformad vingprofil för att kunna flyga och den måste flygas med en effektiv vinkel mellan 15° till 25°.

När vindens hastighet (S) över en profil ökar, så minskar trycket (P), (S+ = P-). Det negativa trycket som verkar på extrados gör alltså att kiten sugs uppåt.
När vindens hastighet minskar (S-) under en profil, så ökar trycket (P+), vilket trycker på intrados. Krafterna som trycker kiten uppåt står för ca 25% av den totala kraften som utövas på kiten. Den sugande kraften uppåt står för hela 75%. Precis som en flygplansvinge, så flyger en kite mest tack vare det minskade trycket på kitens ovansida.

Den genererade kraften varierar beroende på vinkeln mellan kiten och vinden. Bilden nedan visar luftens passage beroende på vinkeln mellan kiten och vinden (angle of attack). Ju större vinkel desto mer turbulens.

Lite fysikaliska termer:

”The cord” The cord är den streckade linjen på bilden som går genom kiteprofilens centrum. Den här linjen bestämmer anfallsvinkeln (AOA/Angle Of Attack) och profilens bredd.

A: ”The lift”
The lift (lyftet) är den den kraft som skapas genom luftens passage genom kitens profil (pil A).

C: ”The drag”
The drag (draget) är kraften som skapas genom luftens friktion mot kiten och genom turbulens som uppstår vid kitens bakkant (trailing edge). Den här kraften drar alltid i samma rikting som vinden träffar kiten (pil C).

B: Den aerodynamiska kraften
Det här är den totala summan av krafterna som skapas genom lyft och drag (pil B). Kite-designers strävar såklart efter att reducera draget så långt det är möjligt då draget motverkar lyftet. En kite med bra lyftkraft och lågt drag utmärker sig som en kite med bra ”upwind performance”, alltså förmågan att gå högt i vind.

Alla har säkert varit med om att kiten ”backstallar”, alltså att kiten faller ner i vindfönstret och hamnar i powerzone. Vad är det som händer när kiten backstallar? Jo, draget blir så stort att det övervinner lyftkraften. Kiten orkar alltså inte lyfta. Detta är något som oftast händer i svag vind. Nybörjare som råkar ut för detta brukar dra i bommen i botten, detta ska ju ge mer power… men samtidigt som de drar bommen i botten så ökar dom anfallsvinkeln. En stor anfallsvinkel innebär mer turbulens vid trailing edge, vilket alltså skapar ett ännu större drag bakåt. När så kiten dalar ner till vattenytan och drar utav bara fan i selen så är det naturligt att man släpper bommen och vad händer då? Just det, kiten flyger upp i luften igen p.g.a av det minskade draget och den ökade lyftkraften 🙂

D: Vikten
Det här är den kraft du själv genom din vikt utövar på kiten när du står på land (pil D). När du är i vattnet kan du addera kraften du får genom brädans motstånd i vattnet. Du har säkert nån gång launchat en kite på land och till din fasa upptäckt att du knappt kunnat hålla dig kvar på marken, men när du lyckats ta dig ut i vattnet, och väl fått brädan på fötterna, så har det genast gått lättare just för att kraften från brädan hjälpt dig motverka den aerodynamiska kraften.

The Angle Of Attack – Anfallsvinkeln

Det här är vinkeln mellan ”the cord” och vinden. Ändrar man anfallsvinkeln påverkas kraften i kiten. Du ändrar den här vinkeln genom att dra bommen mot dig eller genom att justera kiten för mer power eller depower. Ytterligare ett tillvägagångssätt är att styra kiten upp eller ner i vindfönstret. Med en liten vinkel skapar profilen tillräckligt med kraft för att hålla kiten svävande i luften. Med en större vinkeln får kiten mer kraft, men om vinkeln blir alltför stor så blir draget starkare och kiten dras bakåt. Bilden till vänster illustrerar ett exempel. Krafterna varierar beroende på kitens profil, typ av kite (foil eller tube) och anfallsvinkel.

Egenskaper hos en kite

Storleken

När vi talar om kitar så har storleken betydelse. Kitens storlek bestäms som ytan av kitens area och den mäts i kvadratmeter. Kitens storlek ger oss ett mått på dess potentiella kraft, men det är fler faktorer än storleken som påverkar kraften, såsom form, design, aspect ratio m.m. Storleken är dock huvudindikatorn som bestämmer en kites kraft. Större kitar har mer kraft än små kitar. Kitens kraft är proportionell mot kitens storlek. En 6m kite genererar alltså hälften så mycket kraft som en 12m kite om dom har exakt samma form och design.

The canopy shape

Canopy shape eller ”seglets form” på svenska (som du kanske märkt vid det här laget är det enklast att hålla sig till engelska termer, det är ändå ingen som beskriver en kite med svenska ord). Här syns kurvan sett framifrån på en kite. Kurvan ger kiten stabilitet när den rör sig eftersom den böjda ”canopyn” får luften att strömma som om den gick genom en tunnel. En helt platt kite måste ha stabilisatorer på vingtipparna för att kunna flyga stabilt.

The profile

Profilen påverkar kitens egenskaper. En väldigt platt profil ger en snabb kite, men som samtidigt är känslig för vindförändringar och för ändrad anfallskvinkel. En väldigt böjd profil gör kiten stabil och det känns mjukt och lätt att dra bommen mot eller ifrån sig. Nackdelen är den här böjda profilen också skapar extra mycket drag vilket gör kiten slö.

Aspect Ratio

Proportionerna mellan kitens area/storlek och kitens längd (A) kallas för ”aspect ratio”. En kite med en hög aspect ratio flyger snabbare, kan gå högre upp i vind och glidflyger bra när man hoppar. Kitar med lägre aspect ratio är enklare att flyga, lättare att relauncha och mer stabila i byiga vindförhållanden. Som nybörjare kan det vara lämpligt att skaffa en kite med låg aspect ratio eftersom den är mycket mer förlåtande och enklare att utvecklas med.

Kitens kraft

Två huvudfaktorer påverkar kitens kraft (F). Kitens storlek (A) och den relativa vindhastigheten (V). Kitens storlek är direkt proportionell mot kraften. Dubbla storleken på kiten och du får dubbelt så mycket kraft. Detta gäller dock inte vinden. Dubbla vindhastigheten och du får 4 gånger mer kraft i kiten. Kitens kraft är alltså lika med arean multiplicerat med vindhastigheten i kvadrat:

F = V² * A

Den relativa vindhastigheten (även kallad skenbar vind) är summan av vindens hastighet plus den inducerade vindhastigheten. Exempel på när vi skapar inducerad vind är när vi cyklar eller när vi stoppar ut handen genom en bilruta när vi kör på motorvägen. Cyklar du 5 m/s och samtidigt som du har en motvind på 5 m/s blir alltså den relativa vindhastigheten 10 m/s. Stoppar du ut handen genom bilrutan på en motorväg känns det som det blåser typ 40 m/s. Det är kitens kraft (F) som skapar den dragkraft som drar oss framåt. Denna kraft är som mest kännbar när vi flyger kiten i mitten av vindfönstret, när vi styr kiten uppåt för att hoppa eller helt enkelt när vi har lite fart på brädan. Ibland är vinden lite för svag för att skapa tillräckligt med dragkraft för att vi ska kunna komma upp och plana på brädan, då kan det hjälpa att styra kiten upp och ner i vindfönstret, vi skapar alltså extra inducerad vind på detta sätt, vilket ökar den relativa vindhastigheten.

En kite drar inte särskilt mycket när den är positionerad i vindfönstrets kant (ovanför ditt huvud eller längst ut på sidorna). Men så snart som kiten får upp fart genom att vi styr kiten genom power zone eller för att du själv är i rörelse så ökar kitens kraft radikalt.

När både du själv och kiten är fixerade vid en viss position, och när vindhastigheten är konstant, så ger kiten oss ett jämt drag. Om du nu flyttar dig själv eller om du styr kiten i någon annan riktning så ändras kraften. Både du själv och kiten är oftast i rörelse när du kitesurfar, så kitens kraft ändras alltså mer eller mindre konstant.

/Gustav – IKO Instruktör