アルペンダウンヒルスキーヤーのパフォーマンスに対する周囲風の影響

Aug 12, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 4906 (2023) この記事を引用

331 アクセス

メトリクスの詳細

アルペン スキー、特にアルペン ダウンヒルは、高速で勝率が狭いという点で最もエクストリームなウィンター スポーツの 1 つであり、そのトラックは常に標高が高く、周囲の複雑な風場のある山岳地帯に位置しており、その結果、重大な影響を及ぼします。アルペンダウンヒルスキーヤーのパフォーマンスと最終ランキングに影響を与える周囲の風。 本研究では、現場での測定、風洞試験、運動学的シミュレーションの組み合わせに基づく方法を使用して、アルペンダウンヒルスキーヤーのパフォーマンスに対する周囲風の影響を評価しました。 周囲風の影響を考慮して、アルペンスキーヤーとスキーシステムの運動学モデルを確立し、直進滑走と旋回の運動方程式を推定しました。 次に、中国国立アルペン スキー センター (CNASC) のダウンヒル トラックをケーススタディとして取り上げ、提案された複合評価方法を使用して滑走時間に対する周囲風の影響を調査しました。 現場での測定と風洞試験が実施され、270°、292.5°、315°、337.5°、360°の 5 つの重要な周囲風方向が特定されました。 さらに、下り坂の異なる16地点の風速と風向も取得した。 モデリング解析の結果、周囲風向 270°の場合はフィニッシュ タイムが 19.75% 増加したが、周囲風向 360°の場合はフィニッシュ タイムが 1.29% 減少したことが示されました。

アルペン スキーは、スピードとスキルを完璧に兼ね備えた最も人気のあるスノー スポーツの 1 つであり、冬季オリンピックの代表的な公式スポーツの 1 つであり、ダウンヒル (DH)、回転 (SL)、大回転 ( GS）、スーパー大回転（SG）、アルペン複合（AC）のうち、DH はスピード競技の点で最も極限的な競技で、アスリートは最高速度 140 km/h を超えます1。 さらに、レースのエリート選手のゴールタイムは、わずか 100 分の 1 秒差であることがよくあります2。これは、空気力学的な抵抗力、スキーと雪の相互作用、用具（スキー、ポール、レーシングスーツなど）と軌道、およびスキー技術3、4、5。 特に、高山のダウンヒルトラックは常に標高が高く、周囲の風の条件が複雑な山岳地帯にあります。 これらの理由により、スキーヤーの滑走時間に対する周囲風の影響は無視できません。 速いスピードと狭い勝ち点を考慮すると、選手やコーチは、どの部分で時間が節約され、どこで失われているかを明確に把握し、レース時間を最短にするために適切な対策とトレーニングを講じることができるようにする必要があります。 したがって、競技全体のパフォーマンス、特に時間の消費を評価することが重要です。

近年、風洞実験、フィールド測定2、6、7、8、および数値流体力学（CFD）9、10、11を組み合わせて、アルペンスキー競技のパフォーマンスを調査するためにいくつかの研究が実施されています。 さらに、モデリングを使用してスキーヤーとスキーのシステムの動きに焦点を当てた研究者もいます。 Legotin と Rivlin12 は、スキーヤーとスキーのシステムのロッド モデルを開発し、前額面での横滑りや転倒など、スキーのターンを行う過程で安定した位置を失うさまざまなメカニズムを推定しました。 Nemec13 は、スキーヤーが倒立振子のように動作すると仮定し、重心 (COM) とスキーの軌道を推定しました。 倒立振子モデルに基づいて、同様のアプローチが Komissarov によって提案されました 14,15。 Cai と Yao16 の研究では、物理的な動的特性と軌道の最適化を調査するために、スキーヤーとスキーのシステムが剛体としてモデル化されました。 さらに、Chen と Qi17 は、多体システムに基づいてスキーの動きをシミュレートするための 2 次元 (2D) モデルを開発しました。一方、同様の平面多体シミュレーション モデルは、でこぼこした荒れたスキー板上のフォール ラインでのシュッシング中の横振動を研究するために使用されました。坂道18． Oberegger19 は、連続ターンをシミュレートするための 3D マルチボディ スキーヤー モデルを確立しました。 前述のすべての研究において、空気力学的抵抗はアルペン スキー競技のパフォーマンスに影響を与える重要な要素であり、運動学モデルを開発する際に考慮されていることに注意してください。 しかし、現在の研究では、スキーヤーと空気との相対運動によって生じる空気抵抗のみが考慮されており、周囲風によって生じる空気抵抗は無視されているため、モデリング解析から得られる結果と実際の状況との間に矛盾が生じています。