运动员姿态对跳台滑雪空中飞行气动特性的影响

目的探讨运动员姿态(包括上半身弯曲角度以及身体与滑雪板夹角)对跳台滑雪空中飞行气动特性的影响。方法将跳台滑雪运动员与滑雪板作为1个多体系统,采用部分时均(partially averaged Navier-Stokes,PANS)湍流模型,并通过计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法数值模拟,预测不同运动员姿态下跳台滑雪空中飞行空气动力学特性。上半身弯曲角度计算工况包括10°、14°、18°、22°和26°,身体与滑雪板夹角计算工况包括8°、12°、16°、20°和24°。结果受上半身弯曲角度增大变化的影响,多体系统、运动员以及滑雪板的升力、阻力,滑雪板的俯仰力矩均呈现单调递减趋势,但总升阻比先增大后减小;多体系统的俯仰力矩先减小后增大;运动员的俯仰力矩先微幅增大后减小。受身体与滑雪板夹角增大变化的影响,多体系统以及滑雪板的升力、阻力均先增大后减小再增大,但总升阻比先减小后增大再减小;运动员的升力、阻力以及俯仰力矩均呈现单调递增趋势;多体系统以及滑雪板的俯仰力矩均先增大后减小。上半身弯曲角度对跳台滑雪空中飞行气动特性的影响普遍显著于身体与滑雪板夹角的影响。结论上半身弯曲角度的优选范围为14°~18°,身体与滑雪板夹角的优选范围为16°~20°。运动员姿态(包括上半身弯曲角度以及身体与滑雪板夹角)对跳台滑雪空中飞行气动特性的影响机制能够为比赛预判与决策提供有效的辅助支持,也为运动员空中飞行稳定性控制与技术训练提供科学指导。