滑雪板夹角对跳台滑雪飞行阶段气动特性的影响

目的:分析研究滑雪板夹角对跳台滑雪飞行阶段气动特性的影响。方法:建立精细化三维几何模型与网格模型,采用部分时均(partially averaged Navier-Stokes,PANS)湍流模型对气动特性进行计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟,获取不同滑雪板夹角下(24°、28°、32°、36°和40°)力和力矩、压力分布以及流场形态。结果:1)总升力与总阻力、升力系数与阻力系数、总力矩与滑雪板力矩均随滑雪板夹角增大先减小后增大最后小幅减小,但总升阻比基本保持不变,总体呈略微下降趋势;2)滑雪板升力随滑雪板夹角增大呈现单调递增的趋势,而滑雪板阻力随滑雪板夹角增大先减小后增大;3)滑雪板正面压力分布规律基本相同且比较均匀,而滑雪板背面下半部分压力随滑雪板夹角变化比较明显;4)运动员身后以及滑雪板身后的流场形态主要以回流涡形式出现,滑雪板背面回流涡结构明显比运动员身后复杂得多,而且回流涡强度也明显大得多。结论:1)滑雪板夹角变化对总升阻比影响很小,但对总升力、总阻力、升力系数以及阻力系数产生一定影响,同时对运动员气动特性也产生一定影响。2)滑雪板气动特性在运动员/滑雪板整体系统中起着更为重要作用,不仅要关注运动员身体姿态,而且应更加关注滑雪板姿态;3)总力矩大小和滑雪板力矩大小随滑雪板夹角变化趋势一致,而且滑雪板力矩在总力矩中始终占据主导地位,选取合适的滑雪板夹角对飞行阶段稳定性至关重要,建议优选的滑雪板夹角范围为24°~32°。

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。