跳台滑雪飞行阶段不利工况下气动特性数值模拟

作     者：胡齐 刘宇 

作者机构：国家体育总局冬季运动管理中心科技工作部 上海体育大学运动健康学院 

出 版 物：《医用生物力学》 (Journal of Medical Biomechanics)

年 卷 期：2024年第S1期

页      面：207-207页

核心收录：

学科分类：0403[教育学-体育学] 04[教育学] 

基　　金：国家自然科学基金项目 11802068 11932013 

摘      要：目的 探讨不利工况对跳台滑雪空中飞行气动特性的影响。方法 建立运动员与滑雪板构成的多体系统三维模型,引入部分时均湍流模型并通过计算流体力学方法模拟预测了侧向风以及姿态不对称工况下多体系统飞行阶段的气动特性。姿态不对称工况包括偏航旋转工况与翻滚旋转工况。结果 (1)侧向风产生偏航力、偏航力矩、翻滚力矩,同时对运动员的升力、阻力以及俯仰力矩产生影响。在风速较小(小于3 m/s)时,影响很小,在风速较大(大于4.5 m/s)时,比较明显。(2)受偏航旋转或翻滚旋转影响,多体系统明显产生偏航力、偏航力矩、翻滚力矩,数值均呈现单调增大趋势;且对多体系统的升力、阻力以及俯仰力矩产生较大影响。结论 (1)不利工况的影响情况较为复杂,对多体系统产生较为明显的偏航力、偏航力矩、翻滚力矩。翻滚旋转的不利影响普遍大于偏航旋转。(2)多体系统存在偏航自稳定与翻滚自稳定现象。(3)提供一种维持飞行稳定性的措施,即采取适当的偏航旋转角或翻滚旋转角来大部分抵消甚至消除侧向风的不利影响。(4)不利工况的影响机理能够为比赛临场预判与决策提供有效的辅助支持,也为运动员空中稳定飞行技术的训练以及运动表现的提升提供科学指导。