2015 Fiscal Year Research-status Report
スキージャンプ・初期飛行局面における姿勢変化が流体特性に及ぼす影響
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15K01561
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| Research Institution | Hokusho University |
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Principal Investigator |
山本 敬三 北翔大学, 生涯スポーツ学部, 教授 (00405698)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坪倉 誠 神戸大学大学院, システム情報学研究科, 教授 (40313366)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | スキージャンプ / 数値流体解析 / 初期飛行局面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度は、「初期飛行局面の姿勢変化の撮影」と「スキージャンプ用スキー板の表面形状データの取得」および「非定常空力シミュレーションのフレームワークの構築」に取り組み、数値流体解析に必要なデータの収集を行った。初期飛行局面の姿勢変化の撮影では、札幌・宮の森ジャンプ競技場で開催された競技会において、同期した2台のビデオカメラを用いて動作撮影を行った。初期飛行局面の動作範囲である助走路終端（カンテ）から約10mまでの区間の動作を記録した。今後、この映像を用いて三次元動作分析を行い、関節角度を取得する。次に、スキージャンプ用スキー板の表面形状データの取得では、現役選手が使用するスキー板をレーザースキャナで計測した。既に取得済みの同一選手の体表面形状データと結合し、スキージャンパー系のモデルを完成させた。このモデルは、身体の各関節および足部とスキー板の間の関節に可動性を設定し、任意姿勢を形成できる。最後に、非定常空力シミュレーションのフレームワークの構築では、計算効率の向上と非定常解析の可能性を模索した。ここでは、直交格子積み上げ法を採用し、身体の姿勢変化に柔軟に対応できる計算格子の構築を試みた。本年は、この手法を用いて、踏切動作を対象に非定常空力シミュレーションを試みた。結果、高い計算効率を有する非定常解析を実現でき、今後の研究ツールとして活用できることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度の取り組み課題は、数値流体解析に必要なデータの収集であった。この点において、十分なデータ収集に成功した。初期飛行局面の動作撮影では、競技会中の動作撮影に成功し、現在、三次元動作分析作業を行っている。しかし、この工程に多くの時間が費やされてしまうことが、本手法の限界でもある。今後、モーションセンサ等の計測装置を導入し、時間短縮のための動作分析手法を検討する必要がある。スキー板の形状データの取得についても、既に体表面形状を計測している選手が使用するスキー板をスキャニングすることができた。コンピュータ上で身体形状とスキー板を結合させ、スキージャンパー系のディジタル・ヒューマンモデルを完成させた。これによって、初期飛行局面を含む、スキージャンプ試技の助走から着地までの一連動作の解析を可能となった。 非定常空力シミュレーションのフレームワークの構築では、計算格子の構築において、直交格子積み上げ法と呼ばれる、流れ場を階層型の等間隔直交格子で離散化して解く計算アルゴリズムを採用した。この手法では、空間はキューブと呼ばれる立方体領域の分割と、キューブ内を等間隔に分割したセル分割の二段階で離散化される。等間隔直交の簡潔な計算アルゴリズムを保ちつつ、物体まわりに計算格子を密に配置することで詳細な解析を行えるため、並列計算において高い計算効率を得られる。また、壁面の境界条件には、Lagrangian-Eulerian Interpolationを用いた。本手法の計算精度の検証を行い、高い計算効率を有する高精度の非定常解析を実現できることを確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
スキージャンパーの三次元動作分析を行い、初期飛行局面における身体関節角度データを取得する。この角度データを基にディジタル・ヒューマンモデルの姿勢を形成し、今年度、構築した「非定常空力シミュレーション」のフレームワークを用いて、空力特性の定量化を試みる。選手間の比較や同一選手の試技間の比較を行い、空力的な最適動作について考察する。本研究で得られた知見を研究論文、関連学会等で発表する。また、指導現場・競技現場で役立つ資料を作成し、選手やコーチに情報提供を行う。
なお、三次元動作分析に多くの時間が費やされることが課題として挙げられた。現在の手法では撮影から分析までに多くの時間が必要とされ、即時フィードバックが困難な状況にある。今後、モーションセンサの利用を検討し、より簡便で正確な計測ができる手順を構築したい。
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