スキージャンプ飛翔の最適化

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13750840
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 瀬尾 和哉 山形大学, 教育学部, 講師 (60292405)
• キーワード: スキージャンプ / V字飛行 / 風洞実験 / 縦3分力 / 最適化 / 空力データベース / 地面効果

研究概要

本研究の目的は、飛距離最大を達成するために、スキージャンパーがとるべき時々刻々の姿勢制御方法を明らかにすることである。目標は2つある。1つはV字開き角の最適制御方法を明らかにすること、もう1つはランディング直前の地面効果の確認と地面効果を積極的に活用した姿勢制御技術の開発、である。今年度は以下1.及び2.の結果を得た。
1.V字開き角、迎え角及び前傾角を変数として風洞実験を実行し、その結果を基に空力データベースを構築した。この空力データベースを能動的に応用した多変数関数の最適化計算を行い、飛距離最大を目的としたV字開き角及び迎え角の時間変化について調べ、以下を明らかにした。
1)V字開き角は時間とともに増加させ、後半に最大値38°に達した後、減少に転ずる。
2)迎え角は時間とともに増加させる。
3)制御変数を迎え角のみとし、モーメントを無視した場合、飛距離は133mであった。迎え角に加えて、V字開き角も制御変数にすることで飛距離は7m伸び、140mとなる。
2.実物大模型と地面効果板を使用し、風洞実験を行った。実際のレイノルズ数の範囲でV字スタイルの飛行姿勢に対して、地面効果が有る場合と無い場合の空力データを取得した。これらの空力データから地面効果を考慮した場合としない場合の飛距離及び空気力を比較し、以下を明らかにした。
1)V字スタイルでは、地面効果による揚力面積SLの変化(ΔSL)はV字開き角とともに大きくなる。ΔSLの迎え角依存性は小さい。地面効果による抗力面積SDの変化ΔSDはV字開き角が増加するとわずかに減少する。ΔSDの迎え角依存性も小さい。
2)パラレルスタイルでは、地面効果による抗力面積SD及び揚力面積SLの増減は無視できる。
3)飛距離最大となるV字開き角と迎え角の時間変化を仮定すると、地面効果を考慮した場合の飛距離は146mで、考慮しない場合より6m伸長した。

研究成果

• [文献書誌] Kazuya SEO: "AERODYNAMIC STUDY FOR THE GROUND EFFECT OF SKI JUMPING"Proceedings of Oral Sessions, XIX Int. Symposium on Biomechanics in Sports. 2001. 128-130 (2001)
• [文献書誌] 瀬尾和哉: "スキージャンプ飛行中の地面効果の考慮による飛距離の伸長"日本機械学会スポーツ工学シンポジウム講演論文集. 2001. 136-140 (2001)
• [文献書誌] 瀬尾和哉: "スキージャンプ飛行におけるV字スキー開き角の最適制御"日本流体力学会2001講演論文集. 2001. 345-346 (2001)
• [文献書誌] 木村真悟: "スキージャンプ飛行の地面効果に関する実験的研究"日本産業技術教育学会第19回東北支部大会講演論文集. 2001. 7-8 (2001)
• [文献書誌] 瀬尾和哉: "スキージャンプにおける姿勢制御法"日本産業技術教育学会第19回東北支部大会講演論文集. 2001. 9-10 (2001)
• [文献書誌] Kazuya SEO: "The Optimum Angle Controls During Ski Jumping Flight"XVIII^<th> Congress of the International Society of Biomechanics. Long abstract. (2002)
• [文献書誌] 村上正秀: "スキージャンプ -ジャンプを科学する-"トライボロジスト. 47・2. 88-93 (2002)