2008 Fiscal Year Annual Research Report
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18700523
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| Research Institution | National Maritime Research Institute |
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Principal Investigator |
佐藤 陽平 National Maritime Research Institute, CFD研究開発センター, 研究員 (10358400)
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| Keywords | スポーツ工学 / 競泳 / 流体力学 |
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| Research Abstract |
日本人は体格的に欧米の選手に劣ることが多く、特に、自由形の短距離のレースのように泳速が速い競技種目では身長が高い方が相対的に造波抵抗が小さいので、身長が比較的低い日本人には不利である。このような状況において、日本人競泳選手が、世界の舞台で今後も活躍しつづけるためには、世界に先駆けて、より良い泳ぎ方を開発し続ける必要がある。そのためには、選手とコーチの日々の練習および創意工夫に加え、工学的アプローチで抵抗および推進のメカニズムを理解しながら、フォームを改良することが重要となってくる。
そこで、本年度の研究では、数値流体力学(CFD)を用いて「けのび」状態の競泳選手に加わる流体力を解析するシステムを開発した。まず、3次元人体形状データから、人体周りの空間を非構造格子で分割する手法を示した。境界層を十分な解像度で計算するために、薄いプリズム形状の計算格子を用いることが重要な点である。次に、水面の変形(造波抵抗)を計算可能なCFDの開発を行った。非構造格子上で自由表面の変形を計算する方法がキーポイントである。
開発した解析システムを用いて、無限水深中および水面近傍を「けのび」状態で前進する競泳選手の解析を行った。流場の可視化により、後頭部、背中、胸において大規模な剥離が発生している等、人体周りの流場の特徴を明らかにすることができた。また、抵抗成分の分離を行った結果、圧力抵抗が摩擦抵抗の5〜6倍と大きく、抵抗の大部分を占めることが明らかになった。更に、異なる潜水深度における造波抵抗を計算可能であることを示し、本システムの有効性を示した。
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