Elucidation and development of techniques related to flight trajectory, unsteady fluid force, and vortex structure of a sports ball

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H04066
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59020:Sports sciences-related
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: Asai Takeshi 筑波大学, 体育系(名誉教授), 名誉教授 (00167868)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 洪 性賛 東京工業大学, リベラルアーツ研究教育院, 研究員 (10638547) ; 小池 関也 筑波大学, 体育系, 教授 (50272670)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ボール / 空力 / 回転 / 無回転 / サッカー / バレーボール / 渦

Outline of Final Research Achievements

The unsteady lift of a rotating sports ball in free flight was considered to decrease due to the decreased flight and rotation speeds. The unsteady lift of a slowly rotating, free-flying sports ball strongly depends on the unsteadiness of the wake of the ball and was considered to considerably fluctuate due to large-scale counter rotating vortex pairs that formed, collapsed, and reformed (reversed) in the wake of the ball. The angle of attack of the impact surface at the time of ball impact is a major factor that controls the ball’s rotation speed, and it is considered to have a significant effect on the vortex dynamics of the wake of the ball. The results showed that fully utilizing the impact techniques that control the angle of attack as well as the ball ejection speed and angle can effectively demonstrate sports techniques that use unsteady fluid force.

Free Research Field

バイオメカニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では，流体科学，スポーツ科学，スポーツコーチングを連携させて，非定常流体力が大きく影響を与える，スポーツにおける変化球のメカニズムや実現方法を示した．また，それを応用したボールキック技術を示し，従来，効果的だが，習得が困難であった，無回転キック技術の普及，発展に大きく貢献すると考えられる．また，本研究におけるスポーツボールの非定常流体力特性やボール射出技術特性は，他のバレーボールやベースボール等のボールゲームに応用可能であり，原因が明らかでない変化球のメカニズムが検討出来るだけでなく，実現方法が不明瞭な打撃（投球）技術についても，科学的，コーチング学的見通しを与えると考えられる．