알파인 활강 스키 선수의 성능에 주변 바람이 미치는 영향

Aug 12, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4906(2023) 이 기사 인용

331 액세스

측정항목 세부정보

알파인 스키, 특히 알파인 다운힐은 빠른 속도와 좁은 승률 측면에서 가장 극한의 겨울 스포츠 중 하나이며, 그 트랙은 항상 고도가 높고 주변 바람이 복잡한 산악 지역에 위치해 있어 경기에 큰 영향을 미칩니다. 알파인 활강 스키 선수들의 성적과 최종 순위에 대한 주변 바람. 본 연구에서는 알파인 다운힐 스키 선수의 성능에 대한 주변 바람의 영향을 평가하기 위해 현장 측정, 풍동 테스트 및 운동학적 시뮬레이션의 조합을 기반으로 한 방법을 사용했습니다. 주변 바람의 영향을 고려하여 알파인 스키-스키 시스템의 운동학적 모델을 확립하고 직선 활공 및 회전에 대한 운동 방정식을 추론했습니다. 그리고 제안된 복합 평가 방법을 이용하여 주변 바람이 활공 시간에 미치는 영향을 조사하기 위한 사례 연구로 중국 국립 알파인 스키 센터(CNASC) 활강 트랙을 선택했습니다. 270°, 292.5°, 315°, 337.5° 및 360°의 5가지 주요 주변 풍향을 ​​식별하기 위해 현장 측정 및 풍동 테스트를 수행했습니다. 또한 내리막 트랙의 16개 측정 지점에 대한 풍속과 풍향도 획득되었습니다. 모델링 분석 결과, 외풍 270°에서는 완료 시간이 19.75% 증가한 반면, 외풍 360°에서는 완료 시간이 1.29% 감소한 것으로 나타났습니다.

알파인 스키는 속도와 기술이 완벽하게 결합된 가장 인기 있는 설상 스포츠 중 하나로, 동계 올림픽의 공식 스포츠이자 시그니처 스포츠 중 하나이며, 활강(DH), 회전(SL), 대회전(SL)의 5가지 주요 하위 프로젝트로 구성됩니다. GS), 슈퍼대회전(SG), 알파인 복합경기(AC)가 있으며, 이 중 DH는 시속 140km/h가 넘는 최고 속도에 도달하는 경쟁 속도 측면에서 가장 극한 종목입니다. 또한, 경주에서 엘리트 선수들의 완주 시간은 종종 100분의 1초에 불과합니다2. 이는 공기 역학적 항력, 스키-눈 상호 작용, 장비(예: 스키, 폴, 레이싱 슈트) 및 궤적은 물론 스키 기술3,4,5. 특히 알파인 다운힐 트랙은 항상 고도가 높고 주변 바람이 복잡한 산악 지역에 위치합니다. 이러한 이유로 인해 스키어의 활공 시간에 대한 주변 바람의 영향을 무시할 수 없습니다. 빠른 속도와 좁은 승률을 고려할 때, 선수나 코치는 어디에서 시간이 절약되고 손실되는지 명확히 파악하여 최단 경주 시간을 달성하기 위한 적절한 조치와 훈련을 취할 수 있어야 합니다. 따라서 전체 대회 전반에 걸쳐 성과, 특히 시간 소모를 평가하는 것이 중요합니다.

최근에는 풍동 실험, 현장 측정2,6,7,8 및 전산유체역학(CFD)9,10,11을 결합하여 알파인 스키 경기의 성능을 조사하기 위한 여러 연구가 수행되었습니다. 또한, 일부 연구자들은 모델링을 이용하여 스키어-스키 시스템의 동작에 초점을 맞추었습니다. Legotin과 Rivlin12은 전두엽의 측면 미끄러짐과 낙하를 포함하여 스키 회전을 수행하는 과정에서 안정적인 위치 상실의 다양한 메커니즘을 추정하기 위해 스키어-스키 시스템의 로드 모델을 개발했습니다. Nemec13은 스키어가 역진자처럼 행동한다고 ​​가정하고 질량 중심(COM)과 스키의 궤적을 추정했습니다. 역진자 모델을 기반으로 Komissarov14,15도 유사한 접근 방식을 제안했습니다. Cai와 Yao16의 연구에서는 스키어-스키 시스템을 강체로 모델링하여 물리적 동적 특성과 궤적 최적화를 조사했습니다. 게다가 Chen과 Qi17은 다물체 시스템을 기반으로 스키 동작을 시뮬레이션하기 위한 2차원(2D) 모델을 개발했으며, 울퉁불퉁하고 거친 스키에서 추락 라인에서 횡방향 진동을 연구하기 위해 유사한 평면 다물체 시뮬레이션 모델을 사용했습니다. 슬로프18. Oberegger19는 연속 회전을 시뮬레이션하기 위해 3D 다체 스키어 모델을 구축했습니다. 앞서 언급한 모든 연구에서 공기역학적 항력은 알파인 스키 경기의 성능에 영향을 미치는 중요한 요소이며 운동학 모델을 개발할 때 고려되었습니다. 그러나 현재의 연구에서는 스키어와 공기 사이의 상대적인 움직임으로 인한 공기역학적 항력만 고려하고 주변 바람에 의한 항력은 무시하여 모델링 분석 결과와 실제 상황 간에 차이가 발생합니다.