５ 初期飛行姿勢を対象とした風洞実験および飛行シミュレーション（実験４）
５.２ 方法
５.３.１ 初期飛行局面における空気力係数
５.２.３. d スキージャンプ飛行シミュレーションによる算出項目
本研究で実施するシミュレーションによって算出した項目を以下に示す。
１）
S
L：揚力面積（m
2） ２）S
D：抗力面積（m
2）３）QM：ピッチングモーメント容積（m3） ４）V：身体－スキー系の合成重心速度（m/s）
５）
Vx
：身体－スキー系の合成重心の水平方向速度（m/s
） ６）Vy
：身体－スキー系の合成重心の鉛直方向速度（m/s
） ７）CGx：身体－スキー系の合成重心のx
座標（m）８）CGy：身体－スキー系の合成重心の
y
座標（m）５ . ３ 結果
初期飛行局面における空気力について，まず，人形模型を用いた風洞実験の結果 を示す。次に，飛行姿勢を独立変数として空気力係数を推定する回帰モデルの精度 について示す。次に，前述の飛行動作モデルに，この空気力係数の回帰モデルを適 用して空気力を推定した結果を示す。最後に，シミュレーション手法を用いて，飛 行中の股関節角度の制御方法の違いが，飛行速度および飛行軌跡にどのような影響 を及ぼすのか示す。
θ (deg)
Figure 34 The relationship between the ski to leg angle θ and the lift area SL when the arms fitted to the trunk (arm angle φ=170°).
Each plot show different condition of angle of attack ( α :-5 ～ 20 ° ) . The other positions of the jumper-ski model were set as follows, hip bending angle σ=40°
and ski to ski angle λ=0°.
α
風洞実験による検証を行う。まず第
1
点は，上肢を体側に配置した条件では上肢を 挙上した姿勢に比べ，下肢とスキーとのなす角度（θ）の増大による揚力の減少が 抑制されることである。第2
点は，股関節が屈曲した初期飛行姿勢において，θの 増大によって抗力，揚力およびピッチングモーメントが増大することである。第3
点は，θが大きい初期飛行局面において，股関節角度の増大によって抗力，揚力お よびピッチングモーメントが増大することである。まず第
1
点に関する風洞実験の結果を示す。Fig. 34
は，人形模型の姿勢について，股関節前屈角度（σ）を
40°（4.2.3
のFig. 17
における股関節角度εの140°相当），
スキーの開き角度（λ）を
0
°，そして上肢回転角度（φ）を170
°（上肢を体側に 沿わせた条件）に固定し，迎え角（α）および下肢とスキーとのなす角度（θ）を，それぞれ－5～20°および
45～80°まで変化させた場合の揚力面積（S
L）の変化を 示すものである。この条件は，4.4.1.a
のFig. 25a
における股関節角度ε = 145°（σ= 35
°相当）または ε= 130
°（σ= 50
°相当）の姿勢条件と比較して，上肢回転角度（φ
= 30
°）以外はほぼ等しい姿勢である。Fig. 34
に示したように，αが－5～0°までの条件で，θを45～70°まで増大させ
ると，θの増大に伴い
S
Lは増大し，さらにθを80°まで増大させても S
Lはほとん ど変化していなかった。一方で，αが5
°以上の条件では，θの増大に伴いS
Lは一 時的に増大し，その後θがある値に達すると，却ってθの増大に従いS
Lは減少して いた。ただし，αが5～15°までであれば，θを 45°から 65°まで増大させても S
Lの減少は見られなかった。次に，第
2
点に関する風洞実験の結果をFig. 35
に示す。ここで示す飛行姿勢は，股関節角度（ε）が前述の谷ら（
1951
）および谷ら（1971
）の報告よりも小さい姿 勢である。人形模型の姿勢は，股関節前屈角度（σ）を70°（股関節角度εの 110°
相当）に固定し，スキーの開き角度（λ）および上肢回転角度（φ）を，それぞれ
0
°および170
°に固定した。この状態で，下肢とスキーとのなす角度（θ）を45
～
80
°まで変化させ，迎え角（α）を－5
～20
°まで変化させた場合の抗力面積（S
D），揚力面積（SL）およびピッチングモーメント容積（QM）を
Fig. 35a， Fig. 35b
およびFig. 35c
にそれぞれ示す。Fig. 35はいずれもαをパラメータとし，θを独立変数，そして空気力係数（
S
D，S
L，Q
M）を従属変数としてそれぞれ示している。まず抗力面積
S
Dの変化を見てみると（Fig. 35a
），いずれのθの条件においても，αが大きいほど
S
Dは大きい値を示した。また，同一のαにおいてθを増大させると，S
Dが増大していた。次に，揚力面積S
Lについて見てみると（Fig. 35b），いずれの θの条件においても，αが大きいほどS
Lは大きい値を示した。また，同一のαにおFigure 35 The relationship between the ski to leg angle θ and the aerodynamic forces (drag area S D , lift area SL and pitching moment volume Q M ).
Each plot show different condition of angle of attack (α:-5～20°) . The other positions of the jumper-ski model were set as follows, hip bending angle σ=70°, ski to ski angle λ = 0°and arm angle φ= 170°
θ(deg)
α
S
D(m
2)
S
L(m
2)
Q
M(m
3)
a)
b)
c)
Q
Mについて見てみると（Fig. 35c），いずれのθの条件においても，αが大きいほ どQ
Mは大きい値を示した。また，同一のαにおいてθを増大させると，QMが増大 していた。最後に，第
3
点に関する風洞実験の結果をFig. 36
に示す。股関節前屈角度（σ）の大きさが空気力に及ぼす影響を検討するため，人形模型の姿勢を以下のように設 定した。すなわち，下肢とスキーとのなす角度（θ）を
80
°に固定し，スキーの開 き角度（λ）および上肢回転角度（φ）を，それぞれ0
°および170
°に固定した。股関節前屈角度（σ）を
30～90°（第 4
章の股関節角度ε150～90°相当）まで変 化させ，迎え角（α）を－5～20°まで変化させた場合の抗力面積（SD），揚力面 積（S
L）およびピッチングモーメント容積（Q
M）の変化をFig. 36a
，Fig. 36b
およびFig. 36c
にそれぞれ示す。Fig. 36
はいずれもαをパラメータとし，σを独立変数，そして空気力（SD，SL，QM）を従属変数としてそれぞれ示している。
まず
S
Dの変化を見てみると（Fig. 36a），いずれのσの条件においても，αが大 きいほどS
Dは大きい値を示した。また，同一のαの条件においてσを減少させてい くと，S
Dが増大していた。次に，S
Lについて見てみると（Fig. 36b
），αが－5
°の 条件においてのみ，σの減少に伴いS
Lは増大していた。一方でαが0°以上の条件
では，ある程度まではσの減少に伴いS
Lは増大していたが，σの大きさがある点よ りも小さくなると，却って減少していた。最後に，Q
Mについて見てみると（Fig. 36c
），前述の
S
Lと同様に，αが－5
°の条件においてのみ，σの減少に伴いQ
Mは増大し ていた。一方でαが0°以上の条件では，ある程度まではσの減少に伴い Q
Mは増大 していたが，σの大きさがある点よりも小さくなると，却って減少していた。Figure 36 The relationship between the hip bending angle
σand the aerodynamic forces (drag area S D , lift area SL and pitching moment volume Q M ).
Each plot show different condition of angle of attack (α:-5～20° ) . The other positions of the jumper-ski model were set as follows, ski to leg angle
θ=80°, ski to ski angle
λ= 0°and arm angle
φ= 170°σ (deg)
S
D(m
2)
S
L(m
2)
Q
M(m
3)
α
a)
b)
c)
ドキュメント内
スキージャンプ踏み切り局面が初期飛行局面に及ぼす影響 : バイオメカニクス的観点から
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