[01246750]基于试验研究的帆船调帆策略研究

体育比赛的胜负往往“差之毫厘，失之千里”。为了在比赛中获得胜利，除了运动员选才外，还不得不为提高器材的性能投入大量的人力和财力。

体育中有关流体力学问题研究越来越多。流体力学在体育中的应用一方面是为了解决高性能器材的设计问题，通过对各种运动器材的流体力学特性的深入研究，努力设计和制造流体动力性能更加优秀的运动器材;另一方面是为运动员运动技术的改进和完善提供科学的依据，通过对器材流体性能的研究，使运动员能够熟悉并掌握器材的性能，更加高效地完成技术动作，从而取得更加优异的成绩。

人类使用帆船，经过漫长的探索和实践，在帆船设计和驶风技术上有了可观的进步。但是，以前这些进展大多基于经验，缺乏科学性的指导。对帆船和驶风技术的研究也只是近几十年的事。

帆船比赛场地环境情况复杂，条件恶劣，风速通常在3～6级且风向还在不停的变化。对用于比赛的帆船而言，绝大部分组别的比赛均使用规定的船型和帆。这样，船员对外界环境条件变化的反应和操纵策略就成为影响整个赛程成绩的主要因素。

帆形的调节、转帆角的控制以及对外界环境条件的正确判断等等，都影响整条船的航行性能，而这些都涉及到帆船帆翼空气动力性能的问题。

可以说，帆船运动是智慧和机敏的较量，运动员的智慧和机敏不仅建立在他们丰富的经验和敏锐的判断上，还依赖于他们对帆船帆翼空气力学性能的理解和运用。

帆船比赛是水、风、船、人四者的完美结合。奥运会帆船比赛中包含了迎风、横风和顺风等多个赛段，不同赛段对帆船的操作都有不同的要求。由于受风力、风向、水流、潮汐、涌浪等诸多因素的综合影响，在比赛中，跑得最快的船、航程最短的船、帆上受力最大的船，不一定最先到达终点。

比赛中，运动员选定航线以后，在操纵帆船过程中能否使帆船按照自己的要求前进，最先到达终点，克敌制胜，成为帆船比赛的关键。多年来从事奥运会科技攻关与服务，发现：运动员对于帆船的操纵帆仍停留在感性的认识上，比赛中只是凭感觉操纵帆船，很多情况下调节完帆船以后，帆船并没有按照自己的意图前进，从而导致比赛的失败。

运动员、教练员对此很苦恼，迫切希望国内学者对帆船帆翼空气动力性能进行系统全面研究，从而建立帆船空气动力性能基础理论，使运动员在训练、比赛中少走弯路。目前，国内对帆船帆翼空气动力性能进行系统研究机会是空白，本项目研究工作对国内开展有关帆船帆翼空气动力性能研究有积极的推动作用。

本项目研究是流体力学、运动生物力学、运动训练学等多学科交叉渗透的研究，结合奥运会帆船项目，拟开展帆船帆翼空气动力试验研究，提出一套适合我国运动员比赛的调帆方案，服务于我国体育事业，对促进我国在帆船帆翼空气动力性能研究水平有很重要意义。

本试验在圆形开口回流式风洞中采用缩尺比为1:16的几何相似模型进行了帆翼的空气动力性能试验。根据试验得到了的帆翼极图分析得到了不同航向角下帆翼的推力系数、侧向力系数随攻角变化关系。帆翼空气动力性能试验研究结果是有规律的，与实际情况是相符的。

分析可以发现，在帆船航行中存在死角区，当相对风在此区域内不管操帆角如何改变都无前进推力，该帆翼的死角区为00～100-150；分析发现航行角不是理想航行状态。在之间，随增加而增加， 则随增加而减小。当时，是全过程中的最大值，相应的又是全过程中比较偏小的，故是较理想的航行状态。

本试验对缩尺比为1:16帆翼模型在风洞中进行了试验研究，得到了不同航向角下帆翼的推力系数、侧向力系数随攻角变化关系，分析了不同的航向角下最大推力系数以及对应侧向力系数曲线。

基于帆翼空气动力性能试验研究结果，分析了帆船运动员在起航阶段、迎风阶段、横风阶段、尾风阶段和各标旁附近帆翼调整原则，使运动员能够熟悉并掌握器材的性能，更加高效地完成技术动作，从而取得更加优异的成绩。

试验结果为进一步进行帆船帆翼调整提供理论基础，为提出一套适合我国运动员比赛的操帆指导意见提供了技术支持。

本试验利用通用的圆形开口回流式风洞进行帆翼的空气动力性能试验，技术成熟，试验数据可靠。

研究结果可以为帆船运动员在起航阶段、迎风阶段、横风阶段、尾风阶段和各标旁附近进行帆翼调整提供指导，使运动员能够熟悉并掌握器材的性能，更加高效地完成技术动作，从而取得更加优异的成绩。

本研究开展了试验方法应用于奥运会帆船帆翼空气流动研究，通过对帆船在迎风、横风和顺风等各阶段运动引起的粘性流动的空气动力性能的一系列结果计算作用在帆翼上的空气动力，为提出一套可用于指导我国健儿奥运会帆船训练、比赛的技战术方案打下了基础。

研究成果为中国帆船帆板队在2013年世界杯上陈佩娜获得女子RS:X级金牌、郑曼佳获得女子RS:X级金牌、石传坤获得男子RS:X级金牌、张东霜获得女子雷迪尔级金牌、陈佩娜获得女子RS:X级铜牌、方镇南获得男子RS:X级铜牌、刘春壮获得男子RS:X级银牌、翁巧珊获得女子RS:X级银牌、张东霜获得女子雷迪尔级银牌、伍佳惠获得女子RS:X级银牌作出了贡献。

为在2014年世界杯上张东霜获得女子雷迪尔级金牌作出了贡献。

为在2014年亚运会上张东霜获得女子雷迪尔级金牌作出了贡献。

课题组将研究结果直接应用到训练和竞赛实践中，为运动员调帆提供了科学依据。