Effet du vent ambiant sur la performance du skieur alpin alpin

Aug 12, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4906 (2023) Citer cet article

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Le ski alpin, en particulier la descente alpine, est l'un des sports d'hiver les plus extrêmes en termes de vitesse élevée et de marge de victoire étroite, et ses pistes sont toujours situées dans des zones montagneuses à haute altitude et avec des champs de vent ambiants complexes, ce qui entraîne un impact significatif sur vent ambiant sur les performances et le classement final des skieurs alpins de descente. Dans la présente étude, une méthode basée sur la combinaison de mesures sur le terrain, d'essais en soufflerie et de simulations cinématiques a été utilisée pour évaluer l'effet du vent ambiant sur la performance d'un skieur alpin de descente. En considérant l'effet du vent ambiant, un modèle cinématique du système skieur-ski alpin a été établi et les équations de mouvement pour la glisse et le virage en ligne droite ont été déduites. Ensuite, la piste de descente du Centre national chinois de ski alpin (CNASC) a été prise comme étude de cas pour étudier l'effet du vent ambiant sur le temps de glisse en utilisant la méthode d'évaluation combinée proposée. Des mesures sur le terrain et des tests en soufflerie ont été effectués pour identifier cinq directions critiques du vent ambiant : 270°, 292,5°, 315°, 337,5° et 360°. De plus, les vitesses et les directions du vent pour 16 points de mesure différents de la piste de descente ont également été obtenues. Les résultats de l'analyse de modélisation ont montré que le temps d'arrivée a augmenté de 19,75 % pour la direction du vent ambiant de 270°, tandis que le temps d'arrivée a diminué de 1,29 % pour la direction du vent ambiant de 360°.

Le ski alpin est l'un des sports de neige les plus populaires qui allie parfaitement vitesse et habileté, est l'un des sports olympiques d'hiver officiels et emblématiques et se compose de cinq sous-projets principaux : descente (DH), slalom (SL), slalom géant ( GS), le slalom super géant (SG) et le combiné alpin (AC), dont la DH est l'épreuve la plus extrême en termes de vitesse de compétition avec des athlètes atteignant des vitesses de pointe supérieures à 140 km/h1. De plus, le temps d'arrivée des athlètes d'élite dans la course varie souvent de quelques centièmes de seconde2, ce qui implique que tout facteur cinématique ou cinétique peut influencer de manière significative le classement final, directement ou indirectement, comme la force de traînée aérodynamique, l'interaction ski-neige, l'équipement (par exemple les skis, les bâtons et les combinaisons de course) et la trajectoire ainsi que les techniques de ski3,4,5. En particulier, les pistes de descente alpine sont toujours situées dans des zones montagneuses avec des altitudes élevées et des conditions de vent ambiantes complexes. Pour ces raisons, l’influence du vent ambiant sur le temps de glisse des skieurs ne peut être ignorée. Compte tenu des vitesses élevées et des marges de victoire étroites, les athlètes ou les entraîneurs doivent avoir une idée claire du temps gagné et perdu afin de pouvoir prendre les mesures et l'entraînement appropriés pour obtenir le temps de course le plus court. Il est donc important d’évaluer les performances tout au long de la compétition, en particulier la consommation de temps.

Ces dernières années, plusieurs études ont été menées pour étudier les performances des épreuves de ski alpin en combinant des expériences en soufflerie, des mesures sur le terrain2,6,7,8 et la dynamique des fluides computationnelle (CFD)9,10,11. De plus, certains chercheurs se sont concentrés sur le mouvement du système skieur-ski en utilisant la modélisation. Legotin et Rivlin12 ont développé un modèle à tiges du système skieur-ski pour estimer divers mécanismes de perte de position stable lors de l'exécution d'un virage à ski, y compris le glissement latéral et la chute dans le plan frontal. Nemec13 a supposé que le skieur se comporte comme un pendule inversé et a estimé le centre de masse (COM) et les trajectoires du ski. Basée sur le modèle du pendule inversé, une approche similaire a été proposée par Komissarov14,15. Dans l’étude de Cai et Yao16, le système skieur-ski a été modélisé comme un corps rigide pour étudier les caractéristiques dynamiques physiques et l’optimisation de la trajectoire. En outre, Chen et Qi17 ont développé un modèle bidimensionnel (2D) pour simuler les mouvements du ski basé sur un système multicorps, tandis qu'un modèle de simulation multicorps planaire similaire a été utilisé pour étudier les vibrations transversales lors du schussing dans la ligne de pente sur un ski cahoteux et rugueux. pistes18. Oberegger19 a établi un modèle de skieur multicorps 3D pour simuler des virages consécutifs. Il convient de noter que, dans toutes les études susmentionnées, la traînée aérodynamique est un facteur important affectant la performance des épreuves de ski alpin, qui a été pris en compte lors du développement du modèle cinématique. Cependant, les études actuelles ne considèrent que la traînée aérodynamique provoquée par le mouvement relatif entre le skieur et l'air, tout en ignorant celle provoquée par le vent ambiant, entraînant ainsi des écarts entre les résultats obtenus par l'analyse de la modélisation et les situations réelles.