Het minimaliseren van luchtweerstand en wrijving met sneeuw is de sleutel tot topprestaties bij alpineskiën. Experimenten in windtunnels hebben de totale weerstand onthuld die skiërs ervaren, maar hebben geen precieze gegevens verstrekt over welke delen van het lichaam de meeste luchtweerstand veroorzaken bij het aannemen van de volledig ingeklapte positie.

Een nieuwe studie gepubliceerd in de European Journal of Physics rapporteert de bevindingen van een onderzoeksteam aan de Universiteit van Tsukuba dat een nieuwe benadering voor computermodellering heeft ontwikkeld die nauwkeurige 3D-gegevens over de luchtstroom levert, vortex vorming, en til rond het lichaam van een skiër. Dit heeft een bruikbaarheid verwacht voor het ontwerpen van betere ski-uitrusting en het bepalen van de ideale houding die tijdens het skiën moet worden aangenomen.

Aangezien downhill-skiërs snelheden van 120 km/u kunnen overschrijden, ze worden blootgesteld aan een hoge luchtweerstand, en moet een ingeklapte positie innemen om dit te verminderen. Echter, op eliteniveau, waar podiumplaatsen kunnen worden gescheiden door honderdsten van een seconde, minuscule verschillen in luchtweerstand kunnen enorm belangrijk zijn, er is zoveel energie gestoken in het modelleren en verminderen hiervan.

Het team van de Universiteit van Tsukuba heeft dit onderzoeksgebied verbeterd door een nieuwe benadering te ontwikkelen voor computationele modellering van luchtstroom naast windtunnelexperimenten. Windtunnelexperimenten met behulp van een mannequin leverden totale luchtweerstandsgegevens op bij verschillende luchtstroomsnelheden, die werden gebruikt om de computersimulaties te valideren. In de nieuwe computersimulaties, een soort computationele vloeistofdynamica-analyse genaamd de rooster Boltzmann-methode werd toegepast, waarin een 3D-raster is gemaakt om de luchtstroom op en rond het oppervlak van het lichaam van de skiër te modelleren.

"De lattice Boltzmann-methode stelde ons in staat om gebieden met een lage luchtstroom te identificeren en plaatsen waar wervelingen van luchtstroom gevormd werden, " studie coauteur Sungchan Hong zegt. "Vanwege de precisie van deze simulatie, in tegenstelling tot windtunnelexperimenten, we zouden kunnen laten zien dat het hoofd, bovenarmen, bovenbenen, en dijen zijn specifieke bronnen van weerstand."

De validiteit van de resultaten werd ondersteund door de hoge correlatie tussen de empirische resultaten van de totale weerstand op de skiër-etalagepop in een windtunnel en overeenkomstige gegevens in de computersimulaties.

"Nu weten we welke delen van het lichaam de grootste effecten hebben bij het vertragen van een skiër, we kunnen apparatuur ontwerpen om de hiermee gepaard gaande luchtweerstand te verminderen, en suggereren ook kleine veranderingen in de houding van een skiër die de snelheid kunnen verhogen, ', zegt hoofdauteur Takeshi Asai.

Het team is van plan dit werk uit te breiden door de nieuwe benadering toe te passen op verschillende skihoudingen die tijdens verschillende delen van een race worden aangenomen, en door verschillende turbulentiemodellen te gebruiken om de betrouwbaarheid van hun resultaten te vergroten.