[发明专利]跳台滑雪助滑道结构线型优化分析方法及装置

说明书

本申请实施例公开一种跳台滑雪助滑道结构线型优化分析方法及装置。该方法在考虑空气阻力与滑行摩擦力的情况下，分别得到各段运动员滑行速度与滑行距离的函数关系式，获得助滑道结构关键结构点处的运动员速度，以便将具有三次幂函数的助滑道结构与传统含有圆弧的助滑道结构进行对比，通过对运动员在圆弧线型过渡区、三次幂函数线型过渡区的跳台滑雪助滑道上滑行时受到的反作用力进行分析，探讨运动员在三次幂函数上受到反作用力的缓和情况，在滑行速度与反作用力大小两方面分析三次幂函数对原有助滑道结构体系的优化效果，与现有跳台滑雪助滑道结构线型分析方法相比，考虑的因素更加全面，能够为跳台滑雪助滑道结构线型优化提供准确的数据支持。

技术领域

本发明涉及跳台滑雪助滑道结构分析技术领域，尤其涉及一种跳台滑雪助滑道结构线型优化分析方法及装置。

背景技术

自20世纪30年代以来，跳台滑雪运动就被列入冬奥会正式项目，现在国际赛场上常见的跳台滑雪中心由助滑道、着陆区与终止区三部分组成。在比赛中运动员两脚各绑一块专用的雪板，比赛时运动员不借助任何外力，从助滑道出发区起滑，经助滑道助滑获得高速度于起飞区边缘飞出。助滑道结构是保证运动员能拥有较远飞行距离的前提，而助滑道结构线型效果直接影响运动员滑行运动的效果与起飞速度，进而影响运动员飞行距离。跳台滑雪助滑道结构主要分为三段，起始区的直线段，过渡区的曲线段与起飞区的直线段。

根据建筑规范，到目前为止，已经建成的助滑道结构过渡区大都为为圆弧，较少有其他形式。但选用圆弧作为过渡区则会在线型上出现曲率瞬时增大点，不利于运动员的滑行。在对跳台滑雪运动研究中，除了对运动过程中的空气动力学与生物力学进行分析，研究人员还对助滑道结构几何线型进行了较多研究。为了控制滑雪运动员沿过渡曲线段滑行时的受到反作用力，研究人员建议使用具有可变曲率函数曲线，比如摆线，抛物线，双曲线和三次幂函数等代替圆弧。

然而，现有对助滑道结构几何线型的分析方法中，对函数模型的分析未考虑空气阻力和滑板与冰面结构的摩擦力，这会对模型的准确性造成影响。并且，现有对助滑道结构几何线型的分析方法中，单从运动员的受力情况进行分析，未对运动员在助滑道各个阶段的滑行速度进行分析，并未将运动员滑行速度作为优化线型的因素之一，而滑行速度是影响跳台滑雪运动员成绩的最主要因素。此外，现有对助滑道结构几何线型的分析方法中，在助滑道结构线型优化分析时主要集中在过渡区线型，并未将起始区、过渡区和起飞区作为一个统一的整体考虑。现有研究仅针对助滑道过渡区为圆弧线型，对于国际雪联最新提出的用三次幂函数代替圆弧作为助滑道过渡区线型，尚未有有效的优化分析方法分析三次幂函数的优化效果。

发明内容

本发明提供一种跳台滑雪助滑道结构线型优化分析方法及装置，以解决现有跳台滑雪助滑道结构线型分析考虑的因素不全面，对模型的准确性造成影响的问题。

第一方面，本发明提供一种跳台滑雪助滑道结构线型优化分析方法，所述方法包括：

在考虑空气阻力与滑行摩擦力的情况下，建立跳台滑雪助滑道的起始区滑行方向的动力学方程、圆弧线型过渡区的动力学方程、三次幂函数线型过渡区的动力学方程，以及起飞区的动力学方程；

根据所述起始区滑行方向的动力学方程、圆弧线型过渡区的动力学方程、三次幂函数线型过渡区的动力学方程，以及起飞区的动力学方程，分别求解得到运动员在起始区末端的滑行速度与滑行距离之间的关系式、圆弧线型过渡区的滑行速度与滑行距离之间的关系式、三次幂函数线型过渡区的滑行速度与滑行距离之间的关系式，以及起飞区的滑行速度与滑行距离之间的关系式；

根据所述运动员在起始区末端的滑行速度与滑行距离之间的关系式、圆弧线型过渡区的滑行速度与滑行距离之间的关系式、三次幂函数线型过渡区的滑行速度与滑行距离之间的关系式、起飞区的滑行速度与滑行距离之间的关系式，以及目标跳台助滑道的实际参数，计算运动员在圆弧线型过渡区的跳台滑雪助滑道上的最终滑出速度，以及运动员在三次幂函数线型过渡区的跳台滑雪助滑道上的最终滑出速度，以比对运动员在上述两种线型滑道的滑出速度；