著者

多田 海斗 平塚 将起 伊藤 慎一郎 瀬尾 和哉

出版者

一般社団法人 日本機械学会

雑誌

日本機械学会論文集 (ISSN:21879761)

巻号頁・発行日

vol.89, no.924, pp.23-00045, 2023 (Released:2023-08-25)

参考文献数

15

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The paper describes the critical Reynolds number of soccer balls as a function of the total groove volume on the ball surface. In this study, the aerodynamic drag and separation point of 6 soccer balls with different panel orientations were measured in a wind tunnel. Moreover, the total volume of grooves on the ball’s surface was measured by One shot 3D measuring machine. It was found that the drag coefficient in the supercritical region and the critical Reynolds number depend on the design of the ball surface (shape, number of panels, surface roughness). A negative correlation exists between the total groove volume on the surface and the critical Reynolds number. When the total groove volume is large, the drag in the supercritical region increases. The position of the separation point does not change in the subcritical and supercritical regions even if the orientation of the panel is changed. However, when the groove width is wider, the panel orientation dependence becomes significant in the supercritical region. In the transition region, the position of the separation point differs depending on the panel's orientation.

著者

浅井 武 瀬尾 和哉 小林 修

出版者

一般社団法人 日本体育学会

雑誌

体育学研究 (ISSN:04846710)

巻号頁・発行日

vol.52, no.1, pp.29-38, 2007-01-10 (Released:2007-04-19)

参考文献数

24

被引用文献数

3 3

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When the boundary layer of a sports ball undergoes the transition from laminar to turbulent flow, a drag crisis occurs whereby the drag coefficient (Cd) rapidly decreases. However, the aerodynamic properties and boundary-layer dynamics of a soccer ball are not well understood. Here we showed that the critical Reynolds number (Recrit) of a soccer ball was 2.2 - 3.0 × 105. Wind-tunnel testing, along with visualization of the dynamics of the boundary layer and the trailing vortex of a ball in flight clearly demonstrated that both non-spinning and spinning curved balls had low Cd values in the supercritical region. We also showed that the Recrit of a soccer ball was lower than that (approximately 3.5 - 4 × 105) of a smooth sphere, due to the effects of its panels; this indicated that the aerodynamic properties of a soccer ball were between those of a smooth ball and a golf ball. Lateral images taken during high-speed kicking of a spinning curve ball (26 m/s; 8 rps) revealed that the separation point was approximately 120° from the front-stagnation point. In addition, the boundary layer between the top and bottom surfaces of the ball became turbulent. Top-view images taken during curved kicking (27 m/s; 7 rps) showed vortex deflection due to the effects of a relative difference in fluid speed caused by the spinning. The curvature of the ball was largely attributed to a lateral force generated by vortex counteraction. However, although the separation point showed left-right asymmetry in relation to the direction of travel (top-bottom symmetry on the images), it was approximately 116° from the front-stagnation point, which was similar to the separation angle during high-speed kicking of a non-spinning ball. In addition, the boundary layer became turbulent and the vortex region shrank during high-speed kicking of a spinning ball.

著者

瀬尾 和哉 村上 正秀

出版者

Japan Association for Wind Engineering

雑誌

日本風工学会誌 (ISSN:09121935)

巻号頁・発行日

vol.2003, no.97, pp.43-48, 2003-10-31 (Released:2010-06-04)

参考文献数

12

被引用文献数

1 1

著者

浅井 武 瀬尾 和哉 酒井 淳 笹瀬 雅史 河野 銀子

出版者

筑波大学

雑誌

基盤研究(B)

巻号頁・発行日

2005

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本研究では、実験風洞と数値流体解析を基にしたスポーツ流体シミュレーターを、パーソナル・スーパーコンピューター上に開発した.さらに,実際のスポーツ科学,スポーツ工学問題の展開事例として、流体工学的観点からスポーツ技術を検討すると共に,スポーツボールやスポーツシューズを代表とするスポーツ用具の空力特性の解析や改良を試みた.サッカーボールの空力解析の場合,スポーツ流体シミュレーターを用いたCFD解析と風洞実験により,無回転のサッカーボールの空力係数を分析すると共に,四塩化チタンを用いた可視化手法により,実際に飛翔するボール後流の動態を検討し,サッカーボールの空力特性を明らかにした.CFDと風洞実験におけるレイノルズ数と抗力係数の関係をみると,亜臨界レンジで0.43程度,超臨界レンジで0.15程度を示し,サッカーボールの臨界レイノルズ数は,約2.2〜3.0×10^5であると考えられた.サッカーボールの抗力係数は,平滑球とゴルフボールの中間的特性を示し,ボールパネルは臨界レイノルズ数を減少させるという意味で,空気抵抗を下げていると考えられる.CFDと可視化実験において,ボールの低速時(5m/s)と高速時(29m/s)のボール周りの流れを比較すると,低速時では,境界層の剥離点が前方岐点より約90deg.に位置していたのに対して,高速時では,剥離点が前方岐点より約120deg.に後退していた.ボール直後の渦リングのような渦塊から発生周波数を計測し,Stを推定すると,平滑球のレイノルズ数4×10^4近傍のハイモード値約1.0と近い値であると考えられた.ボールが飛翔した後,ラージスケールの渦振動(渦塊の蛇行)が観察された.このメカニズムの詳細は不明であるが,渦振動が,サッカーボールの「ナックルエフェクト」に関連している可能性があると思われた.

著者

瀬尾 和哉 佐藤 充 鎌田 圭介 小林 拓人

出版者

一般社団法人 日本機械学会

雑誌

シンポジウム: スポーツ・アンド・ヒューマン・ダイナミクス講演論文集 2020 (ISSN:24329509)

巻号頁・発行日

pp.A-3-1, 2020 (Released:2021-06-01)

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We developed a new suit for Tokyo 2020Olympic and Paralympic cycling road races. Several clothes were tested by using a truncated cone wrapped with cloth in the wind tunnel. On the basis of the drag measurements, several pilot suits were made. They were tested by using a full-scale mannequin which can pedal the bike in the wind tunnel. Finally, we succeeded in developing the new suit for Tokyo 2020Olympic and Paralympic cycling road races, which is superior to Beijing model.

著者

伊藤 慎一郎 鎌田 真輝 浅井 武 瀬尾 和哉

出版者

一般社団法人 日本機械学会

雑誌

シンポジウム: スポーツ・アンド・ヒューマン・ダイナミクス講演論文集

巻号頁・発行日

vol.2011, pp.23-26, 2011

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The configuration of soccer balls has closely approached a perfect round shape by not only reducing a number of panels but also by eliminating roughness of the panel joints by thermal bonding process recently. Therefore, in a non-rotating or low-rotating moving shot, a soccer ball drops and curves by the change of wake flow, which is called a knuckle ball effect. It is said that the cause of the swerving ball on no rotating shoot of the soccer ball depends on the outbreak of the vortex occurred in the wake. However, it is not grasped the timing among the vortex outbreak and the swerving of balls. In this study, the velocity fluctuation of the ball wake was measured with hot wire probe and the oscillation of the ball was measured with three components load cell. And also the asymmetric configuration of the ball panel against moving direction was investigated as a factor to bring unexpected change of the ball orbit. The results show that the position change of the tail of vortex ring affects the swerving of the balls and that the low-rotating ball changes its face against the moving direction and it produces irregular lateral force.

著者

浅井 武 瀬尾 和哉 笹瀬 雅史

出版者

山形大学

雑誌

基盤研究(C)

巻号頁・発行日

2003

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本研究では、サッカーのインフロントカーブキックを対象に、高速VTRカメラを用いて上方から撮影し、蹴り足やボールの速度、ボール回転数、フェイスベクトルとスイングベクトルのなす角度(迎え角)について検討した。その結果、蹴り足速度の平均値は24.2m/sであり、ボール速度の平均値は27.1m/sであった。インフロントカーブキックにおけるボール回転数の平均値は7.8回転であった。全てのインフロントカーブキックの試技において迎え角がみられ、その平均値は35.4deg.であった。迎え角の最小値は21.9deg.、最大値は45.4deg.となっており、かなり広いレンジに渡っていた。インフロントカーブキックでは、蹴り足のフェイスベクトルとスイングベクトルとの間にある迎え角を作ることが、ボールに回転を発生させることの原因の一つになっていると考えられた。また、下腿の有限要素骨格モデルを作成し、インフロントカーブキックのコンピュータシミュレーションを行うことによって、迎え角とボール回転数、及びボール速度の関係を検討した。その結果、迎え角とボール速度との関係をみると、迎え角が大きくなるに従ってボール速度は小さくなっていた。一方、迎え角とボール回転数との関係は、迎え角が大きくなるに従って回転数は増大するが、約70度を越えると急激に減少していた。実際のフリーキック時におけるこの迎え角をみると、ボール回転数が最大になる角度より小さいと考えられ、ボール速度を重視したカーブキックを行なわれていたと推察された。さらに、回転及び無回転のサッカーボールに対して風洞実験を行い、ボールに働く力を測定した。無回転の場合にはオイルフローによる可視化実験を行い、その空力特性を調べた。その結果、回転時の抗力係数は、0.35から0.4程度、無回転時の抗力係数は0.2程度であることが明らかになった。

著者

瀬尾 和哉 下山 幸治 鈴木 省三 太田 憲 仰木 裕嗣

出版者

山形大学

雑誌

基盤研究(A)

巻号頁・発行日

2011-04-01

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スポーツスキルとスポーツ用具を同時に最適化する手法の開発に成功した。これによって、世界記録を産み出すような最適な用具と最適なスキルを提案することが可能になった。また、障がい者アスリート等、様々な個性の競技者へ対して、そのスキルにマッチした最適な用具形状を提示することも可能になった。この成果は、特許出願済み(出願番号:2014-217501、飛翔体形状の計算方法、計算装置、計算プログラム、及び計算システム)であり、公知とした。今後は、この技術を様々な競技へ応用し、実際のものづくりと選手のスキル改善へ活かしていく実践的な局面である。

著者

瀬尾 和哉 渡部 勲 太田 香織 村上 正秀

出版者

一般社団法人日本機械学会

雑誌

ジョイント・シンポジウム講演論文集 : スポーツ工学シンポジウム : シンポジウム:ヒューマン・ダイナミックス : symposium on sports engineering : symposium on human dynamics

巻号頁・発行日

vol.2001, pp.136-140, 2001-11-07

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This paper describes the aerodynamic forces acting on the ski jumper during the landing phase as well as the free flight phase. The full size model was employed to measure the lift area, the drag area and the moment volume, which was mounted in a 3-meter low speed wind tunnel. The ground effect plate was set in the test section of the wind tunnel. The clearance between the plate and the center of mass of the body-ski combination was about 1 m. It was found that the difference between the lift area with the ground effect plate and that without the ground effect plate increased with the ski-opening angle, though difference of both lift areas was independent of the angle of attack. The difference of both drag areas was small. The flight distance was estimated about 146 m, which is 6 m longer by taking account of the ground effect.

著者

浅井 武 瀬尾 和哉 藤井 範久 高木 英樹 小池 関也 藤澤 延行

出版者

筑波大学

雑誌

基盤研究(B)

巻号頁・発行日

2008

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本研究では,先端的スポーツ流体科学・工学の基盤創生と展開研究の一環として,実際にキックされたナックルボールに対して,高速度ビデオカメラと発煙物質を用いて可視化し,渦放出の動態について検討した.その結果,飛翔するボールに働く横力と揚力の周波数と,大規模渦構造における渦振動の周波数に高い相関がみられた(r=0.94,p<0.01).これらのことから,大規模渦構造における渦振動がナックルボールの不規則な変化を引き起こす大きな原因の一つになっていると考えられた.