一种体育训练测试风洞系统及其中气流形成和控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种体育训练测试风洞系统及其中气流形成和控制方法，属于体育工程技术领域。本发明专利技术提供一种体育训练测试风洞系统，包括洞体和在洞体内设置的多自由度运动模拟平台、户外环境模拟单元、数据实时监测单元、气流形成单元和动作姿态捕捉单元，所述洞体为封闭回流式洞体结构，包括洞体训练测试段与洞体其余段，洞体其余段包括稳定收缩段和风机动力段。本发明专利技术提供的体育训练测试风洞系统能够根据需求调整风洞系统内的运动环境的各项参数，模拟训练测试对象在比赛现场的空气动力学环境，用以评价待测运动员或运动器械在特定运动环境中的训练状态或使用状态，为改进技术动作与优化提升运动装备性能提供技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种体育训练测试风洞系统及其中气流形成和控制方法
本专利技术属于体育工程
，具体涉及一种体育训练测试风洞系统及其中气流形成和控制方法。
技术介绍
许多体育竞技项目，如球类，投掷、游泳、滑雪、赛车等，其运动成绩的提高和运动器材性能的改进，都与空气动力学密切相关。例如，美国高山滑降运动员史蒂夫·奈曼和冬奥自由式滑雪冠军埃里克·盖伊利用风洞减阻测试和训练持续获得好成绩，已成为通过风洞减阻测试和训练提高成绩的经典案例。为了进一步发挥风洞对体育及其相关装备发展的促进作用，欧美国家纷纷建立体育风洞，如英国2018刚建立的Boardman风洞、美国Specialized风洞、比利时FlandersBikeValley风洞、瑞典体育科技研究中心的风洞、日本体育科学研究所的风洞等，但除瑞典体育科技研究中心的风洞可以改变环境的温度湿度等因素之外，这些风洞均无针对运动员测试和训练的温湿度调控系统、姿态检测和多自由度运动训练平台等装置，且瑞典体育科技研究中心的风洞仅在几个雪上相关竞技项目以及自行车项目实现应用，在体育领域应用效率不高。早在2007年，中国技术专利CN201175557Y“基于风洞原理进行体育竞技训练的空气动力训练馆”(该技术专利已失效)提出了一种内置给风驱动装置的训练管道，该装置虽然能够进行一些运动训练，但基本无法获取运动数据。目前，国内体育风洞建设正处于起步阶段，如国家体育总局冬季运动管理中心正开展建设体育风洞，但该风洞也具有上述欧美国家的体育风洞的缺点。如何利用体育风洞改进器材性能和提高运动员运动成绩，找出与之相关的各种因素，从技术上改进训练方法和技术动作，是当前夏季奥运会以及冬季奥运会的科技备战工作面临的首要问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，在基于空气动力学的风洞训练测试基础上改进器材性能和提高运动员运动成绩，本专利技术提供一种体育训练测试风洞系统，包括洞体和在洞体内设置的多自由度运动模拟平台、户外环境模拟单元、数据实时监测单元、气流形成单元和动作姿态捕捉单元；所述洞体为封闭回流式洞体结构，包括洞体训练测试段及与其连通的洞体其余段，洞体其余段包括稳定收缩段和风机动力段；所述多自由度运动模拟平台安装布置在洞体训练测试段，所述户外环境模拟单元布置在稳定收缩段，所述数据实时监测单元布置在洞体训练测试段附近的控制室内，所述气流形成单元设置于洞体其余段内的，所述动作姿态捕捉单元安装布置在洞体训练测试段的洞体结构周围角落内。其中，所述气流形成单元包括气流驱动模块和气流控制模块，所述气流驱动模块设置于所述风机动力段内；所述洞体其余段还包括两端分别与稳定收缩段和风机动力段连通的气流控制段，所述气流控制模块设置于所述气流控制段。其中，所述气流形成单元还包括设置在稳定收缩段的气流检测模块。其中，所述气流控制模块采用导流片、蜂窝器和整流网控制气流。其中，所述气流检测模块包括压差传感器、温度传感器、湿度传感器与氧浓度传感器。其中，所述多自由度运动模拟平台上设置有测力单元。其中，所述动作姿态捕捉单元由多个相机阵列构成。其中，所述户外环境模拟单元通过温度调节、除湿或加湿、人工制氧、人工制雨雪模拟不同的户外环境以控制所述洞体训练测试段气流的温度、湿度、氧气浓度。其中，所述数据实时监测单元用于通过有线或无线网络与多自由度运动模拟平台、动作姿态捕捉单元、户外环境模拟单元和气流形成单元之间实现数据传输、处理收到的数据并输出根据数据处理计算得出的控制数据。本专利技术还提供一种体育训练测试风洞系统中气流形成和控制方法，包括如下步骤：S1、气流驱动模块采用风机产生气流，；S2、气流控制模块和/或户外环境模拟单元控制气流；S3、气流检测模块检测气流的数据信息；S4、气流检测模块将气流数据信息传输给数据实时监测单元；S5、数据实时监测单元判断接收到的气流数据信息是否符合需模拟运动环境气流数据要求，如果是，则转到步骤S1,如果否，则将接收到的气流数据信息处理形成气流控制信息后转到步骤S6；S6、数据实时监测单元判断不符合要求的气流数据信息对应的控制单元是气流控制模块，则转到步骤S7；判断不符合要求的气流数据信息对应的控制单元是户外环境模拟单元，则转到步骤S8；S7、数据实时监测单元将该气流控制信息发送给气流控制模块，气流控制模块根据气流控制信息对输出气流进行控制；S8、数据实时监测单元将该气流控制信息发送给户外环境模拟单元，户外环境模拟单元根据气流控制信息对输出气流进行控制。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术能够根据需求调整风洞系统内的运动环境的各项参数，模拟训练测试对象在比赛现场的空气动力学环境，用以评价待测运动员或运动器械在特定运动环境中的训练状态或使用状态，为改进技术动作与优化提升运动装备性能提供技术支持。(2)本专利技术能够进行特定的训练与测试，并且能够方便、快捷地获得气流的速度、温湿度、氧气浓度，运动环境、空气动力学特性数据、三维动作姿态、轨迹与动态变形(振动)、训练测试过程视频等大量运动训练测试数据信息，并实时反馈给教练员和运动员，有助于教练员和运动员有效实时地评价运动员的训练状态和技术动作，为评估特定训练方法的成效和制定进一步训练计划提供数据支撑，也为改进技术动作与优化提升运动装备性能提供技术支持。(3)本专利技术结构简单，技术先进，实用可行，为现代体育竞技运动训练与测量提供了一种全新且急需的智能化风洞训练测试系统，极大地提高体育竞技运动训练与测试的效率和科学化水平，丰富了体育竞技运动训练与测试的方法手段，对国内体育运动的发展具有非常重要的现实意义。(4)本专利技术适用范围广，可应用于各种速度类体育竞技项目的运动训练与测试，不管是夏奥项目还是冬奥项目，用户群体较大，具有良好的市场前景；此外，本专利技术还可以应用于极限运动领域。附图说明图1是本专利技术提供的体育训练测试风洞系统的结构简化示意图；图2是本专利技术提供的体育训练测试风洞系统的立体结构示意图；图3是本专利技术提供的体育训练测试风洞系统中气流形成和控制方法流程图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本专利技术的进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域技术人员根据本
技术实现思路
对本专利技术做出的一些非本质的改进和调整仍属本专利技术保护范围。如图1、图2所示，本专利技术提供的体育训练测试风洞系统用于基于空气动力学的运动训练与测试，适用于速度类体育竞技项目。该体育训练测试风洞系统组建于一个场地，该体育训练测试风洞系统的主体结构为洞体，该洞体为封闭回流式洞体结构，且一般设置于室内，风洞洞体包括洞体训练测试段4及与其连通的洞体其余段2，洞体其余段2包括稳定收缩段21、风机动力段22和两端分别与稳定收缩段21、风机动力段22连通的气流控制段23，稳定收缩段21主要用于稳定和约束进入洞体训练测试段4的气流，风机动力段2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种体育训练测试风洞系统，包括洞体和在洞体内设置的多自由度运动模拟平台、户外环境模拟单元、数据实时监测单元、气流形成单元和动作姿态捕捉单元；所述洞体为封闭回流式洞体结构，包括洞体训练测试段及与其连通的洞体其余段，洞体其余段包括稳定收缩段和风机动力段；所述多自由度运动模拟平台安装布置在洞体训练测试段，所述户外环境模拟单元布置在稳定收缩段，所述数据实时监测单元布置在洞体训练测试段附近的控制室内，所述气流形成单元设置于所述洞体其余段内，所述动作姿态捕捉单元安装布置在洞体训练测试段的洞体结构周围角落内。/n

【技术特征摘要】
1.一种体育训练测试风洞系统，包括洞体和在洞体内设置的多自由度运动模拟平台、户外环境模拟单元、数据实时监测单元、气流形成单元和动作姿态捕捉单元；所述洞体为封闭回流式洞体结构，包括洞体训练测试段及与其连通的洞体其余段，洞体其余段包括稳定收缩段和风机动力段；所述多自由度运动模拟平台安装布置在洞体训练测试段，所述户外环境模拟单元布置在稳定收缩段，所述数据实时监测单元布置在洞体训练测试段附近的控制室内，所述气流形成单元设置于所述洞体其余段内，所述动作姿态捕捉单元安装布置在洞体训练测试段的洞体结构周围角落内。


2.根据权利要求1所述的体育训练测试风洞系统，其特征在于：所述气流形成单元包括气流驱动模块和气流控制模块，所述气流驱动模块设置于所述风机动力段内；所述洞体其余段还包括两端分别与稳定收缩段和风机动力段连通的气流控制段，所述气流控制模块设置在所述气流控制段内。


3.根据权利要求2所述的体育训练测试风洞系统，其特征在于：所述气流形成单元还包括设置在稳定收缩段的气流检测模块。


4.根据权利要求3所述的体育训练测试风洞系统，其特征在于：所述气流控制模块采用导流片、蜂窝器和整流网控制气流。


5.根据权利要求3所述的体育训练测试风洞系统，其特征在于：所述气流检测模块包括压差传感器、温度传感器、湿度传感器与氧浓度传感器。


6.根据权利要求1所述的体育训练测试风洞系统，其特征在于：所述多自由度运动模拟平台上设置有测力单元。


7.根据权利要求1所述的体育训练测试风洞系统，其特征在于：所述动...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡齐，陈小平，赵杰修，陈骐，何卫，刘泳庆，
申请(专利权)人：国家体育总局体育科学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11