Aktive Nutzung instationärer Effekte beim menschlichen Schwimmen

Bearbeiter:Dipl.-Math. Steffen Pacholak
Beginn:Oktober 2007
Dauer:6 1/2 Jahre
Kooperationspartner:
  • Prof. Reinhard Blickhan, Institut für Bewegungswissenschaften, Friedrich-Schiller-Universität Jena
  • Olympiastützpunkt Heidelberg
  • Institut für Angewandte Trainingswissenschaft Leipzig
Förderung:Das Projekt ist Teil des DFG-Schwerpunktprogramms "Strömungsbeeinflussung in der Natur und Technik" und wird unter dem Zeichen SPP 1207/03 gefördert.

Inhalt:

Aktuelle Wettkampfsituationen zeigen deutlich, dass die undulatorische  Abb. 1: Illustration der einzelnen Projektschritte vom realen Modell (a) über den 3D-Body Scan (b) bis hin zum beweglichen Modell (c) Schwimmbewegung in der Tauch- und Wendephase eine entscheide Rolle spielt. Die olympische Weltspitze der Männer erreicht dabei mit 6-8 Undulationen fast die regelkonforme 15m-Marke. Die Tauchphase der Frauen beschränkt sich auf eine etwas kürzere Distanz mit halb so vielen Bewegungen. Im Rahmen der natürlichen Beschränkungen sollen die auftretenden instationären Effekte charakterisiert und ihre Wirkung auf Vortrieb und Widerstand beurteilt werden.

Ziel des Projektes ist die Konstruktion eines beweglichen, digitalen Körpermodells (Abb. 1c) aus Daten, die von einem 3D-Body Scanner (Abb. 1b) beim optischen Abtasten einer realen Schwimmerin (Abb. 1a) erzeugt wurden. Anschließend soll die Abb. 2: Beispiel für Unterwasseraufnahmen des Delphinkicks am realen Schwimmer Implementierung in gängige Strömungsmechanik Solver von OpenFOAM mit bewegten Gittern erfolgen, um die Druckverteilung auf der Schwimmeroberfläche sowie das Geschwindigkeitsfeld im Nachlauf des Schwimmers zu bestimmen. 

Anhand dieser berechneten Daten lassen sich Rückschlüsse auf die Bildung von instationären Effekten im Strömungsgebiet und die Verschmelzung von Wirbeln (siehe Video) im Nachlauf ziehen.

Zur Validierung der numerischen Daten werden Abb. 3: Silikonmodell der Schwimmerin mit seitlicher Aufhängung für Untersuchungen im Strömungskanal, Video 1: Visualisierung der instationären Effekte und Wirbelstrukturen im Nachlauf des Schwimmersparallel zu den numerischen Rechnungen auf dem universitätseigenen HPC-Cluster, Experimente im Strömungskanal des Instituts mit einem verkleinerten Modell (Abb. 3) sowie PIV-Messung an der bereits erwähnten Schwimmerin am Olympiastützpunkt in Heidelberg durchgeführt.