Die Erfindung betrifft einen Strömungssimulator zur Erfassung der auf einen Ski springer wirkenden Strömungskräfte, der neben der genauen Krafterfassung auch zum Training des Strömungsgefühls von Skispringern einsetzbar ist. Er eignet sich insbesondere zur Leistungsoptimierung im Spitzensportbereich.

In der Luftfahrt wie auch in der in der Landfahrzeugindustrie sind aerodynamische Untersuchungen von Fluggeräten und Fahrzeugen ebenso wie von Bauteilen bzw. Baugruppen derselben etabliert. Auch bei materialintensiven Sportarten, wie zum Beispiel dem Bobsport, gehören aerodynamischen Optimierungen im Windkanal zum Standardprozedere. Ohne diese Maßnahmen sind Spitzenleistungen in diesen Sportarten kaum mehr erreichbar.

Windkanaluntersuchungen für Sportarten, bei denen der Athlet selbst die Aerodyna mik maßgeblich bestimmt, wie zum Beispiel beim Skispringen oder beim Fliegen mit Flügelanzügen (engl wingsuits), erfordern im Unterschied zu den Strömungsstudien an bloßen Sportgeräten, eine möglichst akkurate Anpassung der Simulationsverhält nisse an die realen Verhältnisse der Sportart, da der Sportler nur dann eine den rea len Bedingungen entsprechende Haltung einnehmen kann bzw. wird.

Einen Windkanal, in welchem ein Mensch - insbesondere unter Verwendung eines Flügelanzuges - längere Zeit fliegen kann, offenbart WO 2017/142461 A1 . Dieser Windkanal zeichnet sich durch eine Strömungsstrecke aus, die zwei aneinander grenzenden Sektionen umfasst, wobei die erste Sektion waagerecht und die zweite Sektion unter einem verstellbaren Neigungswinkel von 5° bis 85° direkt an die erste Sektion anschließt. Durch die Strömungsablenkung zwischen erster und zweiter Sek tion werden die gewünschten Strömungsverhältnisse in der zweiten Sektion erzeugt, in der sich der in den Flugzustand gebrachte bzw. zu bringende Sportler befindet.

Die zweite Sektion ist hierbei als Windkanal mit geschlossener Strömungsstrecke ausgebildet.

Dieser auf den menschlichen Flug ausgerichtet Windkanal kann die Strömungsver hältnisse, die beim Skispringen vorliegen, jedoch nur begrenzt abbilden. Die Strö- mungsbedingungen eines realen Skisprungs und die hierbei auftretenden Strö mungskräfte lassen sich - infolge der Wechselwirkung der Verdrängerströmung mit den Wänden des Windkanals - mit solchen bekannten Strömungssimulatoren nur unzureichend nachbilden bzw. erfassen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen windkanalbasierten Strömungssimulator für Skispringer bereitzustellen, der es ermöglicht, dem realen Skisprung nahekom mende, kontrollierte Strömungsverhältnisse nachzubilden und hierbei die auf den Skispringer wirkenden Strömungskräfte weitestgehend störungsfrei zu erfassen.

Diese Aufgabe wird durch einen Strömungssimulator zur Erfassung der auf einen Skispringer wirkenden Strömungskräfte mit den kennzeichnenden Merkmalen nach dem Anspruch 1 gelöst; zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 8 aufgeführt.

Der Strömungssimulator umfasst einen geschlossenen Windkanal mit einer entlang einer Längsachse verlaufenden Strömungsstrecke und einer Strömungsrückführung. Die Strömungsstrecke weist - nach dem Basisaufbau des Göttinger Windkanals - ei ne Düse, einen Auffangtrichter und eine zwischen der Düse und dem Auffangtrichter angeordnete offene Messstrecke auf. Aus der Düse bzw. deren Düsenaustritt tritt ein Luftstrom aus, der zum Auffangtrichter hin strömt und über die Strömungsrückfüh rung wieder zur Düse geleitet wird. Die Strömungsrückführung umfasst bekannte Elemente von Windkanälen, wie zum Beispiel Gebläse zur Erzeugung des Luft stroms, Um lenkkrümmer, Turbulenzsiebe, Gleichrichter etc..

Nach Maßgabe der Erfindung ist die Längsachse der Strömungsstrecke gegenüber der Waagerechten geneigt; der Luftstrom wird auf der geneigten Strömungsstrecke ansteigend gefördert.

In der Mitte der Messstrecke zwischen Düse und Auffangtrichter ist eine Aufnahme einheit zur Halterung des Skispringers während der Strömungskraftmessung ange ordnet. Diese Position der Aufnahmeeinheit wird als Messposition bezeichnet. Die Aufnahmeeinheit ist mit einer Messeinheit zur Erfassung der auf den Skispringer wir kenden Strömungskräfte verbunden. Die beim freien Skisprung auf den Skispringer wirkenden Gewichts-, Auftriebs- und Widerstandskräfte befinden sich in der Regel nicht im Gleichgewicht; die resultieren de Kraft aus Gewichts-, Auftriebs- und Widerstandskraft führt zu einer Beschleuni gung des Skispringers beim freien Skisprung. Im Strömungssimulator entspricht die resultierende Kraft der Haltekraft an der Aufnahmeeinheit. Diese wird nach Betrag und Richtung (oder ihren beiden Komponenten) mittels der Messeinrichtung be stimmt. Die Strömungskräfte werden auf Basis der gemessenen Haltekraft ermittelt, ggf. unter Berücksichtigung von Korrekturen aufgrund der an der Aufnahmeeinheit angreifenden Störkräfte.

Die Messstrecke befindet sich innerhalb einer Messkammer, die allseitig von Mess kammerwänden begrenzt ist. Die Messkammerwände umfassen die Seitenwände ebenso wie die Decke und den Boden der Messkammer. Erfindungsgemäß spannt die Messkammer an der Position der Aufnahmeeinheit, d. h. an der Messposition, eine Fläche quer zur Längsachse der Strömungsstrecke auf, die mindestens das Dreifache der Querschnittsfläche der Düse beträgt.

Ein wesentlicher Vorteil des beschriebenen Strömungssimulators besteht darin, dass neben der Einstellung realitätsnaher Strömungsbedingungen durch die Anströmung des Athleten in der geneigten Strömungsstrecke eine hohe Genauigkeit der Messung der auf den Sportler unter den Modellbedingungen im Strömungssimulator wirkenden Kräfte erreichbar ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Messkammer und die Anordnung der Aufnahmeeinheit innerhalb derselben wird erreicht, dass die Verdrängungswirkung durch den Sportler symmetrisch und vernachlässigbar klein ist. Somit werden merkliche Störungen auf die Geschwindigkeitsverteilung und damit auf die Kräfte am Skispringer vermieden. Die Anordnung der Aufnahmeeinheit (und damit des Skispringers) ebenso wie der Aufbau der Messkammer tragen dazu bei, dass die Geschwindigkeit der Luftströmung nach Betrag, Richtung und Turbulenz über den Querschnitt in der Position der Aufnahmeeinheit konstant ausgebildet ist.

Im Strömungssimulator wirken auf den Skispringer bei gleicher Geometrie und An stellung die gleichen Normal- und Tangentialspannungen der Strömung wie beim re- alen Skisprung. Dies ermöglicht es, aerodynamische Optimierungen sowohl in Bezug auf die Ausrüstung wie auch die Haltung des Athleten beim Skisprung vornehmen.

Im Unterschied zum freien Skisprung wird im Strömungssimulator - zusätzlich zu den Strömungskräften - vom Athleten die an der Aufnahmeeinheit wirkende Haltekraft ge fühlt. Dies kann dazu führen, dass die vom Sportler als optimal wahrgenommenen Bedingungen nicht die tatsächlich optimalen sind. Dieser Unterschied zum realen Fluggefühl ist jedoch durch entsprechendes Training erlernbar; es ermöglicht dem Skispringer danach die Feinabstimmung seines Fluggefühls unter kontrollierten Be dingen, da er im Strömungssimulator eine unmittelbare Rückinformation auf einer Anzeigetafel über die optimalen Strömungsbedingungen erhält.

Der Strömungssimulator eröffnet aufgrund der konstant einstellbaren Strömungsver hältnisse insofern auch die Möglichkeit - im Unterschied zum realen Freiluft- Skisprung, bei dem stets leicht unterschiedliche Windverhältnissen vorliegen, - ange lernte, schwierig abstellbare Fehlhaltungen durch Training unter kontrollierte Bedin gungen gezielt zu korrigieren.

Gemäß einer Ausgestaltung besitzt die Messkammer an der Position der Aufnahme einheit den größten Querschnitt quer zur Längsachse der Strömungsstrecke, d. h. , der Messkammerquerschnitt erweitert sich bis zur Position der Aufnahmeeinheit und verengt sich anschließend wieder.

Vorzugsweise sind die Messkammerwände spiegelsymmetrisch zu einer die Längs achse der Strömungsstrecke beinhaltenden und in der Richtung quer zur Längsach se der Strömungsstrecke waagerecht ausgerichteten Spiegelebene angeordnet.

Beide Ausgestaltungen der Messkammer tragen zur Homogenisierung der in der Messposition vorliegenden Geschwindigkeitsverteilung nach Betrag, Richtung und Turbulenz(en) bei.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Düse, der Auffangtrichter und die Mess kammer quer zur Längsachse einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Durch die rechteckige Ausbildung der Querschnitte der Strömungsstrecke werden die Bildun- gen von Wirbeln am Auffangtrichter und die mit dieser Wirbelbildung verknüpfte Lärmemission vermieden bzw. vermindert.

Die Aufnahmeeinheit kann in unterschiedlicher Weise ausgeführt sein, zum Beispiel als Traverse oder als Aufhängung mit Seilen oder Gurten. Sie ist vorzugswiese so ausgebildet, dass sie keine merklichen Störungen auf die Geschwindigkeitsverteilung und damit auf die Kräfte am Skispringer erzeugt. Die Maßnahmen hierzu sind aus dem Windkanalbau und -betrieb bekannt.

Der Neigungswinkel der Längsachse der Strömungsstrecke gegenüber der Waage rechten liegt vorzugsweise im Bereich von 10° bis 60°, besonders bevorzugt im Be reich von 30° bis 45°.

Die Strömungsstrecke kann eine Schwenkvorrichtung zur Änderung des Neigungs winkels der Längsachse der Strömungsstrecke aufweisen. Durch Änderung des Nei gungswinkels ist es möglich, verschiedene Flugphasen während eines Skisprungs nachzubilden - vom flachen Winkel während des Absprungs bis zu den steileren Winkeln der Flugphase.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist eine der Messkammerwände als höhenver stellbarer Boden, zum Beispiel in Form einer Hebebühne, ausgebildet. Hierdurch wird das Einsteigen und Aussteigen des Skispringers in die bzw. aus der Aufnahme einheit erleichtert. Der verstellbare Boden kann zudem bei aktivierter Luftströmung bis zum Beginn des Strömungstrainings unter dem Skispringer belassen werden, d. h. bis er sich in die Trainingsposition begibt. Das kräftezehrende Verharren in der Trainingsposition muss insofern nur solange aufrechterhalten werden, wie es für das Training und die Kraftmessung zwingend erforderlich ist. Dies ermöglicht letztlich längere Trainingseinheiten.

Zudem kann der Strömungssimulator eine Kippvorrichtung zum Neigen des höhen verstellbaren Bodens aufweisen. Sofern sich der höhenverstellbare Boden vor Trai ningsbeginn noch auf der Höhe des Skispringers befindet, können durch Neigen des höhenverstellbaren Bodens in Strömungsrichtung des Luftstroms nach dem Anfahren des Strömungssimulators die auf den höhenverstellbaren Boden wirkenden Kräfte vermindert werden.

Ferner können am Düsenaustritt der Düse Klappen zur Ablenkung des austretenden Luftstroms angebracht sein. Die Strömungsverhältnisse sind hierdurch während des Trainings veränderbar, zum Beispiel um Änderungen der Windverhältnisse im Strö mungssimulator nachzubilden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Merk male mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dazu zeigen:

Fig. 1 : den Strömungssimulator im Längsvertikalschnitt, und

Fig. 2: den Strömungssimulator in Blickrichtung A nach Fig. 1 .

Der Strömungssimulator gemäß der Fig. 1 umfasst einen Windkanal nach Göttinger Bauart mit einer entlang der Längsachse 5 verlaufenden Strömungsstrecke, gebildet aus der Düse 3, der offenen Messstrecke 1 .1 und dem Auffangtrichter 4, sowie einer vom Auffangtrichter 4 zur Düse 3 reichenden Strömungsrückführung. Die Strö mungsstrecke besitzt einen Neigungswinkel a ihrer Längsachse gegenüber der Waagerechten von 36°.

In der Strömungsrückführung befinden sich der Kühler 10, das Gebläse 8 und der Gleichrichter 9. Das Gebläse 8 weist einen oder mehrere parallel geschaltete Ventila toren auf.

Die Richtung des Luftstroms verdeutlicht der Pfeil A. Dieser strömt über den Düsen austritt 3.1 aus der Düse 3 in die Messkammer 1 ein. Innerhalb der Messkammer 1 befindet sich der Skispringer 7 in der Aufnahmeeinheit 6, die in der Mitte der Mess strecke 1 .1 positioniert ist. An dieser Messposition wird er vergleichbar zu den Be dingungen beim freien Skisprung schräg von unten angeströmt. Die Messkammerwände 2 sind spiegelsymmetrisch zu der Spiegelebene angeord net, die die Längsachse 5 beinhaltet und in der Richtung quer zur Längsachse 5 waagerecht ausgerichtet ist. Die untere Messkammerwand 2 ist als verstellbarer Boden 2.1 ausgeführt, mittels der der Skispringer 7 zur Position der Aufnahmeeinheit, d. h. zur Messposition, gebracht werden kann.

Die Querschnittsdarstellung der Strömungsstrecke gemäß Fig. 2 zeigt den aus der Düse in Richtung der Längsachse auf den Auffangtrichter 4 gerichteten Blick. Die Düse, einschließlich des Düsenaustritts 3.1 , und der Auffangtrichter 4 besitzen beide einen rechteckigen Querschnitt. Zwischen ihnen befindet sich der Skispringer 7, der mittels der Aufnahmeeinheit 6 in der Messposition gehalten wird. Weiterhin zeigt Fig. 2 die ebenfalls rechteckige Anordnung der Messkammerwände 2 in der im Be- reich der Messposition liegenden Querschnittsebene der Messkammer 1.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1 Messkammer

1.1 Messstrecke

2 Messkammerwände

2.1 höhenverstellbarer Boden

3 Düse

3.1 Düsenaustritt

4 Auffangtrichter

5 Längsachse

6 Aufnahmeeinheit

7 Skispringer

8 Gebläse

9 Gleichrichter

10 Kühler

a Neigungswinkel der Strömungsstrecke