基于3D扫描仪的足球气动力性能研究

蔺世杰+马勇+刘林+雷晓珊

摘要：本文基于 Handyscan 3D 扫描仪进行足球建模，并通过计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）对不同旋转状态的足球进行空气动力性能研究，分析不同旋转状态下的足球受力情况及飞行规律，为足球运动员提高射门技术提供科学依据。

关键词：足球，扫描技术，空气动力

研究背景

足球运动是全球体育界最具影响力的单项体育运动，在巴西足球是文化生活的主流，称之为大众运动。在足球竞技中，现代足球不但在规则和比赛阵型等战术层面有了很大的发展，而在在踢球技术上面也进行了很多改进和创新。对于 FIFA World Cup 是世界上最高荣誉、最高规格、最高竞技水平、最高知名度的足球比赛，巴西目前是捧得大力神杯最多的球队，研究足球的发展是促进全球体育进步的基础。在世界杯比赛中，射门技术是足球比赛中致胜的关键，“香蕉球”和“电梯球”是两个极具魅力和美感的踢球方式，同时经常在足球比赛的实战中发挥威力。“香蕉球”是指足球飞行中在与地面平行的方向发生偏转，偏转运行的轨迹呈弧线型，可以绕进球门，其物理原因在于球的侧向旋转出现马格努斯效应，产生对足球的侧向推力。最近三届世界杯比赛足球情况如下：2006 年德国的世界杯进球总数 144 粒，比赛用球 Teamgeist，这是一个设计简约防水性能最好的 14 面足球；2010 年世界杯在南非举行，总进球数为 143 粒，比赛用球 Jabulani 由 8 个面组成，并且加入了球面技术三维立体结构这项高科技和空气动力凹槽，旨在通过增强球在飞行过程中的稳定性来提高球的可预见性；……