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1、编号：南京林业大学大学生创新创业训练计划项目申报书项目名称：羽毛球空气阻力系数的测量以及研究学 院：机械电子工程学院申报者姓名：赵缘手 机:软件条件：一、学校图书馆藏书及电子资料库可提供大量有价值资料学校图书馆藏书数量庞大，加之日臻完善的电子资料库，可以为查阅资 料提供便利。在地理位置上，学校距国家图书馆较近，毗邻诸多高校，如南京 邮电大学、南京师范大学、南京理工大学等，在必要时可前往查阅资料。且 本校学校图书馆物理学类、计算机学类图书及期刊杂志，可随时借阅，方便 资料采集。此外，学校购买了电子期刊，在校学生可利用校园网查阅下载中外 文资料、期刊、论文等，为了解本课题相关领域及内容的世界范围内
2、的研究 进展带来极大的便利。二、学校鼓励科研研究开展了本次的“2020年大学生创新创业训练计划”的项目活动，同时学 校提供充足的科研经费三、成员安排项目组成员均来自机械电子工程学院，具有一定的物理学理论基础，以 及计算机语言基础，且拥有能够深挖问题的探究科研精神；四、教师资源丰富且优秀本课题涉及专业有体育、物理学、计算机学，在实际操作中，不同领域 的指导老师能够相互合作，共同指导，提供技术、学术等方面的支持硬件条件：一台高分辨率摄像机、若干只质量较好的羽毛球、一只质量相 对较好的羽毛球拍、一间具有独立空间的室内场所、速度传感器、计算机、 能固定角度以及力度的弹射装置五、预期成果及形式研究报告:
3、(1)建立羽毛球的空气动力学模型;(2)分析得出不同损坏程度下相同品牌羽毛球受影响的程度;(3)分析对比出不同品牌羽毛球的性能好坏。六、项目经费预算项目总经费：2000阮）交通费：(%)资料费：5|(%)元器件费：50(%)药品要：0(%)测试费：0(%)邮费:O(%)复印费：0(%)办公用品费：(%)版面费：45(%)通讯费：0(%)申请经费2000 元起止时间2020年5月至2021 年5月项目类别校级项目项目负责人基本信息姓名学号专业年级所在学院赵缘大一机电院性别手机E-mail身份证号男220316项目组成员基本信息序号姓名性别学院专业年 级手机签名1周宇航男机电院大一151 5179
4、 1259周宇航2祝姜江男机电院大一198 9560 6820祝姜江3常启昕男机电院大一138 5286 8368常启昕45指导教师情况姓名所在学院研究方向职称/职务胡海涛体育部羽毛球、篮球教学 训练与科研姓名所在学院研究方向职称/职务喻孜理学院粒子物理与天体物理。近年 来开始关注理论物埋仕实际 中的应用，在粉尘燃爆、材 料热学特性等交叉学科方向 进行研究,也从事仪器设备副教授项目名称羽毛球空气阻力系数的测量以及研究的设计和研发。一、项目简介(研究内容、目的及国内外研究水平概述)研究内容：(1)采集羽毛球的运动状态视频，并在计算机中对羽毛球 进行分析，得出实际运动下飞行羽毛球的运动状态；(2)
5、分析相同品牌羽毛球，在不同损坏状态下所受到的空 气阻力；(3)对比不同品牌羽毛球，在相同损坏情况下飞行状态所 受到的影响研究理论基础：设：C是羽毛球所受空气阻力系数，与物体的迎风面积、物体 表面光滑程度以及物体形状有关，一般通过实验测定;P是空气密 度，在室内干燥空气下可取L 293 kg/m3,特殊条件下则需要进行 实地监测；s是 物体迎风面积；V是物体相对空气运动的速度.本 研究内容 文讨论的。即为室内无风情况下羽毛球所受空气阻力系数，取 和目的 羽毛球最大横截面；讨论中，为简便实验过程，引入系 数k,则有：一般来说，羽毛球运动轨迹不在一个铅垂面内，也就是说羽 毛球运动是在三维空间中，飞行
6、过程中空气会提供侧向力，导致 羽毛球产生侧偏卬.但是为了降低建模难度，本文将轨迹模型近 似成一个平面运动.因此，水平方向上仅受空气阻力水平分力：Ff*= FfCos。竖直方向上受重力和空气阻力的竖直分量：Ff, =FC+FfsintfF L 2 y户=.ku ,由于 f v分别取X轴、轴上的单位向量/、j,此时需要找到速度方向上的矢量分量，即速度方向上的单位向量：整理可得，羽毛球飞行过程中的水平方向，上和竖直方向上 的受力情况分别如下：研究目的：（1）现有对测量羽毛球运动状态的方法多如在风洞中进行 之类，对于实际运动中羽毛球的飞行状态分析较少。 本研究旨在提供一种新的测量方法，通过采集实际运
7、动下飞行羽毛球的运动状态视频，并在计算机中进行 分析，最终得出结论；（2）羽毛球运动对于羽毛球的损耗非常大，而初学者往往 不能判断出羽毛球达到何种损耗程度便无法使用。本 研究对相同品牌羽毛球，在不同损坏状态下的飞行状 态进行分析，最终为羽毛球初学者提供一种理论参 考。（3）市面上现有羽毛球种类繁多，质量参差不齐。本研究 旨在对不同品牌羽毛球在损坏程度相同的情况下的飞 行状态进行分析，判断出不同品牌羽毛球的性能，为 大众选择羽毛球提供一种理论参考。当前国内外同类项目研究水平概述国内湖北大学课题基于Tracker软件的羽毛球空气阻力及 运动轨迹研究对理想状态下的羽毛球轨迹进行视频录制，进而 通过研
8、究羽毛球运动轨迹来探究空气阻力系数的变化。此篇课题 论文为相关研究提供了一个思路，具有较高的参考价值。厦门大学硕士学位羽毛球运动三维模型的研究及其仿真 中也提出利用三维空间坐标系下计算出羽毛球飞行的运动方程； 设计出羽毛球运动轨迹的计算和模拟方法；基于Badminton Emulation Engine引擎，设计了运动轨迹的3D渲染方法，并通 过实验得到了三维仿真轨迹的效果图及相关的飞行参数;基于 Badminton Emulation Engine引擎,开发了羽毛球运动的训练 仿真模型，设计了其人机界面及人机交互方法。二、研究技术路线及可行性分析空气阻力一般有两种模型，第一种是空气阻力与速度
9、成正比，第二种是 空气阻力与速度平方成正比。第二种模型更能解释羽毛球自由落体和斜抛运 动轨迹，因此本次课题将通过第二种空气阻力模型进行研究。由于羽毛球运动是在三维空间内的一种运动，而运动中空气会给羽毛球 一个侧向力，导致羽毛球运动轨迹会有一个三维空间上的偏转，鉴于这样的 研究难度相对较高且难以在通过建模的方式在计算机上进行理论研究，因此 本次课题将羽毛球运动轨迹近似成一个铅垂平面上的运动。本次课题研究需要通过摄像机将不同角度及自损程度下羽毛球的运动轨 迹录制下来后，通过软件将运动轨迹扣除，并且运用编程语言建立轨迹理论 模型，并通过改变不同变量，将理论轨迹与实际轨迹进行重合校准，得到相 应的空气
10、阻力系数。三、研究计划和进度（可就文献查询、社会调查、方案设计、实验 研究、数据处理、研制开发、撰写论文或研究报告、结题和答辩、 成果推广、工作逐项进行安排）文献查阅：1、阅读空气动理论、质点运动学、牛顿运动定律、流体力 学等等物理学文献，了解物体运动基本特征，从而能更好的探究羽毛球自 损对运动的影响2、湖北大学课题基于Tracker软件的羽毛球空气阻力及运动轨迹研究是 很好的铺路石，在此基础上，本小组成员将其所包含的思想转化为自身所需 要的知识、方法，进行变通、创新、实践。3、厦门大学硕士学位论文羽毛球运动三维模型的研究以及仿真有关羽毛球知识：羽毛球是一项隔着球网，使用长柄网状球拍击打平口端
11、扎有一圈羽毛的半球 状软木的室内运动。羽毛片是组装羽毛球必不可少的材料之一，羽毛片的特性 及其安装方式直接影响羽毛球的飞行特性，从而影响到羽毛球的质量等级，影 响到选手击球方式以及出球效果。实际调查：羽毛球运动中，因球体不规则性、飞行轨迹多样、所受空气阻力复杂等因 素，研究难度大大增加，因而对考虑空气阻力的羽毛球飞行轨迹的研究少之 又少。较常见的对羽毛球的测试实在风洞中进行的，脱离了实际运动情况。所以我们将根据空气动力学理论、流体力学理论知识，得到羽毛球以一定 速度飞行时所受的空气摩擦阻力，在研究羽毛球飞行特性以及何时更换等问题 有着必要性以及现实性的实际意义。项目计划安排:2020.05-2020. 07,项目相关基础知识学习;2020. 07-2020. 10,原始算法构建及测试;2020. 10-2020. 11,实际实验环节搭建及实验数据采集分析;2020.11-2020. 12,算法优化及数据检验;2020. 12-2021.05,相关材料提交，结题。研究思路:提出问题分析问题羽毛球在实际运动下的 飞行状态及羽毛球损坏 程度对羽毛球飞行状态 AA早/ n占建立羽毛球运动模型羽毛球运动状态采集解决I可题计算机数据处理得出结论实验流程图:研究成果最终得出计算机羽毛球运动状态视频论文发表、专利申请等四、项目研究的现有基础及支撑条件