第一工業大学研究報告第25号（2013）pp .7－10

7

第一工業大学研究報告第23号(2011), pp. ??-???.

リュージュパラメトリックスタディ
パラメトリックスタディ
リュージュ謙二二酒酒井井 謙
第一工業大学

航空工学科（〒899-4395

鹿児島県霧島市国分中央1-10-2）

E-mail:k-sakai@daiichi-koudai.ac.jp

The Parametric Study for the Luge Game to get the High Record at the Olympic Game
Daiichi Institute of Technology
Kenji SAKAI
The parametric study for the luge game to get the high record at the Olympic game are requested by theJapanese Olympic Committee. Three parameters, which are the initial speed, the aerodynamic drag, andthe friction drag, are studied. Japanese luge team record was the 18th at the Nagano Olympic game. To get
the 1st record, the aerodynamic drag must be reduced 13.3% and the initial speed must be increased 1.6%.
The friction drag reduction effect is small compared with the aerodynamic drag and the initial speed.
Key Words : Parametric Study,Luge ,Olympic Game ,Aerodynamic Drag, Initial Speed, Friction Drag
１． はじめに日本オリンピック協会のリュージュの担当者から、宇宙航空研究開発機構（ＪＡＸＡ）・総合技術研究本部に、リュージュの風洞試験の依頼があった。外国のそりの形を見ると、空気抵抗を減らすような工夫がされており、日本もそれらの詳細な検討をしたいということであった。風洞試験は、総合研究本部の風洞技術開発センターの２ｍｘ２ｍ低速風洞で実施された。
これを機会に、空気抵抗減の目標値を明確にする観点からも、成績向上のため、初速度、空気抵抗係数、摩擦抵抗係数について、それらの感度解析を行った。
図 1.2 リュージュ（２）２．影響パラメータ
リュージュの滑走中の写真を図 1.１と図 1.2 に、そりの写真を図 1.3 に示す。

図 1.3 リュージュそり
図 1.1 リュージュ（１）検討モデルを図 2 に示す。

第一工業大学研究報告

8第25号（2013）

合計タイム(秒)合計タイム(秒)合計タイム(秒)Ｗｇ・sinθ-μＷｇ・cosθ(注１） - (注１） Ｗｇ・sinθ-μＷｇ・cosθ(注１） Ｗｇ・sinθ-μＷｇ・cosθ
DDDＷｇ・ｃｏｓθ
Ｗｇ・ｃｏｓθＷｇ・ｃｏｓθ
ＷｇＷｇ

θθθ

Ｗｇ
（注１）滑走することによる（注１）滑走することによる（注１）滑走することによる発生揚力は小さいとして無視）
発生揚力は小さいとして無視）
発生揚力は小さいとして無視）

区間 区間１位（ロシア）
５位（ドイツ）１８位（日本）１位（ロシア）
５位（ドイツ）１８位（日本）区間１位（ロシア）
５位（ドイツ）１８位（日本）1 1

1 3.173
3.173 3.173 3.134
3.134 3.134 3.212
3.212 3.212

2 2

16.42616.42616.377
16.37716.37716.580
16.58016.580
2 16.426

3 328.12528.12528.118
28.11828.11828.436
28.43628.436
3 28.125

4 435.36635.36635.414
35.41435.41435.827
35.82735.827
4 35.366

ゴールゴール49.37249.37249.676
49.67649.67650.356
50.35650.356
ゴール
49.3722 検討モデル
図 2 検討モデル
図 2図 検討モデル

トップ トップ
トップ
0 0との差との差 との差00.304 0.304 0.984
0.984 0.9840.304

この図から、成績に影響するパラメータとして、全この図から、成績に影響するパラメータとして、全この図から、成績に影響するパラメータとして、全体の重量（体重＋そり重量）、摩擦係数、空気抵抗
体の重量（体重＋そり重量）、摩擦係数、空気抵抗体の重量（体重＋そり重量）、摩擦係数、空気抵抗
1表位、52位、181 位、18位、5位、18位の区間ごとの比較
位の区間ごとの比較
表 2表 12 位、5位の区間ごとの比較が予想されるが、さらにもうひとつのパラメータとしてが予想されるが、さらにもうひとつのパラメータとしてが予想されるが、さらにもうひとつのパラメータとしてスタート時に選手の走りと手がきによって作られる初スタート時に選手の走りと手がきによって作られる初 ちなみに、１位はロシア、５位はドイツであった。
スタート時に選手の走りと手がきによって作られる初
ちなみに、１位はロシア、５位はドイツであった。
ちなみに、１位はロシア、５位はドイツであった。
速度が加わる。
速度が加わる。
速度が加わる。
また、１８位から５位までの差は０．３０４秒、トップとまた、１８位から５位までの差は０．３０４秒、トップとまた、１８位から５位までの差は０．３０４秒、トップとの差は０．９８４秒である。の差は０．９８４秒である。の差は０．９８４秒である。
なお、滑走中に発生する揚力は小さいとして今回
なお、滑走中に発生する揚力は小さいとして今回
なお、滑走中に発生する揚力は小さいとして今回の検討では無視した。の検討では無視した。の検討では無視した。
日本の現状の影響パラメータの推算
５． 日本の現状の影響パラメータの推算
５．５．
日本の現状の影響パラメータの推算
日本１８位の現状の影響パラメータの初期値として、日本１８位の現状の影響パラメータの初期値として、日本１８位の現状の影響パラメータの初期値として、検討したコース
３． 検討したコース
３．３．検討したコース①空気抵抗係数は、参考文献１の中の「人が寝て①空気抵抗係数は、参考文献１の中の「人が寝て検討したコース及び成績は長野大会男子一人乗り検討したコース及び成績は長野大会男子一人乗り①空気抵抗係数は、参考文献１の中の「人が寝て検討したコース及び成績は長野大会男子一人乗りいる抵抗データ」がＣｄ＝０．００６７５であり、リュいる抵抗データ」がＣｄ＝０．００６７５であり、リュとした。これを選んだ理由は、オリンピックの詳細デーとした。これを選んだ理由は、オリンピックの詳細デー いる抵抗データ」がＣｄ＝０．００６７５であり、リュとした。これを選んだ理由は、オリンピックの詳細デー
ージュの場合、体の一部が隠れているため、そージュの場合、体の一部が隠れているため、そタが入手できたことによる。
タが入手できたことによる。
コースの区間ごとの長さコースの区間ごとの長さ ージュの場合、体の一部が隠れているため、そタが入手できたことによる。
コースの区間ごとの長さの７割。の７割。 の７割。
や高低差を表や高低差を表1 に示す。
1 に示す。
や高低差を表1 に示す。
②摩擦抵抗係数は、参考文献２の車の雪氷滑走②摩擦抵抗係数は、参考文献２の車の雪氷滑走②摩擦抵抗係数は、参考文献２の車の雪氷滑走
路面の係数が０．０１程度であるが、リュージュの路面の係数が０．０１程度であるが、リュージュの区間 区間 全長（ｍ）
全長（ｍ）
全長（ｍ）
高低差（ｍ）
高低差（ｍ）
路面の係数が０．０１程度であるが、リュージュの区間高低差（ｍ）場合はこの値よりかなり小さいと考え、その４割。
場合はこの値よりかなり小さいと考え、その４割。
場合はこの値よりかなり小さいと考え、その４割。
スタート～０１
スタート～０１37 37
スタート～０１37

4.45424.4542
4.4542

０１～０２
０１～０２ 259259
０１～０２259

22.654522.654522.6545０２～０３
０２～０３ 325.5325.5 325.5 42.0898
42.0898
42.0898
０２～０３０３～０４
０３～０４ 240240
０３～０４240

24.3065
24.3065
24.3065

174.5 174.5 -8.6081-8.6081-8.6081174.5
０４～ゴール０４～ゴール０４～ゴール290.5 290.5 16.7381
16.738116.7381290.5として推算した。
として推算した。
として推算した。
これら空気抵抗係数と摩擦抵抗係数の初期値を
これら空気抵抗係数と摩擦抵抗係数の初期値を
これら空気抵抗係数と摩擦抵抗係数の初期値をベースに、区間１の実績から初速度の初期値を決定
ベースに、区間１の実績から初速度の初期値を決定
ベースに、区間１の実績から初速度の初期値を決定した。求められた初期値をベースに区間ごとにタイムした。求められた初期値をベースに区間ごとにタイムした。求められた初期値をベースに区間ごとにタイムを推算し、影響係数の微小修正を行ない、最終的なを推算し、影響係数の微小修正を行ない、最終的なを推算し、影響係数の微小修正を行ない、最終的な空気抵抗係数、摩擦抵抗係数、初速度を推算した。
空気抵抗係数、摩擦抵抗係数、初速度を推算した。
空気抵抗係数、摩擦抵抗係数、初速度を推算した。
推算した結果は以下の通り。
推算した結果は以下の通り。
推算した結果は以下の通り。

重量＝１１３Ｋｇ（実測値）
重量＝１１３Ｋｇ（実測値）
重量＝１１３Ｋｇ（実測値）
空気抵抗係数空気抵抗係数Ｃｄ＝０．００４９０４
Ｃｄ＝０．００４９０４
空気抵抗係数Ｃｄ＝０．００４９０４
1 長野大会コース概要
表 1 長野大会コース概要
表 1表 長野大会コース概要
２２２）（基準面積：０．２ｍ（基準面積：０．２ｍ） ）（基準面積：０．２ｍ２２２]
摩擦抵抗係数摩擦抵抗係数μ＝０．００４００
μ＝０．００４００[Kgf・ｓ/ｍ[Kgf・ｓ/ｍ
なお、区間４（最終区間）はこの区間のみ登りがあり、なお、区間４（最終区間）はこの区間のみ登りがあり、 摩擦抵抗係数 μ＝０．００４００ [Kgf・ｓ/ｍ ] ]なお、区間４（最終区間）はこの区間のみ登りがあり、
初速度
初速度
Ｖｓ＝９．８７ｍ／ｓ
Ｖｓ＝９．８７ｍ／ｓ
初速度
Ｖｓ＝９．８７ｍ／ｓ
２つの区間に分けてデータがある。
２つの区間に分けてデータがある。
２つの区間に分けてデータがある。
（区間１の結果から推算）（区間１の結果から推算）（区間１の結果から推算）
長野大会の男子一人乗りの成績
４． 長野大会の男子一人乗りの成績
４．４．
長野大会の男子一人乗りの成績
これを使った推算結果と実績との比較を表
これを使った推算結果と実績との比較を表
3、3、 3、長野大会の男子一人乗りの成績のうち、日本の１８位
長野大会の男子一人乗りの成績のうち、日本の１８位これを使った推算結果と実績との比較を表長野大会の男子一人乗りの成績のうち、日本の１８位
図3に示す。
図3に示す。
５位、および１位の各区間の成績を表と ５位、および１位の各区間の成績を表2 に示す。
2 に示す。 図 3 に示す。と と５位、および１位の各区間の成績を表2 に示す。

酒井：リュージュ パラメトリックスタディ

9

合計タイム（秒）合計タイム（秒）区間 区間１８位実績
１８位解析
１８位実績
１８位解析
1

1

3.212 3.212

3.210 3.210

50

4040

3030

2020
102

16.58016.580 17.42417.424

33

28.43628.436 28.97228.972

1035.82735.827 35.89835.898

0460

50

50

40403030202010100400
200

600
400

800
600

1000
800

1200
1000

500

1000

1000

1500

1500これから、空気抵抗については約５％、初速度につこれから、空気抵抗については約５％、初速度については約３％の改善ができれば、５位入賞は可能といては約３％の改善ができれば、５位入賞は可能と考えられる。改善の難しさはわからないが、数値とし考えられる。改善の難しさはわからないが、数値としては十分達成できる目標と考えられる。ては十分達成できる目標と考えられる。

実績タイム
実績タイム
推算タイム
推算タイム

20005000（タイム（秒）～距離（ｍ））
図 4 ５位の解析との比較
図 4 ５位の解析との比較（タイム（秒）～距離（ｍ））

表 3 日本１８位の解析との比較
表 3 日本１８位の解析との比較

60

実績タイム
実績タイム
推算タイム
推算タイム

00

ﾄｰﾀﾙ ﾄｰﾀﾙ 50.35650.356 50.35750.357

060

50

24060

1400
1200

1400

７． １位（ロシア）と同じタイムを出すためには７． １位（ロシア）と同じタイムを出すためには
７．１ ７．１
空気抵抗係数と初速度の目標値の検討
空気抵抗係数と初速度の目標値の検討
１位のタイムを出すとした時の、空気抵抗係数と初１位のタイムを出すとした時の、空気抵抗係数と初速度の推算を行った。５位と同様に、重量と摩擦抵抗速度の推算を行った。５位と同様に、重量と摩擦抵抗係数は１８位の値で固定した。推算結果は以下の通係数は１８位の値で固定した。推算結果は以下の通り。 り。

図 3 １８位の解析との比較（タイム（秒）～距離（ｍ））
図 3 １８位の解析との比較（タイム（秒）～距離（ｍ））

空気抵抗係数空気抵抗係数Ｃｄ＝０．００４２５（１８位現状の１３．３％削減）
Ｃｄ＝０．００４２５（１８位現状の１３．３％削減）
初速度＝９．９３５ｍ／ｓ（１８位現状の1.6%増加）
初速度＝９．９３５ｍ／ｓ（１８位現状の1.6%増加）

両者は良い一致を示し、推算した影響係数が妥当
両者は良い一致を示し、推算した影響係数が妥当であると考えられる。
であると考えられる。
区間ごとの実積と解析結果との比較を表5と 5と区間ごとの実積と解析結果との比較を表
図 5 に示す。
図 5 に示す。
６． ５位(ドイツ)と同じタイムを達成する条件
６． ５位(ドイツ)と同じタイムを達成する条件
合計タイム（秒）合計タイム（秒）５位と同じタイムを達成するとした時の、空気抵抗係５位と同じタイムを達成するとした時の、空気抵抗係数と初速度の推算結果は以下のとおり。
数と初速度の推算結果は以下のとおり。
Ｃｄ 13.3%減
Ｃｄ 13.3%減
区間 区間 １位実績
１位実績
Ｖｓ 1.6%増
なお、今回は、目標を明確にするため、重量と摩Ｖｓ 1.6%増
なお、今回は、目標を明確にするため、重量と摩擦抵抗係数は１８位の値で固定した。
擦抵抗係数は１８位の値で固定した。
13.173
3.170
13.1733.170
空気抵抗係数Ｃｄ＝０．００４８８
空気抵抗係数Ｃｄ＝０．００４８８（１８位現状の４．９％削減）（１８位現状の４．９％削減）
初速度＝１０．１１ｍ／ｓ（１８位現状の３．４％増加）
初速度＝１０．１１ｍ／ｓ（１８位現状の３．４％増加）
区間ごとの実積と解析結果との比較を表４と図４に区間ごとの実積と解析結果との比較を表４と図４に示す。示す。

2216.42616.426

17.24517.245

3328.12528.125

28.63628.636

4435.36635.366

35.42635.426

ﾄｰﾀﾙ ﾄｰﾀﾙ 49.37249.372

49.37249.372

合計タイム（秒）合計タイム（秒）Cd 4.9%減
Cd 4.9%減
区間 区間 ５位実績
５位実績
Ｖｓ 3.4%増
Ｖｓ 3.4%増
113.134 3.134

3.131 3.1312216.37716.377

17.17617.176

328.11828.118

28.62228.622

34435.41435.414

35.47635.476

表5 表
1 位の解析との比較
5 1 位の解析との比較
60

60

50504040303020201010000

ﾄｰﾀﾙ ﾄｰﾀﾙ 49.67649.676

実績タイム
実績タイム
推算タイム
推算タイム

0500

500

1000

1000

1500

1500

49.67549.675

表 4 ５位実績と解析結果との比較
表 4 ５位実績と解析結果との比較

図5 図
1 位の解析との比較（タイム（秒）～距離（ｍ））
5 1 位の解析との比較（タイム（秒）～距離（ｍ））

第一工業大学研究報告

10

興味深いことに、初速度に関しては、１位ロシアと興味深いことに、初速度に関しては、１位ロシアと１８位日本との差はほとんど無いということである。
１８位日本との差はほとんど無いということである。
その後の区間で差が出てきている。
その後の区間で差が出てきている。

合計タイム（秒）合計タイム（秒）区間 区間

７．２ ７．２
初速度は現状で、空気抵抗係数のみで初速度は現状で、空気抵抗係数のみで1 位を1 位を達成する条件
達成する条件
次に改善目標を選手のほうに求めるのではなく、す次に改善目標を選手のほうに求めるのではなく、すべて空力の改善で達成する場合の改善量を検討しべて空力の改善で達成する場合の改善量を検討した。 た。
検討結果を以下に示す。
検討結果を以下に示す。
空気抵抗係数Ｃｄ＝０．００４１５６
空気抵抗係数Ｃｄ＝０．００４１５６（１８位現状の１５．３％削減）（１８位現状の１５．３％削減）
初速度＝９．７８ｍ／ｓ（１８位現状値）
初速度＝９．７８ｍ／ｓ（１８位現状値）
区間ごとの実積と解析結果との比較を表
区間ごとの実積と解析結果との比較を表6と 6と
図 6 に示す。
図 6 に示す。
合計タイム（秒）合計タイム（秒）１位実績１５．３％Cd
１５．３％Cd
区間 区間１位実績
減少 減少
113.1733.173

3.2073.207

2216.426
16.42617.33217.3323328.12528.12528.71828.7184

435.36635.36635.49335.49349.372
ﾄｰﾀﾙﾄｰﾀﾙ 49.372

49.37149.371

表6 表
１位を空気抵抗減のみで達成
6 １位を空気抵抗減のみで達成
60

50

40

4030

30

20

20

10

10

0

0
0

１８位解析
１８位解析

５％μ改善
５％μ改善

11

3.21 3.21

3.209 3.209

2217.42417.424

17.41217.412

3328.97228.972

28.95028.950

4435.89835.898

35.87 35.87

50.35750.357

50.30950.309

ﾄｰﾀﾙ ﾄｰﾀﾙ

7 摩擦抵抗５％減の効果
表 7 表摩擦抵抗５％減の効果

これから摩擦抵抗の５％の改善では短縮されるタイム
これから摩擦抵抗の５％の改善では短縮されるタイム
は、０．０４８秒（１位との差の５％）である。
は、０．０４８秒（１位との差の５％）である。
また、摩擦抵抗の１０％の改善できれば、０．０９６秒
また、摩擦抵抗の１０％の改善できれば、０．０９６秒（１位との差の約１割）を稼ぐことができる。
（１位との差の約１割）を稼ぐことができる。
しかし、空
しかし、空気抵抗係数や初期速度に比べて影響度は小さいと気抵抗係数や初期速度に比べて影響度は小さいと考えられる。
考えられる。
９．まとめ
９．まとめ
長野大会の男子一人乗りリュージュのコースと成績
長野大会の男子一人乗りリュージュのコースと成績をベースに、１８位の日本の成績を５位入賞、およびをベースに、１８位の日本の成績を５位入賞、および１位にするためのパラメータスタディを行った。
１位にするためのパラメータスタディを行った。
今回は、重量と摩擦抵抗は変わらないとして検討を今回は、重量と摩擦抵抗は変わらないとして検討を行った。
行った。
その結果、その結果、①５位と同じタイムにするには①５位と同じタイムにするには空気抵抗係数で６．２％の低減、初速度で３．５％空気抵抗係数で６．２％の低減、初速度で３．５％の増加を行えばよいことが分かった。の増加を行えばよいことが分かった。
②１位と同じタイムにするには②１位と同じタイムにするには空気抵抗係数で１３．３％の低減、初速度で１．６％空気抵抗係数で１３．３％の低減、初速度で１．６％の増加を図れば良いことが分かった。の増加を図れば良いことが分かった。

60

50

第25号（2013）

実績タイム
実績タイム
推算タイム
推算タイム

③選手能力は同じ（初速度は同じ）で、空気抵抗係③選手能力は同じ（初速度は同じ）で、空気抵抗係数のみの改善で１位を得るためには空気抵抗係数数のみの改善で１位を得るためには空気抵抗係数で１５．３％の低減を必要することが分かった。
で１５．３％の低減を必要することが分かった。

0500

500

1000 1000

1500 1500

図 6 １位を空気抵抗減のみで達成
図 6 １位を空気抵抗減のみで達成（タイム（秒）～距離（ｍ））（タイム（秒）～距離（ｍ））

④ 摩④
擦摩
抵擦
抗抵
係抗
数係に数つにいつてはいて、 １は０、％１の０％低の減低で減
約で 約
0.0960.096
秒の改善（1秒の改善（1位との差の約位との差の約1 割）が得られる
1 割）が得られるが、空気抵抗係数や初速度に比べ、その影響度が、空気抵抗係数や初速度に比べ、その影響度は小さいと考えられる。
は小さいと考えられる。

１０ 参考文献
１０ 参考文献
これから、現状の空気抵抗の１５．３％削減が達成でこれから、現状の空気抵抗の１５．３％削減が達成で ① Sighard① Sighard
F. HOERNER
F. HOERNER‘ FLUID-DYNAMIC‘ FLUID-DYNAMIC
きれば、十分１位を狙えることが分かる。
きれば、十分１位を狙えることが分かる。
DRAGDRAG‘ 1958‘ 1958Published
Publishedby thebyAuthor
the Author②外崎得雄、甲斐高志、上田哲彦②外崎得雄、甲斐高志、上田哲彦
８．摩擦抵抗係数の改善効果
８．摩擦抵抗係数の改善効果‘雪氷滑走路面摩擦係数測定装置の開発’‘雪氷滑走路面摩擦係数測定装置の開発’
摩擦抵抗係数はそりの刃の改善や、刃の向きなど
摩擦抵抗係数はそりの刃の改善や、刃の向きなど
航空宇宙技術研究所報告１４４３号
航空宇宙技術研究所報告１４４３号が考えられる。その改善効果を検討するために、現が考えられる。その改善効果を検討するために、現在の摩擦抵抗係数の推算値から５％減少した時の改在の摩擦抵抗係数の推算値から５％減少した時の改善効果を検討した。
善効果を検討した。
改善効果を表改善効果を表7 に示す。
7 に示す。