Jeden Sonntag, Montag und Donnerstag schauen Millionen Amerikaner ihren Lieblingsspielern beim Werfen des Footballs zu. Spannung und Emotionen steigen und fallen mit jedem Spielzug, jeder Saison. Als Peyton-Manning-Fan haben Sie diese Höhen und Tiefen sicher schon erlebt, zusammen mit dem ein oder anderen „Was war das für ein Pass?“-Kommentar. Manning gibt offen zu, dass seine Pässe manchmal etwas „wackelig“ sind, aber er wirft auch „viele ‚wackelige‘ Touchdowns“.   

Es stellt sich die Frage: „Welche Auswirkungen hat ein wackeliger Pass?“ Ich meine, wenn Manning das macht und wohl einer der besten Quarterbacks in der NFL ist, was ist dann das Problem?

Convergent Science und Rescale haben sich zusammengetan, um die wissenschaftlichen Hintergründe von Mannings Pass zu untersuchen. Computational Fluid Dynamics (CFD) und Cloud Computing, um die Auswirkungen dieses „wackeligen“ Passes zu untersuchen.

Die Studie wurde mit dem CFD-Solver CONVERGE™ von Convergent Science berechnet. Dieser beinhaltet einen automatisierten Vernetzungsprozess, der den Simulationsaufbau vereinfacht. Um die Analyse schnell und auf für CFD-Simulationen optimierter Hardware durchführen zu können, bot Rescale seinen On-Demand- High Performance Computing Cloud-Simulationsplattform.

 SSimulationsübersicht (Warnung: technischer Inhalt weiter unten)

Um den Flug eines Fußballs mit CFD präzise zu simulieren, müssen wir die Fluid-Struktur-Interaktion (FSI)-Funktion der CONVERGE-Software nutzen. Das bedeutet, dass wir den Luftwiderstand beim wackeligen und spiralförmigen Pass berücksichtigen müssen, um die Auswirkungen des Wackelns auf die Weite und den Fall des Passes genau zu bestimmen. Die auf den Fußball wirkenden Druckkräfte müssen integriert werden, um die Flugrichtung zu bestimmen. Die Vernetzung ist daher das wichtigste Puzzleteil.

In dieser Simulation werden feste Einbettung und adaptive Netzverfeinerung (AMR) verwendet. Die feste Einbettung gewährleistet eine ausreichende Gitterauflösung an der Balloberfläche unabhängig von der Ausrichtung, und AMR dient der dynamischen Auflösung des Nachlaufbereichs basierend auf dem Geschwindigkeitsfeld. In dieser speziellen Simulation wird der Schwerpunkt des Fußballs basierend auf der Geometrie berechnet. Dem Ball wird eine Anfangsgeschwindigkeit und -rotation zugewiesen; wie erwartet spielt die Rotationsrate eine wichtige Rolle für die Stabilität des Balls.

Ein Pass mit geringerer Geschwindigkeit erzeugt erwartungsgemäß mehr von dem typischen „Wackeln“, das wir untersuchen möchten. Dreht man den Pass hingegen mit höherer Geschwindigkeit oder Rotationsrate, entsteht die schöne Spirale, die jeder Quarterback erreichen möchte.

Basierend auf unserer Analyse haben wir festgestellt, dass wir zwar ein ziemlich drastisches „Wackeln“ verursacht haben (Abbildung 2) waren die Auswirkungen vernachlässigbar. Die Distanz verkürzte sich auf 1 m um etwa einen Yard und fiel nur etwas mehr als eine Spirale ab. Dies kann sicherlich den Unterschied zwischen einem unvollständigen und einem vollständigen Pass ausmachen, wenn alle anderen Faktoren unverändert bleiben. Mit den heutigen hochtrainierten Athleten lässt sich dies leicht kompensieren, wie Manning beweist.

Fazit

Mannings Pässe sind zwar nicht die schönsten, aber auf jeden Fall effektiv. Mit 24 Touchdowns in dieser Saison und nur fünf Interceptions ist Peyton Manning einer der besten Quarterbacks der Liga. Zwar können wir die physischen Auswirkungen des „Wackelns“ auf Distanz und Ballabwurf untersuchen, aber wir können den menschlichen Faktor und die Geschwindigkeit, mit der ein Spitzensportler diese physischen Phänomene berücksichtigt, nicht berücksichtigen.

Möchten Sie Ihr eigenes Fußballmodell auf Rescale ausführen? Jetzt können Sie; klicken Sie einfach werden auf dieser Seite erläutert. Wenn Sie weitere Informationen zum Ausführen von CONVERGE auf Rescale oder der Rescale-Plattform wünschen, wenden Sie sich bitte an info@rescale.com.