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减阻科技如何助力北京冬奥

来源:《科普时报》 11-26

随着北京冬奥脚步的临近,这届冬奥的科技亮点也开始逐一显现。

在冬奥竞速类运动中,科技的合理运用能有效提高运动员的成绩。竞速类运动是以速度决胜负,故此首先要厘清加速因素和减速因素。加速因素主要分为人力驱动和势能驱动两类:前者以短道速滑、大道速滑、越野滑雪等为代表,靠运动员能力获得速度;后者以高山滑雪、车撬类等项目为代表,靠地势获得速度。减速因素则比较统一,主要为运动产生的空气阻力及器材与冰雪面产生的固—固摩擦阻力两大类。因此,在运动员同等训练水平下,采用空气动力学减阻技术和固—固摩擦减阻技术,可以令运动员显著提高成绩,目前已成为各国体育科技的重点攻关领域。

我国在体育减阻技术应用相对起步较晚,在国家体育总局和冬季运动管理中心的支持下,清华大学摩擦学国家重点实验室汪家道教授带领空气动力学和冰雪摩擦减阻研究方向的师生,在运动员气动姿态优化、冰雪表面摩擦减阻、减阻面料及装备研发、夏训装备材料研制等方面进行了深入研究,并取得了丰硕成果。

清华大学摩擦学国家重点实验室始建于1986年,是中国机械工程学科领域和清华大学首批建成的国家重点实验室之一。日前,清华大学摩擦学国家重点实验室被评为“中国冰雪科技联合攻关单位”,汪家道教授也获聘“中国冰雪科学家”。

运动员的姿态、服装、装备是其所受空气阻力的主要影响因素。在不同的速度下,因身体周围空气流场不同,阻力的变化对以上因素具有不同的敏感性。因此在空气动力学减阻方面,首先要获取运动员的3D扫描模型,之后通过计算流体力学仿真研究和风洞阻力测评进行典型运动速度下的姿态优化,获得阻力最小的优化姿态,同时要兼顾运动员的运动能力表现,也就是技术姿态不能受到影响,最终通过训练让运动员形成习惯。

针对服装和装备,研究团队通过3D打印等比人体模型开展了风洞实验。这些体育专用风洞群由我国航空航天领域专业单位负责设计建造,能够实现全季训练和对运动员的安全防护,极大提高了我国运动员的科学训练水平,节约了运动员宝贵的备战时间,在3D打印和风洞实验的配合下,成功开发了我国自主知识产权的减阻比赛服,优化了装备组合。

冬季竞速类项目在固—固摩擦方面主要分为冰面和雪面两类。为了我国冰雪运动能够健康和可持续发展,清华大学摩擦学国家重点实验室的科研团队,针对冰雪器材与冰雪面的摩擦机理开展攻关,从摩擦学角度探究了固—固摩擦影响成绩的本质因素,为我国冰雪运动的长期发展奠定了扎实的理论和技术基础。我国的体育科技已经迈进世界前列,科技助力冰雪正是为了奥运健儿不输于起跑线之前,期待北京冬奥会上中国运动员能够再创佳绩。

(作者系清华大学摩擦学国家重点实验室助理研究员)

编辑:陈晓艳

2021年11月30日 08:30:32

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