學生模擬運動員在北京交通大學風洞實驗室進行風阻測試。 葉雨婷/攝
一段時間以來，東京奧運毫無疑問成為了網絡熱點，為國爭光的奧運健兒在奧運會上書寫的歷史，也成為了人們談論最多的話題之一。眾所周知，隨着體育事業的不斷髮展，運動員們提高成績越來越離不開科技的助力。訓練場所的設計、運動員服飾的材料、現代化的數據分析系統……科技手段正在為運動員“更高更快更強”的目標貢獻力量。
而在這其中，很少有人知道，如今我國已有專門的團隊利用風洞技術來研究風對運動員比賽成績的影響，圍繞“風”開展科技助力。
不久前，在北京2022年冬奧會“衝刺”攻堅階段的關鍵時刻，國家體育總局舉行冰雪項目2020-2021賽季表彰大會暨中國冰雪科學顧問等證書頒發儀式，北京交通大學被授予“中國冰雪科技聯合攻關單位”，北京交通大學土建學院李波教授被授予“中國冰雪科學家”榮譽稱號。
據悉，李波率領團隊研發了我國第一套冰雪項目風洞輔助訓練系統，協助建設了我國第一座體育專業風洞，開展了10餘支國家集訓隊的風洞測試，這其中就包括中國游泳隊張雨菲、楊浚瑄等著名運動員。對此，中青報·中青網記者採訪了李波教授，試圖揭開運動員們賽場奪金背後，有關“風”的故事。
科技助力，借“風”提高比賽成績
風也能影響奧運健兒的成績嗎？答案是肯定的。
以競速類冰雪運動項目為例，競賽成績與運動員姿態、裝備及服裝的氣動性能密切相關。利用風洞進行針對性訓練，已經被英國、瑞典、德國、美國、加拿大等歐美冰雪運動強國廣泛採用，成為提高運動員競技成績的重要科技手段之一。
我國是一個體育大國，但在藉助風洞進行冰雪項目輔助訓練方面還處於空白，北京交通大學風洞實驗室率先在此領域開展了探索。據瞭解，北京交通大學是我國第一個將風洞技術與競技體育緊密結合的專業研究機構，如今，在北京2022年冬奧會備戰中，北京交通大學將和國家體育總局冬季運動管理中心聯合，承擔冬季項目風洞技術研究與應用的科技攻關任務。
“現代競技體育實際上是一個非常複雜的‘人-機-環’系統工程，跟運動員的訓練、裝備、賽時環境都密切相關。而在這其中，都離不開風洞技術的身影。”李波説。
根據相對運動原理，可以用風洞裏的風速來模擬運動速度，風洞為運動員開展專項訓練提供了一個很好的模擬環境。並且，為了減小風的不利影響，合理利用風，還需要利用風洞對運動員的姿態、隊列進行優化、研發低風阻高性能運動裝備、服裝、器材，評估比賽場地賽時風環境。
2018年，李波跟隨國家體育總局局長苟仲文一行赴英國考察，英國空氣動力學專家、功勳教練、傳奇運動員介紹了風洞技術對自行車運動成績提升的重要性，使他們在2008年奧運會上一鳴驚人，一舉拿到8枚金牌。作為一個一直從事建築物抗風設計，從來沒有涉足過體育行業的大學老師來説，這趟旅程改變了他之後的研究方向。
李波介紹，在一些發達國家，風洞輔助訓練已經不是什麼新鮮事。“例如，在温哥華奧運會時，加拿大就有了‘站上領獎台’計劃，這個計劃的核心就是利用風洞對10多個冬奧項目進行系統化的風洞測試。當時的成果顯而易見，加拿大在那屆冬奧運會上拿到了14枚金牌。日本速度滑冰團隊追逐女隊也是通過風洞測試，專門對運動員的隊列進行優化，她們在平昌冬奧會上取得金牌，並打破世界紀錄。”
於是，在調研國外先進技術的基礎上，李波和團隊開始積極研發具有我國自主知識產權的風洞實驗輔助訓練系統。
我國正在建設風洞集羣
建立這樣一個風洞實驗輔助訓練系統並非易事。
“這不僅需要一個風洞的平台，還需要這個平台裏有各種測量設備和儀器。因此，我們首先要進行核心硬件的研發，將運動員所承受的風阻力精確測量出來。”李波説。
然而，對於運動員風阻力測量和團隊以前測量的建築風荷載不同。“運動員加上裝備在豎向有一個很大的重量，而風阻力是水平向，並且對精度的要求特別高，比如，有些裝備減阻率可能只有1%，如果精度不高，系統誤差就將這個差別給掩蓋住了。並且，運動員加上裝備，底面積很大，傳統測量儀器是單點支撐，在調整過程中附加荷載很容易超量程，測試效率就會低。
因此，團隊專門設計了多模塊天平，通過減小量程來提高識別精度，將單點支撐改為四點支撐，該項技術已經在國家體育總局二七廠科訓基地體育綜合風洞得到了推廣應用。
在核心儀器研發的同時，在國家體育總局冬季運動管理中心、北京交通大學土建學院的支持下，李波教授團隊通過改造和系統集成，在北京交通大學風洞實驗室BJ-1號風洞建立了我國第一個冰雪項目風洞輔助訓練系統，該系統能夠將風速、風阻力、姿態、重心位置、測試指令通過投影儀實時反饋給測試運動員，通過定量化的數據，進行運動姿態、隊列優化。為了協助高性能運動裝備研發，該系統還專門開發了運動裝備風阻性能評測模塊。
據瞭解，該系統已經開展了國家自行車集訓隊（包括取得東京奧運會金牌的鐘天使、鮑珊菊）、國家鋼架雪車集訓隊的風洞測試，並協助開展了高性能服裝、頭盔等裝備的研發工作。
不久前，中國游泳隊開展的風洞測試已經引起轟動。李波介紹，游泳項目的風洞測試先後組織過兩批，第一批為訓練營青年運動員，第二批為國家游泳集訓隊張雨菲、楊浚瑄、徐嘉餘、閆子貝、餘依婷、劉湘等人。測試從策劃到實施歷經3個月，測試方案經過多輪優化，測試裝置設計了兩套。
2020年10月25日，國內首座體育綜合風洞在二七廠科訓基地正式啓用。李波和團隊全程參與了包括這座風洞在內的國家體育總局體育風洞集羣的規劃和建設。據介紹，目前國家體育總局已經建設的風洞集羣包括：二七廠科訓體育綜合風洞、淶源跳台滑雪專業風洞、小型便捷式風洞、垂直風洞等。
目前，李波教授團隊正在承擔中車二七國家冰雪運動科訓基地體育綜合風洞的風洞測試任務，並針對冰雪項目特點，設計了冰上項目、雪上項目、車撬項目風洞測試全套輔助裝置。
體育競賽，“風”的身影無處不在
風在體育運動中無處不在，除了運動員訓練需要依靠風洞模擬環境以外，體育比賽的場館設計、賽道設計等也都需要考慮風帶來的影響。
“北京2022年冬奧會延慶賽區位於小海坨山，包括國家高山滑雪中心、國家雪車雪橇中心等。該賽區地形複雜、大風凜冽，抗風是該賽區基礎設施、賽時臨時設施建設的關鍵。”李波説。
為了研究延慶賽區基礎設施、賽時臨時設施建設的抗風能力，李波帶領北京交通大學風洞實驗室研究團隊的成員們，採用實測與地形試驗相結合的方法,對延慶賽區複雜山區風場特性進行了研究,確定了重要建築結構抗風設計所需的風場參數，結合延慶賽區基礎設施的形體及結構特徵，提出了選取節段模型進行風洞試驗等方法，助力延慶賽區基礎設施、賽時臨時設施建設。
從土建到體育，談到自己多年來的“跨界經歷”時，李波也表示“很奇妙”。
“實際上，我原來的專業是建築工程系，我們本來都是學建築結構的，例如橋樑、大樓的抗風性能等等。2008年奧運會的時候，我參與了鳥巢和國家網球館的抗風性能研究，但這些工作主要還是結構抗風的領域，沒想到現在從事冰雪運動項目研究了。”李波説。
李波的團隊已經有20多人，團隊成員多為學校的研究生。“這些年輕人很拼，也很能幹，在北京冬奧會越來越近的日子裏，他們經常連夜安裝、調試測試裝置，做完風洞測試後，晚上熬夜出測試報告。”
如今，距離北京冬奧會開幕只有半年的時間，我國的奧運健兒們正處在緊張的訓練中。李波表示，“團隊已經完成了冬奧會項目10餘支國家集訓隊的風洞測試，希望可以為奧運健兒為國爭光助一臂之力。”
中青報·中青網記者 葉雨婷 來源：中國青年報
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