挑戰高山滑雪？風洞3D建模來幫忙

◎ 科技日報記者 雍黎 實習生 單倩瀾

點煙，風起，在重慶大學結構實驗室風洞裏，在高山滑雪賽道模型前，可以清晰地看到煙霧隨着風混亂地飄着，這就是雪場風環境的研究現場。這對運動員比賽有什麼用？在冬奧會即將到來之際，科技日報記者走進重慶大學，探秘高山滑雪項目背後的“科技範兒”。

助力挑戰“冬奧會皇冠上的明珠”

高山滑雪項目是雪場上速度最快、危險性最高的項目之一，被譽為“冬奧會皇冠上的明珠”。它起源於歐洲的阿爾卑斯地區，也叫阿爾卑斯滑雪，是在越野滑雪基礎上逐步形成的，1936年起被列為冬奧會比賽項目。在這項比賽中，運動員利用勢能從山頂滑行道山下的終點，用時少的則為優勝者。

在即將開展的北京冬奧會中，就有高山滑雪滑降的比賽項目。但由於我國的氣候、滑雪器材以及場地的原因，這項運動在我國興起的比較晚，發展的速度也不快。重慶大學參與的“科技冬奧”專項課題針對雪場風環境研究，為我國運動員和教練員提供決策依據和支持。

重慶大學“科技冬奧”團隊成員、土木工程學院閆渤文副教授等通過實地勘測和3D建模，建立了實用、高效、精確的高山滑雪運動員速降模型。

“我們團隊前前後後四次前往冬奧會場地進行考察，通過對延慶賽區國家高山滑雪中心賽道進行合理性的簡化，建立了真實的賽道模型，並融入之前建立的直道+彎道高山滑降運動模型。”重慶大學“科技冬奧”團隊成員李珂介紹，同時結合對賽道風場的數值模擬結果和有限的實測數據，考慮賽場上不同方向環境風的影響，建立起高山滑雪滑降的環境模型，打造出了更全面、更有效的高山滑雪速降模型。

風洞實驗中的賽道模型。科技日報記者 雍黎 攝

風洞3D建模 為運動員量身打造訓練方案

重慶大學風洞實驗室以前都是針對建築、橋樑等固定大體量的建築物進行試驗，針對運動員做試驗還是第一次。

據瞭解，影響運動員滑行的因素包括運動員體型、技戰術，賽道條件、雪況、風速以及滑雪裝備的特性等，運動員在滑行過程中受到重力、空氣升力和阻力、地面支撐力和摩阻力以及骨骼肌肉力等的作用，其中空氣阻力與運動員的姿勢有很大的關係。從監測數據來看，賽場風速能達到20-30米每秒以上，所以賽場環境風速的方向也會對運動員滑行產生很大的影響。

“我們的第一部分工作就是研究風環境，其中70%左右的內容是通過計算機來完成。先通過計算機模擬整個地球的風環境，再模擬特定區域的風環境，為後續研究收集數據。”李珂介紹。

實驗現場。科技日報記者 雍黎 攝

此外，研究從風到力的關係是必要的。“知道力才能瞭解運動，而想知道力，就得進行數學建模。我們需要建立運動員的滑降模型，研究當運動員採用不同姿勢時，他受到的力是怎樣的，風荷載的情況是怎樣的。”李珂介紹，這項研究將輔助教練員為每個運動員定製戰術、裝備與體能綜合的個性化科學訓練方案，提高比賽成績。“他們衷心地希望國家隊員們能在比賽中取得好成績！”

來源:科技日報