这里的“吹”,是字面的意思,也就是吹风。从飞机上天、汽车省油、建筑安全到提高运动成绩,都离不开“吹风”,今天我们就来聊聊”吹“和冬奥之间的关系。

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体育风洞集群是什么?

要吹风,就得有风洞。风洞实验室的作用,是产生气流吹过物体,以研究物体对气流的影响,常用于空气阻力等方面的研究。

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风洞的形状和功率,与用途密切相关。航空器、高铁往往形状扁速度快,因此测试风洞宽且矮,测试风速较高,而人则多是站立运动且速度慢,因此体育专业风洞一般高且窄,测试风速较低。而且,不同体育项目所需要的风洞还常常不同,为此,我国建立了风洞集群,也就是一系列尺寸、功能不同的风洞,能够覆盖各类项目,帮助运动员训练,优化运动姿势与多人队列及运动装备。

拿河北涞源的跳台滑雪专业风洞来说,它特别针对跳台滑雪进行了设计,这是首个专业针对跳台滑雪的风洞实验室。这个风洞最大特点是实验段设有三个坡度,水平、11°和32°,可以满足运动员从滑行、起跳和飞行的所有训练需求。

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训练好帮手

那么风洞具体是怎么帮助运动员提高成绩的呢?

一方面,风洞能帮助运动员优化技术动作、多人队列。在风洞中,利用专门研发的仪器,能够准确测量得到运动员受到的风阻力,这样就能够把教练员的经验、运动员的体验和高精度的数据结合起来,更容易发现问题,更高效地改进动作,帮助运动员减少风阻力,而不用再全都“凭感觉”了。

比如,利用风洞技术,帮助钢架雪车国家队的运动员优化滑行姿态,平均减阻达到11.78%,在竞争异常激烈的比赛中,能够帮助运动员提升比赛成绩1.1%。

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另一方面,风洞还能提高运动员的训练效率。

还是拿跳台滑雪来说,决定成绩的重要因素,是运动员在空中的动作。但训练的时候问题就来了,如果在真实场地上训练跳台滑雪,可谓上山10分钟,下山10秒钟,再考虑到运动员的体力和安全,一天只能跳10-15次,每一跳的飞行过程也就3~4秒钟。但是在风洞中,运动员在安全绳的牵引下腾空,每次可以连续做2-3分钟的飞行训练,练一次就相当于跳了几十次,这可以有效提升运动员驾驭雪板的能力,还大大降低了意外受伤的风险,提高了训练效率,还一定程度上解决了冬季项目场地开放周期短、维护成本高的难题。

有趣的是,除了用在冰雪项目上,风洞还能帮助游泳运动员进行训练。将风速增大至游速的12.9倍,就能为运动员模拟出在水中游动的阻力了。

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工欲善其事,必先利其器

除了帮助运动员提高成绩,风洞还常被用于研发运动装备。

冰雪项目之所以吸引人,一个很重要的原因就是,冰雪项目很多都速度飞快,紧张刺激。像车撬类项目,胜负可能就在0.01秒甚至是0.001秒之间。而要突破这0.001秒,除了靠运动员的艰苦训练,也非常需要装备的支持。

像运动员的服装,器材,比如头盔,等等,也需要尽可能做到降低风阻。但测试的时候该怎么做呢?难道要每种组合都要做一套出来,让运动员上赛道挨个去试吗?更何况,每套装备风阻性能差异又很小,往往不到2%,没有可靠的测量方法显然是不可能。这就需要风洞来帮忙了。

因为运动是相对的,运动员在原地,靠吹风也能模拟出高速运动时空气的流动情况,通过人台模型试验,既高效又精确。

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需要指出的是,尽管我们平时在电视上看到的风洞测试,常会放烟或弄根小布条,但这主要是为了便于观察,真正的玄机,其实在风洞的底板上,那里内置了精密的专业测量仪器——天平。

实验时,运动员就站在天平上,天平能够准确测量运动员的受力情况,这样就能对比不同运动姿态、不同队列、不同装备的风阻力了。定量化的数据,能够帮助研发团队研发出风阻更小的运动装备。

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风洞,连环境一起测

除了测试运动员和装备,风洞还肩负一项重要使命,那就是评估赛道赛时的风力。这是因为很多雪上项目会在户外进行,而户外天气难以控制,无论顺风、逆风还是侧风,都会影响运动员的发挥,甚至带来安全隐患,尤其是技巧类项目

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因此,研究人员会设计制作一个包括比赛赛道、山体、周边建筑物的赛场高保真缩尺模型,再把这个模型放到风洞中从各个方向来吹,模拟可能的风向,这样就能了解不同风向下,赛道上各重点区域的风速风向关系,再结合气象数据,就能对赛时赛道重点区域的风速、风向等关键环境要素进行评估,让运动员有所准备,从而帮助运动员提高成绩。

你看,无论提高训练效率、测试装备还是场地保障,都离不开风洞的帮助,说好成绩真是“吹”出来的没错吧?

整理 | 丁 崝 整理自李波教授采访

审核 | 李 波 中国冰雪科学家、北京交通大学风洞实验室主任

责编 | 丁 崝

来源: 科学辟谣

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