藏文科普 |“驭风之术”真的存在?冬奥会运动员用上了航天科技——“风洞技术”

 2022-05-04 14:20:03    13  

作者:周岫彬

本文来自《知识就是力量》杂志

藏文科普 |“驭风之术”真的存在?冬奥会运动员用上了航天科技——“风洞技术”

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藏文科普 |“驭风之术”真的存在?冬奥会运动员用上了航天科技——“风洞技术”

藏文科普 |“驭风之术”真的存在?冬奥会运动员用上了航天科技——“风洞技术”

在东京奥运会上,中国游泳、赛艇军团取得了优异成绩。其中,航天风洞技术功不可没。今年北京冬奥会、冬残奥会中很多冰雪竞赛项目受空气影响显著,航天科技再次助力中国冬奥健儿取得佳绩。

藏文科普 |“驭风之术”真的存在?冬奥会运动员用上了航天科技——“风洞技术”

在风洞实验室内,随着风洞中风力越来越大,测试者压低了姿态,头顶上为了显示风速而安置的标志物——彩色线束随着强风飘舞起来

重新认识“来无影去无踪”的风

在介绍航天风洞技术之前,我们要先来认识一下风阻。在很多运动竞赛项目中,运动员都要与风的阻力即风阻作斗争,如短跑、自行车、速度滑冰、高山滑雪等,均需要克服风阻,提升速度。

风是流动的空气,空气阻力一般有两种形式:一是压差阻力,压差阻力又可分为形状阻力、干扰阻力和诱导阻力。一般来说,物体高速运动时,形状阻力是最主要的空气阻力来源。这也是神舟号系列飞船从太空高速返回地面时,要通过气动外形(在气体介质中运动的物体为减少运动阻力,而采用的适合在该介质中运动的外形)减速的原因。

二是摩擦阻力,即空气划过物体会产生摩擦力。通过优化物体材料及表面粗糙度可有效减小摩擦阻力。

物体与空气相对运动速度越高、迎风面面积越大、空气密度越大,风阻越大。衡量风阻大小的空气动力学参数称为风阻系数。风阻系数减小10%,某些运动员的成绩能提升1%或更多,这对实力接近的运动员来说可是数量级的提升。

风洞:让冬奥健儿 更好地“飞翔”

传统的运动员训练要在真实环境中进行,耗费时间长、体验动作时间短,不易得到教练员实时互动指导和纠正姿势与动作,且容易出现运动损伤。以跳台滑雪为例,运动员完成一趟训练流程需十多分钟,如遇恶劣天气,则要在寒冷的高台上长时间等待或取消训练。即便是正常天气,一天也只能跳十几次,每次飞行时间不足10秒,训练效率不高。

藏文科普 |“驭风之术”真的存在?冬奥会运动员用上了航天科技——“风洞技术”

滑雪运动员在风洞中试验的场景(供图/ 周岫彬)

在这种情况下,风洞就可以大展拳脚了!根据运动相对性原理,可用风洞里的风速模拟运动速度,模拟出赛场、赛时风场环境,让运动员在逼近真实的风场里训练。通过数字建模,量化运动员的动作形态,确定最佳动力学姿势,还可测试运动服装、设备器材的风阻特性,改进装备设计。

风洞实验室能调节风速、风向、风面、温度、湿度等参数,模拟变化的风场特性,测量风场作用于运动员不同身体姿态的阻力、升力、侧向力。教练员还可进行“零距离”指导,利用精准定位对问题“抠细节”,让运动员全天候、反复练习并优化姿态与动作,提高科学训练水平。

如今,中国已经建成的体育综合训练风洞,是一座开口回流式(带驻室)风洞,最大风速可达到42米/秒,相当于14级强台风的水平,涵盖了冰雪运动所涉及的风速范围,可满足滑雪、滑冰、雪橇等大部分冰雪项目的模拟需求。

航天科技与人们的生活、运动联系日益密切,它不仅是富国强军的重器,也是帮助奥运健儿为国争光的“神器”,更是创造人民美好生活的利器!

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