風洞中玩轉冰雪項目

李波團隊成員正在進行鋼架雪車風洞測試。北京交通大學供圖

在北京交通大學風洞實驗室內，換上鋼架雪車運動員的訓練服，北京交通大學博士生張淵召挨個兒試驗前后移動身體位置、攏肩、并腿等不同姿勢的風阻，20米/秒的風吹來，一股寒意迅速襲來，“發現是真的冷，更何況冰雪項目賽場上最大風速可達42米/秒”。

冰雪運動的基地開放周期短，如何在無冰雪的季節，最大程度地還原高山滑雪中大風凜冽的場景？

“這就得依靠風洞技術。正常情況下是人在動，運動中形成風。根據相對運動原理，風洞中是反過來的，人不動，風吹到運動員身上，利用風洞中的風模擬運動員高速運動的場景。”北京交通大學土木建筑工程學院教授李波向《中國科學報》解釋原理。

在科技部重點研發項目和國家體育總局的支持下，李波帶領團隊研發了我國第一套冰雪項目風洞輔助訓練系統，建立了全套風洞技術應用體系。他們還協助建設了我國第一座體育專業風洞，該風洞克服了老廠房尺寸限制的困難，在尺寸上做到了和最先進的日本體科所體育專業風洞一致，最高風速更是達到了42米/秒，比日本體科所風洞的35米/秒更上一層樓，實現了冬季項目全覆蓋，風洞參數達到了國際先進水平。

當然，光有大風吹，并不是風洞模擬訓練。在模擬場景中，李波團隊設計了一個特殊的滑板，在滑板上運動員可練習蹬冰動作；開動跑臺，運動員便可進行輪滑模擬訓練；開發的六自由度系統可滿足不同角度翻轉，常用于車撬項目訓練。這樣冬季項目的訓練就再也不受天氣影響，即便是在盛夏也可以在模擬場景中完成，在一定程度上解決了冬季項目訓練場地開放周期短、維護成本高的難題。

團隊的日常工作之一是擺姿勢、測阻力。“從前我只知，人站著和趴著的風阻是不同的，但其實姿態微調，比如人往后移一點、雙手弓起來、把肩揉成圓肩、繃腳尖等姿勢組合在一起，減阻效果同樣出乎意料。”張淵召興奮地說。

同樣，在多人比賽中，運動員的位置不同，風阻也不盡相同。如何通過團隊配合，最大程度地實現換位減阻，這就要依賴風洞輔助訓練系統實時反饋風速、風阻力、姿態、重心位置、測試指令等數據，后經過科學測算，最終得到運動姿態以及隊列優化方案。

通過風洞測試，運動員在姿態風阻優化、隊列風阻優化方面取得了可喜的成果。鋼架雪車項目國家集訓隊8名重點運動員的滑行姿態，平均減阻11.78%。這是一個什么概念？李波告訴《中國科學報》，風阻減少10%，成績可提高1%。平昌冬奧會時，男子鋼架雪車項目第一名與第六名的差距僅為1.2%。去年11月，耿文強在鋼架雪車世界杯奧地利因斯布魯克站拿到首個冠軍，為中國鋼架雪車創造歷史。這也就意味著我國運動員在爭金奪銀的道路上更有希望。

目前，李波團隊已開發了冰上項目、雪上項目、車橇項目風洞測試全套輔助裝置，形成了包括冬季項目風洞訓練體系、運動姿態優化減阻技術、隊列優化減阻技術、賽道賽時環境風評估與應對技術、運動裝備風阻性能評測技術的完整風洞技術應用體系，應用于奧運會15個冬季項目392名運動員、2500人次。

說到風洞技術所提供的科研服務，李波常用“人、機、環”三個字概括。“‘人’所指的是運動員姿態、模擬訓練，‘機’是用于運動裝備風阻性能的評測，支撐低風阻高性能運動裝備的研發，如訓練服、頭盔等，而‘環’是賽道關鍵區域賽時風速、風向的評估，為運動員提供關鍵環境參數。”

辦賽精彩、參賽出彩是北京2022年冬奧會的目標，這就不得不提李波團隊的另一項工作。延慶賽區位于小海坨山南坡，山上風速變幻萬千，“這里的風究竟有多大？”如何安全、經濟地進行抗風設計是建設團隊一籌莫展的難題。

李波帶領著團隊革新了傳統的風洞試驗方法，通過多尺度模擬的方法得到了國家高山滑雪中心不同區域設計風速的大小，截斷模型的方法給出了國家雪車雪橇中心的抗風設計參數，3D打印技術建立了格構式臨時設施風洞試驗方法。一系列的科技創新保證了賽區基礎設施、臨時設施建設的順利完成，也節省了工程造價。