探秘高山滑雪項目“科技范兒”：風(fēng)洞3D建模 70%通過(guò)計算機完成

點(diǎn)煙，風(fēng)起，在重慶大學(xué)結構實(shí)驗室風(fēng)洞里，在高山滑雪賽道模型前，可以清晰地看到煙霧隨著(zhù)風(fēng)混亂地飄著(zhù)，這就是雪場(chǎng)風(fēng)環(huán)境的研究現場(chǎng)。這對運動(dòng)員比賽有什么用?在冬奧會(huì )即將到來(lái)之際，科技日報記者走進(jìn)重慶大學(xué)，探秘高山滑雪項目背后的“科技范兒”。

高山滑雪項目是雪場(chǎng)上速度最快、危險性最高的項目之一，被譽(yù)為“冬奧會(huì )皇冠上的明珠”。它起源于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(huì )比賽項目。在這項比賽中，運動(dòng)員利用勢能從山頂滑行到山下的終點(diǎn)，用時(shí)少的則為優(yōu)勝者。

在即將開(kāi)展的北京冬奧會(huì )中，就有高山滑雪滑降的比賽項目。但由于我國的氣候、滑雪器材以及場(chǎng)地的原因，這項運動(dòng)在我國興起的比較晚，發(fā)展的速度也不快。重慶大學(xué)參與的“科技冬奧”專(zhuān)項課題針對雪場(chǎng)風(fēng)環(huán)境研究，為我國運動(dòng)員和教練員提供決策依據和支持。

重慶大學(xué)“科技冬奧”團隊成員、土木工程學(xué)院閆渤文副教授等通過(guò)實(shí)地勘測和3D建模，建立了實(shí)用、高效、精確的高山滑雪運動(dòng)員速降模型。

“我們團隊前前后后四次前往冬奧會(huì )場(chǎng)地進(jìn)行考察，通過(guò)對延慶賽區國家高山滑雪中心賽道進(jìn)行合理性的簡(jiǎn)化，建立了真實(shí)的賽道模型，并融入之前建立的直道+彎道高山滑降運動(dòng)模型。”重慶大學(xué)“科技冬奧”團隊成員李珂介紹，同時(shí)結合對賽道風(fēng)場(chǎng)的數值模擬結果和有限的實(shí)測數據，考慮賽場(chǎng)上不同方向環(huán)境風(fēng)的影響，建立起高山滑雪滑降的環(huán)境模型，打造出了更全面、更有效的高山滑雪速降模型。

重慶大學(xué)風(fēng)洞實(shí)驗室以前都是針對建筑、橋梁等固定大體量的建筑物進(jìn)行試驗，針對運動(dòng)員做試驗還是第一次。

據了解，影響運動(dòng)員滑行的因素包括運動(dòng)員體型、技戰術(shù)以及賽道條件、雪況、風(fēng)速以及滑雪裝備的特性等，運動(dòng)員在滑行過(guò)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(dòng)員的姿勢有很大的關(guān)系。從監測數據來(lái)看，賽場(chǎng)風(fēng)速能達到每秒20-30米以上，所以賽場(chǎng)環(huán)境風(fēng)速的方向也會(huì )對運動(dòng)員滑行產(chǎn)生很大的影響。

“我們的第一部分工作就是研究風(fēng)環(huán)境，其中70%左右的內容是通過(guò)計算機來(lái)完成。先通過(guò)計算機模擬整個(gè)地球的風(fēng)環(huán)境，再模擬特定區域的風(fēng)環(huán)境，為后續研究收集數據。”李珂介紹。

此外，研究從風(fēng)到力的關(guān)系是必要的。“知道力才能了解運動(dòng)，而想知道力，就得進(jìn)行數學(xué)建模。我們需要建立運動(dòng)員的滑降模型，研究當運動(dòng)員采用不同姿勢時(shí)，他受到的力是怎樣的，風(fēng)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(gè)運動(dòng)員制定戰術(shù)和裝備與體能綜合的個(gè)性化科學(xué)訓練方案，提高比賽成績(jì)。“他們衷心地希望國家隊隊員們能在比賽中取得好成績(jì)!”(科技日報記者 雍黎 實(shí)習生 單倩瀾)

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