迎“风”而行 科技助力冬奥备战

权婧宜

风洞，是进行空气动力学研究的主要装置，其最大特点是可以人为控制气流来模拟不同场景，并在此基础上测试对象受到的空气阻力。风洞技术通常应用于航空航天、载运工具、土木工程等领域，近些年也被广泛应用于体育运动领域，成为提高运动员竞技成绩的重要科技手段之一。

北京交通大学土木建筑工程学院教授李波，带领团队研发了中国第一套冰雪项目风洞辅助训练系统，建立了运动装备风阻性能评测及运动员风洞测试方法，2021年7月被国家体育总局授予“中国冰雪科学家”的称号。

现代竞技体育是一个非常复杂的“人-机-环”系统工程，跟运动员的训练、装备、赛时环境密切相关。这其中，离不开风洞技术。

2018年，李波随国家体育总局一行赴英国考察，英国空气动力学专家介绍，他们运用风洞技术帮助英国自行车代表队在2008年北京奥运会中拿到了8枚金牌。这深深触动了李波，让他认识到了风洞技术对于竞速体育成绩提升的重要性以及风洞技术自主研发的迫切性。这次考察也改变了这位从事建筑抗风设计者的重点科研方向。

之后，李波带领团队建立了中国第一套风洞辅助训练系统，而这一切都是从零开始。从最初的资料收集，到对每个需要测试的体育项目的学习了解，再到专业测量仪器的研发调试，工作多而庞杂。其中最难的环节当属专业测量仪器的自主研发。李波介绍：“辅助训练系统不僅需要一个风洞平台，还需要测量仪器，要求我们首先进行核心硬件的研发，将运动员所承受的风阻力精确测量出来。”

多模块天平是风洞辅助训练系统的核心研发部件。在风洞中，运动员需要站在一块类似天平的测量仪器上进行风阻测试。因为运动员加上装备后的重量很大，并且底面积也很大，所以用传统的单点支撑风阻测量仪器很难进行精确测量。为了提高测量精度，李波和团队专门研发出多模块天平，将天平测量仪中的单点支撑改为四点支撑，通过更多的测量感应点来提高识别精度，建立了更精确的测试系统，提高测试效率。

在东京奥运会期间，参加游泳、竞走、马拉松等比赛的多支中国代表队都曾参加过风洞测试。李波和团队在风洞实验室中模拟高速运动的状态，通过高精度测力天平监测和分析运动员在不同姿态、不同队列形态下所受到的空气阻力，最终生成实验报告，将定量化的数据提供给各自运动队，为提升运动成绩提供技术支持。

针对冬奥会中的冰雪项目，风洞实验室既可以为运动员开展专项训练提供良好的模拟环境，又可以极大提升训练效率。以跳台滑雪项目为例，运动员需用6分30秒的时间乘坐缆车登上高台，走到训练高度的阶梯，坐上扶杆，等待教练员指令，双手推杆滑出……这一切，只为在空中5秒的飞行。一趟训练流程走完短则10余分钟，如遇天气变化，则需在高台上等待超过30分钟，甚至临时取消训练。因而，每位运动员一个上午最多能训练5次，飞行时间加起来不过30秒。“但如果我们在风洞实验室中进行一个阶段的专项训练，每次每种训练进行两分钟，就等于运动员在空中飞行了几十次。”李波介绍说。

“经过一段时间的摸索，我们已经形成了一套完整的风洞技术应用体系：包括冬季项目的训练方法、运动姿态和运动队列的优化减阻、环境风影响评估以及应对技术、运动装备风阻性能评测技术，直接应用到北京2022年冬奥会的备战中。”李波说。截至2021年9月30日，北京交通大学风洞实验室研究团队已经完成了冬奥会15个项目的风洞测试，参加测试的运动员达367名。

除了运动员训练可以依靠风洞模拟比赛环境以外，体育比赛的场馆设计、赛道设计等也都需要考虑风带来的影响。

北京2022年冬奥会延庆赛区位于小海陀山，该赛区地形复杂、大风凛冽，冬季极端风速可达40米每秒，抗风是该赛区基础设施、赛时临时设施建设的关键。

为了研究延庆赛区基础设施、赛时临时设施建设的抗风能力，李波与团队成员采用实测与地形试验相结合的方法，对延庆赛区复杂的山区风场特性进行了研究，确定了重要建筑结构抗风设计所需的风场参数；同时结合延庆赛区基础设施的形体和结构特征，提出了选取节段模型进行风洞试验等方法，助力延庆赛区基础设施及赛时临时设施的建设。

据李波介绍，目前中国正在建设体育专业风洞集群。2020年10月25日，国内首座体育综合风洞在二七厂科训基地正式启用。李波和团队全程参与了包括这座风洞在内的国家体育总局体育风洞集群的规划和建设。目前国家体育总局已经建设的风洞集群包括：二七厂科训体育综合风洞、涞源跳台滑雪专业风洞、小型便捷式风洞、垂直风洞等。随着应用技术的成熟，风洞技术未来或许还能应用在群众体育中。