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我院院長(zhǎng)汪家道：運(yùn)動(dòng)減阻研究助力冬奧運(yùn)動(dòng)員“更快”“更強(qiáng)”
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冬奧會(huì)絕大多數(shù)為競(jìng)速項(xiàng)目，競(jìng)速項(xiàng)目成績(jī)的提高對(duì)冬奧會(huì)整體水平的提高至關(guān)重要。近日，冬季項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)減阻關(guān)鍵技術(shù)及平臺(tái)研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、清華大學(xué)機(jī)械工程系主任、清華大學(xué)天津高端裝備研究院院長(zhǎng)汪家道教授從科學(xué)減阻的角度介紹冰雪競(jìng)速項(xiàng)目上的減阻科學(xué)、技巧、裝備研發(fā)情況。
汪家道表示，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)開展了冬季項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)減阻關(guān)鍵技術(shù)及平臺(tái)研究項(xiàng)目，基于體育風(fēng)洞、氣動(dòng)及摩擦阻力測(cè)評(píng)裝備等建設(shè)，形成國(guó)際一流競(jìng)速類運(yùn)動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)研究與支持平臺(tái)。此外，面向冬季競(jìng)速項(xiàng)目氣動(dòng)及冰雪表面摩擦減阻開展研究，在實(shí)現(xiàn)姿態(tài)優(yōu)化、裝備減阻、摩擦調(diào)控等領(lǐng)域獲得理論和關(guān)鍵技術(shù)突破，發(fā)展雪車、頭盔、滑板等減阻裝備和用蠟，實(shí)現(xiàn)冬奧競(jìng)速項(xiàng)目大幅減阻，助力運(yùn)動(dòng)員實(shí)現(xiàn)“更高”“更快”目標(biāo)。
據(jù)介紹，競(jìng)速項(xiàng)目靠速度取勝，在冰雪運(yùn)動(dòng)過程中，有速度就會(huì)與空氣產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就會(huì)感覺有風(fēng)，這部分風(fēng)就會(huì)產(chǎn)生阻力，叫風(fēng)阻。同時(shí)，要運(yùn)動(dòng)，就必須跟地面有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在冰雪項(xiàng)目中，地面要么是冰、要么是雪，冰雪會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力。這兩部分阻力，構(gòu)成了運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目前進(jìn)過程中的總阻力。運(yùn)動(dòng)減阻主要是通過空氣阻力和冰雪摩擦阻力的減小，來提高運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)。
運(yùn)動(dòng)過程中，運(yùn)動(dòng)員是運(yùn)動(dòng)的，空氣是靜止的，這時(shí)候進(jìn)行阻力測(cè)量很不容易。那怎么辦？汪家道表示，通過建風(fēng)洞，讓運(yùn)動(dòng)員不動(dòng)，讓空氣流動(dòng)。風(fēng)洞建在一個(gè)封閉的環(huán)境中，通過大風(fēng)扇，風(fēng)能動(dòng)起來，這時(shí)身處其中的人不動(dòng)，同樣可以造成運(yùn)動(dòng)過程中的風(fēng)場(chǎng)。“比如滑冰和滑雪，運(yùn)動(dòng)員在空氣當(dāng)中受到的阻力，在風(fēng)洞里面可以測(cè)試，對(duì)于他們的生理生化指標(biāo)，也可以監(jiān)控。”
汪家道表示，運(yùn)動(dòng)員在前進(jìn)過程中會(huì)保持比較優(yōu)勢(shì)的姿態(tài)，這個(gè)姿態(tài)產(chǎn)生的空氣阻力比較小。而通過風(fēng)洞減阻測(cè)試，提出優(yōu)化方案，運(yùn)動(dòng)員結(jié)合自己的能力，優(yōu)化自己的姿態(tài)。通過強(qiáng)化訓(xùn)練，可以明顯提高前進(jìn)速度。
冰上運(yùn)動(dòng)對(duì)冰刀的要求有兩個(gè)，一個(gè)是滑行前進(jìn)方向摩擦阻力要小，另一個(gè)是蹬踏時(shí)前進(jìn)的動(dòng)力要大，這樣才能滑得遠(yuǎn)?？墒?，這兩點(diǎn)在很多情況下是矛盾的，怎么辦？汪家道介紹，為了兼顧兩方面，冰刀做成類似三明治的結(jié)構(gòu)，讓冰刀兩個(gè)側(cè)面硬度高，中間硬度稍低。這樣，冰刀在側(cè)滑過程中，冰刃比較鋒利，比較耐磨，從而提高了側(cè)向蹬踏力，減小了摩擦阻力。經(jīng)測(cè)算，蹬踏率可提高20%—30%，摩擦阻力可減小10%左右。
“冬奧會(huì)和其他大型體育賽事一樣，比拼的不僅是運(yùn)動(dòng)員的技戰(zhàn)能力，更是各個(gè)國(guó)家的科技水平。比如風(fēng)洞，它體現(xiàn)的是一個(gè)國(guó)家的實(shí)力。再比如裝備，由于科技水平的提高，運(yùn)動(dòng)員可以用上更好的裝備，在賽場(chǎng)上就能占據(jù)一定的優(yōu)勢(shì)。這也是科技冬奧的魅力所在。”汪家道說。
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