探秘高山滑雪項(xiàng)目“科技范兒”：風(fēng)洞3D建模 70%通過計(jì)算機(jī)完成

點(diǎn)煙，風(fēng)起，在重慶大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)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風(fēng)混亂地飄著，這就是雪場風(fēng)環(huán)境的研究現(xiàn)場。這對運(yùn)動員比賽有什么用?在冬奧會即將到來之際，科技日報記者走進(jìn)重慶大學(xué)，探秘高山滑雪項(xiàng)目背后的“科技范兒”。

高山滑雪項(xiàng)目是雪場上速度最快、危險性最高的項(xiàng)目之一，被譽(yù)為“冬奧會皇冠上的明珠”。它起源于歐洲的阿爾卑斯地區(qū)，也叫阿爾卑斯滑雪，是在越野滑雪基礎(chǔ)上逐步形成的，1936年起被列為冬奧會比賽項(xiàng)目。在這項(xiàng)比賽中，運(yùn)動員利用勢能從山頂滑行到山下的終點(diǎn)，用時少的則為優(yōu)勝者。

在即將開展的北京冬奧會中，就有高山滑雪滑降的比賽項(xiàng)目。但由于我國的氣候、滑雪器材以及場地的原因，這項(xiàng)運(yùn)動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”專項(xiàng)課題針對雪場風(fēng)環(huán)境研究，為我國運(yùn)動員和教練員提供決策依據(jù)和支持。

重慶大學(xué)“科技冬奧”團(tuán)隊(duì)成員、土木工程學(xué)院閆渤文副教授等通過實(shí)地勘測和3D建模，建立了實(shí)用、高效、精確的高山滑雪運(yùn)動員速降模型。

“我們團(tuán)隊(duì)前前后后四次前往冬奧會場地進(jìn)行考察，通過對延慶賽區(qū)國家高山滑雪中心賽道進(jìn)行合理性的簡化，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(yùn)動模型。”重慶大學(xué)“科技冬奧”團(tuán)隊(duì)成員李珂介紹，同時結(jié)合對賽道風(fēng)場的數(shù)值模擬結(jié)果和有限的實(shí)測數(shù)據(jù)，考慮賽場上不同方向環(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(yàn)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(yàn)，針對運(yùn)動員做試驗(yàn)還是第一次。

據(jù)了解，影響運(yùn)動員滑行的因素包括運(yùn)動員體型、技戰(zhàn)術(shù)以及賽道條件、雪況、風(fēng)速以及滑雪裝備的特性等，運(yùn)動員在滑行過程中受到重力、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(yùn)動員的姿勢有很大的關(guān)系。從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，賽場風(fēng)速能達(dá)到每秒20-30米以上，所以賽場環(huán)境風(fēng)速的方向也會對運(yùn)動員滑行產(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(nèi)容是通過計(jì)算機(jī)來完成。先通過計(jì)算機(jī)模擬整個地球的風(fēng)環(huán)境，再模擬特定區(qū)域的風(fēng)環(huán)境，為后續(xù)研究收集數(shù)據(jù)。”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(yùn)動，而想知道力，就得進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。我們需要建立運(yùn)動員的滑降模型，研究當(dāng)運(yùn)動員采用不同姿勢時，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(xiàng)研究將輔助教練員為每個運(yùn)動員制定戰(zhàn)術(shù)和裝備與體能綜合的個性化科學(xué)訓(xùn)練方案，提高比賽成績。“他們衷心地希望國家隊(duì)隊(duì)員們能在比賽中取得好成績!”(科技日報記者 雍黎 實(shí)習(xí)生 單倩瀾)

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