挑戰(zhàn)高山滑雪？風(fēng)洞3D建模來(lái)幫忙

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(chǎng)風(fēng)環(huán)境的研究現(xiàn)場(chǎng)。這對(duì)運(yùn)動(dòng)員比賽有什么用？在冬奧會(huì)即將到來(lái)之際，科技日?qǐng)?bào)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”。

視頻攝制：雍黎、單倩瀾、周玟玟

助力挑戰(zhàn)“冬奧會(huì)皇冠上的明珠”

高山滑雪項(xiàng)目是雪場(chǎng)上速度最快、危險(xiǎn)性最高的項(xiàng)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(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(huì)比賽項(xiàng)目。在這項(xiàng)比賽中，運(yùn)動(dòng)員利用勢(shì)能從山頂滑行道山下的終點(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(xiàng)目。但由于我國(guó)的氣候、滑雪器材以及場(chǎng)地的原因，這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)在我國(guó)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(duì)雪場(chǎng)風(fēng)環(huán)境研究，為我國(guó)運(yùn)動(dòng)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(guò)實(shí)地勘測(cè)和3D建模，建立了實(shí)用、高效、精確的高山滑雪運(yùn)動(dòng)員速降模型。

“我們團(tuán)隊(duì)前前后后四次前往冬奧會(huì)場(chǎng)地進(jìn)行考察，通過(guò)對(duì)延慶賽區(qū)國(guó)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(yùn)動(dòng)模型。”重慶大學(xué)“科技冬奧”團(tuán)隊(duì)成員李珂介紹，同時(shí)結(jié)合對(duì)賽道風(fēng)場(chǎng)的數(shù)值模擬結(jié)果和有限的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，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。

風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中的賽道模型。科技日?qǐng)?bào)記者 雍黎 攝

風(fēng)洞3D建模 為運(yùn)動(dòng)員量身打造訓(xùn)練方案

重慶大學(xué)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室以前都是針對(duì)建筑、橋梁等固定大體量的建筑物進(jìn)行試驗(yàn)，針對(duì)運(yùn)動(dòng)員做試驗(yàn)還是第一次。

據(jù)了解，影響運(yùn)動(dòng)員滑行的因素包括運(yùn)動(dòng)員體型、技戰(zhàn)術(shù)，賽道條件、雪況、風(fēng)速以及滑雪裝備的特性等，運(yùn)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(yùn)動(dòng)員的姿勢(shì)有很大的關(guān)系。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，賽場(chǎng)風(fēng)速能達(dá)到20-30米每秒以上，所以賽場(chǎng)環(huán)境風(fēng)速的方向也會(huì)對(duì)運(yùn)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(nèi)容是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)完成。先通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬整個(gè)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)?！崩铉娼榻B。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)?？萍既?qǐng)?bào)記者 雍黎 攝

此外，研究從風(fēng)到力的關(guān)系是必要的?！爸懒Σ拍芰私膺\(yùn)動(dòng)，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(dòng)員的滑降模型，研究當(dāng)運(yùn)動(dòng)員采用不同姿勢(shì)時(shí)，他受到的力是怎樣的，風(fēng)荷載的情況是怎樣的?！崩铉娼榻B，這項(xiàng)研究將輔助教練員為每個(gè)運(yùn)動(dòng)員定制戰(zhàn)術(shù)、裝備與體能綜合的個(gè)性化科學(xué)訓(xùn)練方案，提高比賽成績(jī)?！八麄冎孕牡叵Ｍ麌?guó)家隊(duì)員們能在比賽中取得好成績(jī)！”

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

◎ 科技日?qǐng)?bào)記者 雍黎 實(shí)習(xí)生 單倩瀾

編輯：張琦琪

審核：王小龍

終審：何屹