运动员风洞模拟训练的幕后“尖兵”

   编者按:

   奋进的中国再度点燃激情与梦想的圣火，世界翘首以待的北京冬奥会将于2022年2月4日开幕。

   “水立方”变身“冰立方”、“百米级、分钟级”精准气象预报、国家速滑馆世界跨度最大的单层双向正交马鞍形索网屋面、5G信号覆盖所有场馆、8K比赛画面实时传输……科技冬奥是北京2022年冬奥会和冬残奥会的主要特色，是体现我国综合国力的舞台，更是实现高水平科技自立自强的舞台。

   中国科协网开设“科技奥运的背后故事”专题，挖掘冬奥高科技的幕后故事、幕后英雄，展现中国科协所属全国学会及广大科技工作者在“科技冬奥”中的拼搏、奉献、创新、超越，记录科技工作者助力北京冬奥冰雪史诗的感人故事。

钢架雪车风洞测试  北京交通大学供图

李波团队交流钢架雪车风洞测试中的技术问题  北京交通大学供图

钢架雪车国家集训队运动员在北京交通大学风洞实验室测试  北京交通大学供图

李波是中国土木工程学会桥梁与结构工程分会风工程学术委员会委员、北京交通大学土木建筑工程学院教授。这是一抹久违的阳光，有点刺眼又有点新鲜。不久前，他和同事给刚回国的运动员做完第三轮风洞测试，才结束4天的隔离。而自从接手运动员在二七国家冰雪运动训练科研基地体育综合风洞的测试和训练以来，他已经记不清做核酸检测的具体次数了，“至少60多次，真是连嗓子眼都被捅得麻木了”。

“用科技力量为我国的冰雪项目带来惊喜，我将义无反顾地坚守。因为一些运动员已经在科技的助力下，创造了历史。”李波如是说。

还原大风凌冽的场景

冰雪运动基地开放周期短，如何在无冰雪的季节最大程度还原高山滑雪中大风凛冽的场景？

“这就得依靠风洞技术。正常情况下是人在动，运动中形成风。根据相对运动原理，风洞中是反过来的，人不动，风吹到运动员身上。我们利用风洞中的风模拟运动员高速运动的场景。”李波解释了原理。

在国家有关项目的支持下，李波带领团队研发了我国第一套冰雪项目风洞辅助训练系统，建立了全套风洞技术应用体系。他们还协助建设了我国第一座体育专业风洞。该风洞突破了老厂房尺寸限制，不仅尺寸做到了和国外最先进的体育专业风洞一致，而且最高风速达到了42米/秒，实现了冬季项目全覆盖。

当然，光有大风吹，并不是风洞模拟训练。在模拟场景中，李波团队设计了一个特殊的滑板，运动员可在滑板上练习蹬冰动作；开动跑台，运动员便可进行轮滑模拟训练。团队开发的六自由度系统可满足不同角度翻转，常用于雪车雪橇项目训练。如此一来，冬季项目的训练就再也不受天气影响，即便是在盛夏也可以在模拟场景中完成。这在一定程度上解决了冬季项目训练场地开放周期短、维护成本高的难题。

在多人比赛中，运动员的位置不同，风阻也不尽相同。如何通过团队配合，最大程度地实现换位减阻？这就要依赖风洞辅助训练系统实时反馈风速、风阻力、姿态、重心位置、测试指令等数据，后经过科学测算，最终得到运动姿态以及队列优化方案。

说到风洞技术提供的科研服务，李波常用“人、机、环”三个字概括。“‘人’指的是运动员姿态、模拟训练；‘机’是用于运动装备风阻性能的评测，支撑低风阻高性能运动装备研发，如训练服、头盔等；而‘环’是赛道关键区域风速、风向的评估，为运动员提供关键环境参数。”

办赛精彩、参赛出彩是北京2022年冬奥会的目标，这就不得不提李波团队的另一项工作。北京冬奥会延庆赛区位于小海坨山南坡，山上风速变幻万千，李波带领团队通过一系列科技创新，给出了国家高山滑雪中心、国家雪车雪橇中心的关键抗风参数，保证了赛区基础设施、临时设施建设的顺利完成，同时也节省了工程造价。

亲身试险 确保安全

每套设备在正式使用之初，李波及团队成员都会换上远动员的训练服，第一个上去试验。运动员练2～3分钟，他们就试用4～5分钟。

有一次，李波戴着一顶毛线帽做模拟训练，20米/秒的风速刮得他“脑瓜子疼”，疼了整整一周才缓过来。“20米/秒及以上的风速，就一定要带钢盔。这是用头疼换来的教训。”他笑笑说道。

风险留给自己，安全留给了运动员。“保障运动员的训练安全，是我们最大的成就。”李波说。就是这样亲身试险，运动员使用该设备至今，无一例安全事故发生。

团队的工作量巨大，1个姿态吹3个风速、配4张不同角度的姿态监控照片，1个姿态就要出五六页的测试报告，一共有53个姿态。最多的时候，49页的中英文报告，团队成员要在一个晚上全部出完。

成就感填满心中沟壑

运动员的一轮轮测试有条不紊地进行。第一轮测试，他们帮助运动员实现姿态优化。第二轮测试，他们检验了装备的风阻力。不久前，刚刚结束的第三轮测试，他们帮助运动员选定了最终的参赛装备。

在各项技术的配合下，在钢架雪车项目上，李波团队成功做到风阻减少10.6%。这是一个什么概念？

李波解释道，风阻减少10%，成绩可提高1%。平昌冬奥会时，男子钢架雪车项目第一名与第六名的差距仅为1.2%。去年11月，中国选手耿文强在钢架雪车世界杯奥地利因斯布鲁克站拿到首个冠军，为中国钢架雪车创造了历史。这意味着我国运动员在争金夺银的道路上更有希望。

尝到了科技赋能奥运的甜头，就连一开始倔强、谨慎的钢架雪车国家集训队外籍主教练施密德，在看到数据后，也伸出了大拇指，要求和测试团队合影留念。

为了奖励他们的付出，国家体育总局授予北京交通大学“中国冰雪科技联合攻关单位”，授予李波“中国冰雪科学家”荣誉称号。

第三轮测试时，钢架雪车的运动员刚从国外回来，冒着可能存在感染的风险，李波挺身而出。“那几天的经历，可以用‘悲壮’来形容。”测试结束后，测试组穿着全套防护服转场隔离；隔离结束后，为了保证学校学生的安全，李波又独自租房隔离，直到确保安全，才回到实验室投入到紧张的工作中。

“这又算什么呢？科技助力奥运带来的成就感，早已经填满了心中沟壑，我非常期待中国健儿在赛场上赛出好成绩，创造新奇迹。”李波爽朗地说道。