揭秘中國首金背后神器:和東風(fēng)快遞一樣從這里走出
軍工資源網(wǎng) 2022年02月07日2月5日晚,中國冬奧代表隊在北京冬奧會上的首個高光時刻如期而至。由曲春雨、范可新、武大靖、任子威四人組成的中國短道速滑混合團體以2分37秒348的成績率先沖過終點,為中國隊摘得北京冬奧會上的首枚金牌。
在追求人類速度極致的短道速滑賽道上,勝負就在毫秒之間,獲得第二名的意大利隊以0.016秒的劣勢敗下陣來。膠著的比賽,意味著決定誰能站到領(lǐng)獎臺上的關(guān)鍵因素復(fù)雜且多樣,這當(dāng)中不僅包括運動員的狀態(tài)、意志和彼此之間的默契,還有對于細節(jié)的把握——在高速的短道速滑運動中,運動員的動作以及姿態(tài)的些許變化,就能影響速度的快慢。而這在某種程度上和飛行器的氣動布局設(shè)計原理是一樣的:只有保持空氣阻力最小的姿態(tài),才能獲得最快的速度。
于是,一種用以幫助中國短道速滑隊探尋消減風(fēng)阻完美姿態(tài)的訓(xùn)練“神器”,在這場關(guān)于速度的比拼中的價值和作用得以凸顯,這種“神器”就是風(fēng)洞技術(shù)。在此之前,這種“神器”一直在另一個神秘的領(lǐng)域扮演著極為關(guān)鍵的“角色”——用于我國導(dǎo)彈、火箭和飛機的設(shè)計。
在北京冬奧開幕之前,《環(huán)球時報》記者前往中國第一個大型空氣動力研究與試驗基地——中國航天空氣動力技術(shù)研究院(以下簡稱航天科技十一院),探訪該院為國家體育總局設(shè)計并承建的體育風(fēng)洞項目。據(jù)航天科技十一院科研人員介紹,許多參加冬奧競速類項目的中國冬奧健兒,都在體育風(fēng)洞中進行過日常訓(xùn)練以提升競技水平。在2021年舉行的東京奧運會上,游泳、賽艇、自行車等一大批項目的運動員也都接受過體育風(fēng)洞的“洗禮”,許多中國的奧運冠軍就和名震世界的東風(fēng)導(dǎo)彈、長征火箭、殲系列戰(zhàn)機一樣,都是在風(fēng)洞中“吹”出來的。
引以為傲的的成績源自于科學(xué)的謀劃和堅定的行動。
2019年,國家體育總局與航天科技十一院深化合作,由航天科技十一院三所設(shè)計并建造我國首座體育風(fēng)洞,供備戰(zhàn)北京冬奧會的運動員使用。該所黨委書記王凱文向《環(huán)球時報》記者介紹,這座體育風(fēng)洞于2020年建成,風(fēng)洞的口徑寬為2.5米,高為3米,測試段長度為8米,設(shè)計風(fēng)速為151.2公里/小時,風(fēng)速相當(dāng)于14級的強臺風(fēng)?!敖ǔ芍螅糠謪⒓?xùn)|京奧運會的奧運健兒也利用這座風(fēng)洞去提升比賽成績。”
參與風(fēng)洞設(shè)計的航天科技十一院三所工程師鄭劉告訴《環(huán)球時報》記者,在設(shè)計體育風(fēng)洞的時候,設(shè)計人員調(diào)研了大量的冬奧比賽項目,在綜合考慮了雪車、雪橇、滑雪板等各種冬奧項目運動裝備的尺寸,以及部分奧運比賽項目運動裝備的尺寸后,最終確定風(fēng)洞的長寬高。而151.2公里/小時的風(fēng)速,也是考慮到冬奧會中速度最快的雪車項目最高時速大約就在150公里/小時左右,這個風(fēng)速完全可以滿足目前所有冬奧競速類體育項目的測試訓(xùn)練要求,“我們使用的軍工級低速風(fēng)洞風(fēng)速能達到70~100米/秒,但人類的運動不可能達到這個速度,所以我們就把體育風(fēng)洞的風(fēng)速降低,這樣也能避免浪費能源?!?/p>
然而,風(fēng)速的降低并不意味著體育風(fēng)洞的研制難度也會相應(yīng)變小。因為體育風(fēng)洞的使用對象主要是分秒必爭的運動員,所以其對精確性,安全性和舒適性的要求相較于軍工風(fēng)洞會更高。航天科技集團十一院三所軍民融合處研究員、體育綜合訓(xùn)練風(fēng)洞專家團隊成員李玉秋介紹稱,走進風(fēng)洞的每名運動員都是我們的“國寶”。為了確保他們的安全,體育風(fēng)洞特意增強了安全方面的措施,比如盡量避免在風(fēng)洞內(nèi)部使用螺釘?shù)纫酌撀涞木o固件,以免飛出傷人;測試平臺周邊合理設(shè)置防護網(wǎng),既不干擾測試又能防止運動員滑落;再比如在陪伴測試的教練身邊加設(shè)急停按鈕,遇到緊急情況可以立即停車等。
此外,為了最后方便篩選運動員的運動姿態(tài),體育風(fēng)洞還具備拍攝存儲功能,能將一個時間點里的測力數(shù)據(jù)、畫面數(shù)據(jù),以及重心捕捉,運動員姿態(tài)變化后重心變化情況等數(shù)據(jù)存儲下來,為教練員指導(dǎo)提供參考。運動員也能在眼前地板上的顯示屏里,看到自己動作的測試數(shù)據(jù)。而長時間的風(fēng)洞訓(xùn)練和測試,風(fēng)洞的舒適性也是一個需要考慮的重要因素。為此,設(shè)計人員還在風(fēng)洞內(nèi)安裝了新風(fēng)系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)。
為什么在體育風(fēng)洞中“閉關(guān)修煉”一段時間,運動員的比賽成績就能顯著提升,體育風(fēng)洞的神奇之處究竟在哪?說起其中的奧秘,鄭劉告訴《環(huán)球時報》記者,以冬奧競速類項目為例,風(fēng)洞主要用于為減小運動員的風(fēng)阻提供試驗幫助。風(fēng)阻越小則速度越快,運動員消耗的體能也會越小。
鄭劉介紹稱,當(dāng)中國短道速滑隊在風(fēng)洞中開展測試時,隊員們會站在特制的六分量傳感器上。風(fēng)洞制造的風(fēng)會以相當(dāng)于運動員運動速度的風(fēng)速迎面吹來,此時就可以通過六分量傳感器測出不同動作姿態(tài)下阻力的變化,“短道速滑項目中,運動員稍微彎一下腰,或者是變換一下手勢,阻力的變化都可以通過腳下的六分量傳感器測得,然后變化的數(shù)據(jù)會顯示在電子屏上,運動員和教練員就會知道,哪個動作才能獲得最小的風(fēng)阻。在鎖定風(fēng)阻最小的動作和姿勢后,隊員們再加以長期往復(fù)訓(xùn)練,就能形成肌肉記憶?!?/p>
據(jù)《環(huán)球時報》記者了解,體育風(fēng)洞中的測力傳感器靈敏到可以測出0.1牛的變化,運動員任意一個微小的變化帶來的阻力的影響,都能精確地測量出來,“我們的目的就是給運動員找到最佳的運動姿態(tài),產(chǎn)生最小的阻力,以提高他的速度?!崩钣袂镎f。
相關(guān)技術(shù)專業(yè)人員提供的另一組數(shù)據(jù)顯示,如果空氣阻力能夠減少10%,運動員的成績便能提高1%,在毫秒必爭的冬奧賽場,1%甚至1‰秒的差距都有可能決定比賽的勝負,而體育風(fēng)洞對于細節(jié)的精準把控,就能讓運動員決勝于細微。
李玉秋告訴《環(huán)球時報》記者,雖然風(fēng)洞技術(shù)在體育領(lǐng)域的應(yīng)用場景聽起來還有些神奇的色彩,然而早在上個世紀,美國、日本、瑞典等西方國家就已將風(fēng)洞技術(shù)應(yīng)用于運動員的日常訓(xùn)練,我國在這方面的應(yīng)用起步其實比較晚。但是得益于我國航天技術(shù)的高速發(fā)展,目前,我國的體育風(fēng)洞技術(shù)已經(jīng)完全趕超西方國家?!翱梢哉f,我們的整體技術(shù)水平已經(jīng)處于世界領(lǐng)先地位?!?/p>
環(huán)球時報-環(huán)球網(wǎng) 報道 記者 樊巍