北京冬奧會上的“馭風(fēng)之術(shù)”

在風(fēng)洞實驗室內(nèi)，隨著風(fēng)洞中風(fēng)力越來越大，測試者壓低了姿態(tài)，頭頂上為了顯示風(fēng)速而安置的標(biāo)志物——彩色線束隨著強(qiáng)風(fēng)飄舞起來

重新認(rèn)識“來無影去無蹤”的風(fēng)

在介紹航天風(fēng)洞技術(shù)之前，我們要先來認(rèn)識一下風(fēng)阻。在很多運動競賽項目中，運動員都要與風(fēng)的阻力即風(fēng)阻作斗爭，如短跑、自行車、速度滑冰、高山滑雪等，均需要克服風(fēng)阻，提升速度。

風(fēng)是流動的空氣，空氣阻力一般有兩種形式：一是壓差阻力，壓差阻力又可分為形狀阻力、干擾阻力和誘導(dǎo)阻力。一般來說，物體高速運動時，形狀阻力是最主要的空氣阻力來源。這也是神舟號系列飛船從太空高速返回地面時，要通過氣動外形（在氣體介質(zhì)中運動的物體為減少運動阻力，而采用的適合在該介質(zhì)中運動的外形）減速的原因。

二是摩擦阻力，即空氣劃過物體會產(chǎn)生摩擦力。通過優(yōu)化物體材料及表面粗糙度可有效減小摩擦阻力。

物體與空氣相對運動速度越高、迎風(fēng)面面積越大、空氣密度越大，風(fēng)阻越大。衡量風(fēng)阻大小的空氣動力學(xué)參數(shù)稱為風(fēng)阻系數(shù)。風(fēng)阻系數(shù)減小10%，某些運動員的成績能提升1%或更多，這對實力接近的運動員來說可是數(shù)量級的提升。

風(fēng)洞：讓冬奧健兒更好地“飛翔”

傳統(tǒng)的運動員訓(xùn)練要在真實環(huán)境中進(jìn)行，耗費時間長、體驗動作時間短，不易得到教練員實時互動指導(dǎo)和糾正姿勢與動作，且容易出現(xiàn)運動損傷。以跳臺滑雪為例，運動員完成一趟訓(xùn)練流程需十多分鐘，如遇惡劣天氣，則要在寒冷的高臺上長時間等待或取消訓(xùn)練。即便是正常天氣，一天也只能跳十幾次，每次飛行時間不足10秒，訓(xùn)練效率不高。

在這種情況下，風(fēng)洞就可以大展拳腳了！根據(jù)運動相對性原理，可用風(fēng)洞里的風(fēng)速模擬運動速度，模擬出賽場、賽時風(fēng)場環(huán)境，讓運動員在逼近真實的風(fēng)場里訓(xùn)練。通過數(shù)字建模，量化運動員的動作形態(tài)，確定最佳動力學(xué)姿勢，還可測試運動服裝、設(shè)備器材的風(fēng)阻特性，改進(jìn)裝備設(shè)計。

滑雪運動員在風(fēng)洞中試驗的場景（供圖/周岫彬）

風(fēng)洞實驗室能調(diào)節(jié)風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)面、溫度、濕度等參數(shù)，模擬變化的風(fēng)場特性，測量風(fēng)場作用于運動員不同身體姿態(tài)的阻力、升力、側(cè)向力。教練員還可進(jìn)行“零距離”指導(dǎo)，利用精準(zhǔn)定位對問題“摳細(xì)節(jié)”，讓運動員全天候、反復(fù)練習(xí)并優(yōu)化姿態(tài)與動作，提高科學(xué)訓(xùn)練水平。

如今，中國已經(jīng)建成的體育綜合訓(xùn)練風(fēng)洞，是一座開口回流式（帶駐室）風(fēng)洞，最大風(fēng)速可達(dá)到42米/秒，相當(dāng)于14級強(qiáng)臺風(fēng)的水平，涵蓋了冰雪運動所涉及的風(fēng)速范圍，可滿足滑雪、滑冰、雪橇等大部分冰雪項目的模擬需求。

航天科技與人們的生活、運動聯(lián)系日益密切，它不僅是富國強(qiáng)軍的重器，也是幫助奧運健兒為國爭光的“神器”，更是創(chuàng)造人民美好生活的利器。讓我們一起期待航天科技再次助力奧運健兒取得佳績，為國爭光！

（責(zé)任編輯/高琳 美術(shù)編輯/周游）

知識鏈接

什么是風(fēng)洞？

風(fēng)洞是空氣動力學(xué)實驗的一種裝備，是由洞體、驅(qū)動系統(tǒng)和測控系統(tǒng)組成的管道狀設(shè)備。風(fēng)洞試驗一般由驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生氣流，測控系統(tǒng)調(diào)節(jié)并控制氣流，使流過洞體試驗段的物體模擬和再現(xiàn)真實大氣環(huán)境，進(jìn)行測量并獲得試驗數(shù)據(jù)，以此研究物體在大氣環(huán)境中的運行規(guī)律。

風(fēng)洞實驗室成為航天航空器空氣動力試驗、進(jìn)行理論驗證及和產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)最常用、不可或缺的工具之一。風(fēng)洞技術(shù)也已廣泛應(yīng)用于航空航天、交通、建筑等領(lǐng)域。

風(fēng)洞實驗室（供圖/周岫彬）

風(fēng)洞剖面示意圖（供圖/周岫彬）