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短道速滑背后的高科技

短道速滑背后的高科技

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  • 发布时间:2022-02-17 07:00
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短道速滑背后的高科技

【概要描述】中国短道速滑运动员在冬奥赛程上争金夺银的背后离不开科技的助力

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(图源:IOC官方微博)

 

昨日,北京冬奥会短道速滑赛场决出了该项目最后两块金牌。作为中国代表团的夺金大项,承担重任的“王者之师”短道速滑队最终收获2金1银1铜,再次向世界展现了中国速度

 

登上领奖台,离不开运动员们的日常刻苦训练,也得益于背后的科技助力。

 

01 “冰上鲨鱼皮” 

 

众所周知,短道速滑比拼的就是速度,胜负往往在0.01秒之间,而装备则是争取毫厘的重要途径。

 

此次中国队的战袍由北京服装学院服装艺术与工程学院教授、国家冬季运动服装装备研发中心主任刘莉和她的团队共同设计研发,在经过2000多份手稿绘制,110多款样服打版和超800小时的风洞测试后得以问世

 

▲ 任子威身着战袍比赛中。(图源:IOC官方微博)

 

高速的冰上滑行,需要对抗相当于十级的大风,因此减小阻力成为了运动服的首要性能。据刘莉介绍,与传统的认知不同,衣服表面并不是越光滑风阻越小,恰恰是一种有肌理的凹坑结构面料能有效减小风阻,并且不同部位凹坑的形状、大小和深度都有不同。

 

除面料外,设计团队对运动员进行了三维测量和运动数据追踪,细化运动员各种姿态下的皮肤伸展规律,通过数据通过这些数据对服装进行剪裁,真正做到了量体裁衣。此外,服装还要经过风洞测试,以对面料和剪裁方式进行调整优化,最终这套战袍的综合阻力系数下降了10%。

 

短道速滑运动还有一个显著特点是对抗激烈,选手在超越时极易发生身体碰撞,容易面临被冰刀割伤的危险,因此国际滑联从2003年7月1日起,要求所有运动员参赛时必须身穿防切割服。与此同时,国际滑联对竞速类比赛服面料也有着严格的规定,按照EN388标准,竞速类比赛服装防切割等级要超过二级以上,即不能被冰刀割破。

 

▲ 在比赛中,选手容易面临被冰刀割伤的危险。(图源:新华社)

 

刘莉介绍,为给予运动员达到最大程度的保护,团队参考了100多种面料,最终研制出了一种用两种性能纱线复合而成的高弹防切割面料,强度可达到钢丝的15倍却十分轻盈贴身,方便穿脱。

 

层层科技的加持,使这套“冰上鲨鱼皮”成为中国短道速滑队冰上驰骋的最佳助力。

 

02 “风洞”和数字建模

 

在高速的短道速滑比赛中,运动员动作姿态的细微改变,就能影响其速度的快慢。为帮助运动员寻找对抗阻力的完美姿态,中国航天空气动力技术研究院采用了应用于导弹、火箭、战斗机设计等军事领域的风洞技术,为国家体育总局建造了我国首座体育风洞。

 

这次座体育风洞于2020年建成,风洞口径宽2.5米,高3米,测试段长度8米,设计风速151.2公里/小时,风速相当于14级的强台风。

 

参与风洞设计的航天科技十一院三所工程师郑刘透露,当中国短道速滑队在风洞中开展测试时,队员们会站在特制的六分量传感器上。风洞制造的风会以相当于运动员运动速度的风速迎面吹来,此时就可以通过六分量传感器测出不同动作姿态下阻力的变化,运动员和教练便可根据数据得出最小风阻的滑行动作,并加以练习,形成肌肉记忆。

 

▲ 短道速滑运动员在风洞中训练。(图源:中国航天科技集团官方微信)

 

此外,风洞系统还具备拍摄存储功能。可以将运动员在风洞训练时的体态、测力数据、重心变化数据等记录并保存下来,以供教练员训练时进行对照参考。

 

除了改变姿态,路线的选择在短道速滑比赛中也起着至关重要的作用。北京航空航天大学飞行器适航工程系副教授柯鹏和他的团队借鉴航空航天器的路线优化算法,帮助队员寻找最佳滑行路线,既保证了路线最短,又卡住了最佳位置。

 

从航空领域到助力冬奥,科技让运动员得以用最完美的姿态在冰场飞驰

 

03 “最快的冰”

 

自开赛以来,短道速滑项目一共打破了6项奥运会纪录和1项世界纪录除了体现出参赛选手们处于最佳竞技状态外,也说明短道速滑比赛场馆的冰面质量极佳。就连短道速滑冠军王濛在解说时也对首都体育馆的冰面赞不绝口,冰很好,频频创造奥运纪录。

 

▲ 首都体育馆内景。(图源:新华社)

 

短道速滑的成绩高低与比赛场地的硬件设施关系密切,其中最重要的就是冰面。根据要求,短道速滑的冰面厚度为3-5厘米,冰面温度为-7℃至-6℃,这样硬度的冰面才能给到选手更大的助力,更利于加速。

 

不同于天然冰场,人造冰场是将制冷管埋在地下水泥层中,通过在水泥层上一层层泼水,最终形成完整的冰面。因此,制冷管温度是否均匀就决定着冰面是否平整,软硬度是否一致。为此,制冰团队通过激光扫描跟BIM模型进行对比、检验,保证冰场下的不锈钢制冰管道处于精准位置,保证冰温均匀。

 

制冰机是人造冰场的核心。为践行“绿色办奥”的理念,天津大学机械工程学院教授马一太教授率领团队与8家企业联合研发、设计和建造了具有自主知识产权的二氧化碳跨临界直冷制冰机组,并运用于首都体育馆中。这一制冰技术除了绿色低碳外,还能精准控制冰面温度,从而打造出冰面质量优异的冰场。

 

▲ 工作人员在首都体育馆内进行制冰工作。(图源:新华社)

 

马一太介绍:“奥组委对温差的要求是控制在1.5度。现在我们的冰(温度)正负不差0.5度,甚至能达到0.3度。”这也就意味着,整个赛道平整且硬度一致,更利于选手创造佳绩。

 

这面“最快的冰”不仅为未来冰场建设提供了一个更加高效节能的技术路线,也让世界感受到了中国的科技实力。

 

目前的竞技体育已不止于运动员天赋和意志的比拼,同样也是国家实力尤其是科技实力的竞争。毫无疑问,体育科技将在未来的竞技体育中占据更大的分量。

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