风洞三维建模:高山滑雪下坡的“技术范式”

点烟，风起，在重庆大学结构实验室的风洞里，在高山滑雪赛道模型前，可以清晰地看到随风飘荡的烟雾，这是雪原风环境的研究现场。这对运动员比赛有什么用？冬奥会前夕，记者走进重庆大学，探寻高山滑雪背后的“科技范式”。

高山滑雪是雪原最快、最危险的项目之一，被誉为“冬奥会皇冠上的明珠”。它起源于欧洲阿尔卑斯山，也被称为高山滑雪。它是在越野滑雪的基础上逐渐形成的，从1936年开始被列为冬奥会的比赛项目。在这场比赛中，运动员利用势能从山顶滑行到山的尽头，花的时间少的才是赢家。

在即将到来的北京冬奥会上，将会有高山滑雪速降项目。但是由于我国的气候、滑雪设备和场地等原因，这项运动在我国起步较晚，发展速度也不快。重庆大学参与的“科技冬奥”专项旨在研究雪原的风环境，为中国运动员和教练员提供决策依据和支持。

重庆大学“科技冬奥”团队成员、土木工程学院闫博文副教授通过实地考察和三维建模，建立了一个实用、高效、精准的高山滑雪运动员下坡模型。

“我们的团队来回参观了四次冬奥会的场地。通过合理简化延庆赛区国家高山滑雪中心的赛道，我们建立了真实的赛道模型，并将其整合到之前建立的直曲线下坡运动模型中。”重庆大学“科技冬奥”团队成员李珂介绍，同时结合赛道风场的数值模拟结果和有限的实测数据，考虑不同方向对场地的影响，建立了高山滑雪下坡环境模型，创建了更全面有效的高山滑雪下坡模型。

重庆大学风洞实验室以前对建筑物、桥梁等固定质量的建筑物进行实验，但第一次对运动员进行实验。

据了解，影响运动员滑行的因素包括运动员的体型、技战术、赛道条件、雪况、风速以及滑雪装备的特点等。在滑行过程中，运动员受到重力、空气升力和阻力、地面支撑和摩擦力以及骨骼肌力量的影响，其中空气阻力与运动员的姿势有很大关系。根据监测数据，体育场内的风速可以达到每秒20-30米以上，所以体育场内环境风速的方向也会对运动员滑行产生很大的影响。

“我们工作的第一部分是研究风环境，其中大约70%是通过计算机完成的。首先用计算机模拟整个地球的风环境，然后模拟特定区域的风环境，为后续研究收集数据。”李伟介绍。

此外，还需要研究风和力的关系。“只有知道了力，才能理解运动，但要想知道力，就得做数学建模。我们需要建立运动员的下坡模型，研究运动员采用不同姿势时的受力和风载。”李可介绍，本次研究将帮助教练员为每位运动员制定集战术、器械、体能于一体的个性化科学训练方案，提高比赛成绩。“他们真心希望国家队队员能在比赛中取得好成绩！”