北京冬奧會上的“馭風之術”

在風洞實驗室內，隨著風洞中風力越來越大，測試者壓低了姿態，頭頂上為了顯示風速而安置的標志物——彩色線束隨著強風飄舞起來

重新認識“來無影去無蹤”的風

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

風是流動的空氣，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（在氣體介質中運動的物體為減少運動阻力，而采用的適合在該介質中運動的外形）減速的原因。

二是摩擦阻力，即空氣劃過物體會產生摩擦力。通過優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、迎風面面積越大、空氣密度越大，風阻越大。衡量風阻大小的空氣動力學參數稱為風阻系數。風阻系數減小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量級的提升。

風洞：讓冬奧健兒更好地“飛翔”

傳統的運動員訓練要在真實環境中進行，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和糾正姿勢與動作，且容易出現運動損傷。以跳臺滑雪為例，運動員完成一趟訓練流程需十多分鐘，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，訓練效率不高。

在這種情況下，風洞就可以大展拳腳了！根據運動相對性原理，可用風洞里的風速模擬運動速度，模擬出賽場、賽時風場環境，讓運動員在逼近真實的風場里訓練。通過數字建模，量化運動員的動作形態，確定最佳動力學姿勢，還可測試運動服裝、設備器材的風阻特性，改進裝備設計。

滑雪運動員在風洞中試驗的場景（供圖/周岫彬）

風洞實驗室能調節風速、風向、風面、溫度、濕度等參數，模擬變化的風場特性，測量風場作用于運動員不同身體姿態的阻力、升力、側向力。教練員還可進行“零距離”指導，利用精準定位對問題“摳細節”，讓運動員全天候、反復練習并優化姿態與動作，提高科學訓練水平。

如今，中國已經建成的體育綜合訓練風洞，是一座開口回流式（帶駐室）風洞，最大風速可達到42米/秒，相當于14級強臺風的水平，涵蓋了冰雪運動所涉及的風速范圍，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、運動聯系日益密切，它不僅是富國強軍的重器，也是幫助奧運健兒為國爭光的“神器”，更是創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！

（責任編輯/高琳 美術編輯/周游）

知識鏈接

什么是風洞？

風洞是空氣動力學實驗的一種裝備，是由洞體、驅動系統和測控系統組成的管道狀設備。風洞試驗一般由驅動系統產生氣流，測控系統調節并控制氣流，使流過洞體試驗段的物體模擬和再現真實大氣環境，進行測量并獲得試驗數據，以此研究物體在大氣環境中的運行規律。

風洞實驗室成為航天航空器空氣動力試驗、進行理論驗證及和產品設計研發最常用、不可或缺的工具之一。風洞技術也已廣泛應用于航空航天、交通、建筑等領域。

風洞實驗室（供圖/周岫彬）

風洞剖面示意圖（供圖/周岫彬）