2020年以來(lái),，清華大學(xué)機(jī)械系摩擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室汪家道,、馬麗然,、翁鼎、張琳,、陳磊,、馬原等帶領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了“冬季項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)減阻關(guān)鍵技術(shù)及平臺(tái)研究”，參與了“冬季運(yùn)動(dòng)與訓(xùn)練比賽高性能服裝研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”等兩項(xiàng)科技部“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng),，開(kāi)展了一系列從場(chǎng)地,、裝備到技術(shù)的研發(fā)工作，以清華智慧助力我國(guó)冰雪運(yùn)動(dòng)取得更大發(fā)展,。團(tuán)隊(duì)充分利用實(shí)驗(yàn)室在摩擦學(xué)領(lǐng)域的資源優(yōu)勢(shì),，將理論成果、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及場(chǎng)地測(cè)試緊密結(jié)合,，完成了冰雪摩擦減阻及測(cè)評(píng)研究等相關(guān)任務(wù),。
與冰雪裝備生產(chǎn)廠家舉行研討會(huì)議
團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行裝備場(chǎng)地測(cè)試
測(cè)力裝置研發(fā)：實(shí)現(xiàn)摩擦力在線測(cè)量
團(tuán)隊(duì)通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，研發(fā)了適應(yīng)冬奧運(yùn)動(dòng)環(huán)境下的冰雪表面摩擦在線測(cè)力裝置,。其中,，智能穿戴式冰鞋裝置在其他裝備不變的情況下，在原冰刀鞋基礎(chǔ)上加了測(cè)力傳感器,，重量微增,、高度不變，最大程度上實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)員零差別感設(shè)計(jì),，對(duì)運(yùn)動(dòng)員在冰面滑行時(shí)的各方向力進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量,。拖拉式冰雪表面摩擦測(cè)力裝置能夠?qū)Ψㄏ蜉d荷及摩擦力進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。該裝置通用性強(qiáng),，可以實(shí)現(xiàn)不同冰雪項(xiàng)目（冰刀,、雪板、冰球,、雪車等）的摩擦力在線測(cè)量,。
智能穿戴式冰鞋裝置和拖拉式冰雪表面多功能摩擦測(cè)力裝置
冰面調(diào)控：降低冰面摩擦系數(shù)
針對(duì)不同場(chǎng)館冰面質(zhì)量不同等問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)對(duì)不同場(chǎng)館水質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析,，利用超滑機(jī)制系統(tǒng)研究了制冰水成分對(duì)冰表面摩擦系數(shù)的影響,，并提出了一種環(huán)保綠色的制冰配方，摩擦系數(shù)較原冰面降低了30%,，向冬運(yùn)中心提交了研發(fā)完成報(bào)告作為技術(shù)儲(chǔ)備,。
制冰溶液在訓(xùn)練基地澆冰測(cè)試
冰刀處理技術(shù)：提升冰刀刀刃耐磨性
短道速滑和速度滑冰運(yùn)動(dòng)中，冰刀刀刃與冰面直接接觸,，其摩擦行為直接影響運(yùn)動(dòng)員的成績(jī),。為此，團(tuán)隊(duì)成員與短道速滑和速度滑冰運(yùn)動(dòng)隊(duì)進(jìn)行了多次溝通交流，針對(duì)冰刀的結(jié)構(gòu),、使用工況,、磨損行為提出了表面處理技術(shù)，使得冰刀刀刃耐磨性大幅提升,，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)方向降低摩擦系數(shù)的同時(shí)增加側(cè)向蹬冰力,，有助于運(yùn)動(dòng)員維持速度，提高比賽成績(jī),。經(jīng)過(guò)處理的冰刀已經(jīng)交付國(guó)家隊(duì),。
國(guó)家隊(duì)訓(xùn)練基地冰刀應(yīng)用測(cè)試
探明鋼架雪車運(yùn)動(dòng)規(guī)律：為裝備性能優(yōu)化奠定基礎(chǔ)
鋼架雪車項(xiàng)目速度極高，危險(xiǎn)性大,，要求在滿足滑行速度的同時(shí)保證穩(wěn)定性,。團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)國(guó)家隊(duì)現(xiàn)役多款鋼架雪車管刃形貌綜合掃描和分析，掌握了不同型號(hào)刀刃的使用規(guī)律,，此外還提出了管刃減摩,、防側(cè)滑的表面微結(jié)構(gòu)制備方案，為鋼架雪車國(guó)家隊(duì)訓(xùn)練提供了有力的支持,，并為后續(xù)鋼架雪車裝備的性能優(yōu)化奠定了基礎(chǔ),。
團(tuán)隊(duì)與鋼架雪車國(guó)家隊(duì)領(lǐng)隊(duì)與教練對(duì)接討論
鋼架雪車的鞍是固定運(yùn)動(dòng)員身體的唯一支撐部件，與運(yùn)動(dòng)員的合體性顯著影響了運(yùn)動(dòng)員的操控穩(wěn)定性,。目前我國(guó)的鋼架雪車鞍為3mm鋼板手工焊接彎制,，存在剛性不足和疲勞后開(kāi)焊的問(wèn)題。團(tuán)隊(duì)針對(duì)國(guó)家隊(duì)運(yùn)動(dòng)員定制鞍的需求開(kāi)展了風(fēng)洞測(cè)試,，根據(jù)流場(chǎng)特征提出了鞍面的氣動(dòng)減阻開(kāi)孔設(shè)計(jì),，通過(guò)仿形設(shè)計(jì)和金屬3D打印，為運(yùn)動(dòng)員制備了一體式新鞍,，具有重量輕,、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，已交付國(guó)家隊(duì)形成應(yīng)用示范,。
鋼架雪車金屬3D打印定制鞍
通過(guò)全方位的科技助力,，初步探明了鋼架雪車運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，為我國(guó)鋼架雪車未來(lái)的裝備選擇和性能優(yōu)化奠定了科學(xué)基礎(chǔ),。
自行設(shè)計(jì)制造越野雪板：實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效減阻
越野滑雪項(xiàng)目在冬奧會(huì)中占比較大,，比賽距離普遍較長(zhǎng)，出發(fā)時(shí)雪板打的減阻蠟會(huì)快速磨損,，使得雪板阻力上升,。汪家道團(tuán)隊(duì)從雪蠟與雪面的摩擦磨損機(jī)制出發(fā)，提出了將蠟以熱力學(xué)非平衡態(tài)的過(guò)程燒結(jié)在UPE膜中,，同時(shí)添加石墨烯實(shí)現(xiàn)固體潤(rùn)滑,，配合微觀存在的體相減阻蠟提高潤(rùn)滑減阻距離。該團(tuán)隊(duì)從燒結(jié)設(shè)備、模具,、開(kāi)槽設(shè)備等基礎(chǔ)裝備開(kāi)始自行設(shè)計(jì)制造,，克服了燒結(jié)工藝,、粘接工藝,、后處理工藝等一系列技術(shù)封鎖和工藝障礙，最終實(shí)現(xiàn)了與進(jìn)口原裝板同樣打蠟且雪蠟?zāi)p后摩擦系數(shù)優(yōu)于進(jìn)口原裝板的性能,，并于2022年1月28日交付了65副長(zhǎng)效減阻雪板,。
雪板燒結(jié)工藝及成品
通過(guò)一年多的努力，團(tuán)隊(duì)克服困難,，結(jié)合實(shí)驗(yàn)探究了冰雪摩擦減阻機(jī)理及應(yīng)用技術(shù),，開(kāi)發(fā)了冬奧會(huì)運(yùn)動(dòng)條件下的冰雪摩擦測(cè)評(píng)方法，研究了冰雪項(xiàng)目摩擦調(diào)控技術(shù)與裝備,，支撐和助力現(xiàn)有及未來(lái)冰上運(yùn)動(dòng)的發(fā)展,。團(tuán)隊(duì)成員也得到了全方位鍛煉，踐行了潛心科研,、矢志報(bào)國(guó)的精神,。未來(lái)，團(tuán)隊(duì)成員將始終保持科研熱情和奮斗精神,，為服務(wù)國(guó)家發(fā)展作出更大貢獻(xiàn),。
（清華新聞網(wǎng)2月24日電）
供稿：機(jī)械系
編輯：李華山
審核：呂婷
