2月20日,，第二十四屆北京冬季奧林匹克運(yùn)動會勝利閉幕,，我國健兒取得了歷史最佳戰(zhàn)績。2019年以來,，在清華大學(xué)機(jī)械系摩擦學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室汪家道,、翁鼎、馬麗然,、馬原等教師的帶領(lǐng)下,，研發(fā)團(tuán)隊承擔(dān)了“冬季項目運(yùn)動減阻關(guān)鍵技術(shù)及平臺研究”，參與了“冬季運(yùn)動與訓(xùn)練比賽高性能服裝研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”等兩項科技部“科技冬奧”重點(diǎn)專項,，以清華智慧助力我國冬奧健兒取得佳績,。
團(tuán)隊充分利用實(shí)驗室在流固界面減阻方面的研究優(yōu)勢，將流固界面氣動減阻理論成果,、風(fēng)洞實(shí)驗技術(shù)手段,、表面微結(jié)構(gòu)設(shè)計及制備技術(shù)緊密結(jié)合，完成了運(yùn)動員姿態(tài)減阻優(yōu)化,、風(fēng)洞輔助訓(xùn)練,，以及比賽服、頭盔等關(guān)鍵比賽裝備的空氣動力學(xué)減阻優(yōu)化任務(wù)。團(tuán)隊堅持理論結(jié)合實(shí)際,，將“產(chǎn),、學(xué)、研,、用”充分結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了自主知識產(chǎn)權(quán)裝備的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用,，研究成果對冬奧會上我國運(yùn)動員在滑冰項目上爭金得銀,、鋼架雪車首次實(shí)現(xiàn)獎牌突破、首次亮相北歐兩項賽事等成績的取得起到了助力作用,，成為了“科技冬奧”的典型示范,。
姿態(tài)減阻：優(yōu)化運(yùn)動員姿態(tài)和技戰(zhàn)術(shù)編排
在冬奧典型競速運(yùn)動中,，空氣阻力是主要阻力因素,，其中壓差阻力為主要阻力項。通過運(yùn)動員姿態(tài)的優(yōu)化,，能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的壓差阻力降低,；通過編隊的技戰(zhàn)術(shù)優(yōu)化,，能夠減少耗能，提高比賽成績,。
針對大道速滑,、短道速滑、鋼架雪車,、北歐兩項等冬季運(yùn)動項目,，團(tuán)隊通過3D掃描采集運(yùn)動員身體數(shù)字模型，開展流體力學(xué)仿真分析阻力來源和占比,，厘清了姿態(tài)減阻關(guān)鍵部位,，并通過數(shù)字模型變形探明了運(yùn)動員姿態(tài)對阻力的影響規(guī)律，結(jié)合風(fēng)洞實(shí)驗中通過姿態(tài)捕捉設(shè)備和六分力天平同步記錄的運(yùn)動員姿態(tài)角與阻力數(shù)據(jù),，確定了每位受試運(yùn)動員的減阻優(yōu)化姿態(tài),，并針對多人項目為運(yùn)動隊提供了合理的編隊和跟隨參數(shù)，作為技戰(zhàn)術(shù)編排參考,，相關(guān)研究也為運(yùn)動員服裝,、頭盔等裝備的減阻設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。
短道速滑編隊阻力優(yōu)化
北歐兩項,、鋼架雪車等項目風(fēng)洞訓(xùn)練和測試
在跳臺滑雪和北歐兩項中等高危項目中,，汪家道團(tuán)隊聯(lián)合沈陽空氣動力研究所通過運(yùn)動員數(shù)字模型，構(gòu)建了空中飛行仿真計算方法,，獲得了助滑減阻姿態(tài)和能夠獲得較大升阻比的空中姿態(tài)角,，并通過淶源風(fēng)洞的吊飛訓(xùn)練培養(yǎng)了運(yùn)動員的肌肉記憶。借助風(fēng)洞開展的擬真訓(xùn)練方法解決了隊員訓(xùn)練時長和安全性問題,，幫助我國北歐兩項隊員快速提高了成績,，助力趙嘉文代表中國首次亮相冬奧會北歐兩項賽事,，成為了我國科技助力冬奧的典型示范，體現(xiàn)了高科技對于體育訓(xùn)練的重要支撐作用,。
減阻服裝：實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)
競速服裝是冬季項目中不可或缺的裝備,。以往我國冬季競速類服裝完全依賴進(jìn)口，極大地制約了我國冬季運(yùn)動的健康發(fā)展,，更無法針對運(yùn)動員特點(diǎn)進(jìn)行定制,，使得我國運(yùn)動員在起跑線前就“受了委屈”。
翁鼎等青年教師承擔(dān)了“冬季運(yùn)動與訓(xùn)練比賽高性能服裝研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”重點(diǎn)專項比賽服空氣動力學(xué)減阻的研究任務(wù),。與北京服裝學(xué)院劉莉團(tuán)隊合作,，結(jié)合流體力學(xué)仿真和空氣動力學(xué)減阻原理，提出了冬季競速項目比賽服的結(jié)構(gòu)減阻,、面料減阻等設(shè)計方案,，短道速滑、大道速滑,、高山滑雪,、鋼架雪車等項目的自主研發(fā)比賽服空氣阻力降低了5-10%不等，全面優(yōu)于能夠獲取的進(jìn)口服裝,，并在2022北京冬奧會上實(shí)現(xiàn)了實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用,。空氣動力學(xué)減阻技術(shù)在競技體育中的成功應(yīng)用是我國體育科技的新一座里程碑,。
自主研發(fā)的短道速滑減阻比賽服登上賽場助力奪金
減阻頭盔：最大減阻率達(dá)到8%
短道速滑頭盔作為必備裝備,，在確保運(yùn)動員人身安全的情況下，對運(yùn)動員風(fēng)阻起到了重要的影響,。在國家體育總局冬季運(yùn)動管理中心,、國家短道速滑隊的大力支持下，汪家道團(tuán)隊研制了針對我國運(yùn)動員典型速度的減阻優(yōu)化頭盔,。通過計算流體力學(xué)仿真,、柔性壓印技術(shù)，獲得了短道頭盔的氣動減阻優(yōu)化設(shè)計,，實(shí)現(xiàn)了減阻頭盔制備,，并使用3D打印人體模型完成了風(fēng)阻測評，相對平昌冬奧會國家隊使用的頭盔,，最終定型頭盔最大減阻率達(dá)到8%,。最終經(jīng)體育總局冬運(yùn)中心和國家短道速滑隊討論，確定使用減阻頭盔作為國家隊出征裝備,。
該團(tuán)隊全體動員,，24小時趕工，只用了5天時間就高質(zhì)量完成了30只頭盔的表面處理并派專人護(hù)送至蘇州噴繪，2022年1月21日交付國家短道速滑隊作為北京冬奧會出征裝備,，圓滿完成了科技保障工作,。北京冬奧會上，短道速滑隊全員裝備減阻頭盔,，拿下了2金1銀1銅的好成績,。
短道速滑頭盔風(fēng)阻測試
中國短道速滑隊全員裝備空氣動力學(xué)減阻頭盔
北京冬奧備戰(zhàn)和參賽展現(xiàn)的碩果使得氣動減阻技術(shù)在體育界乃至體育愛好者中受到了高度重視。隨著我國體育專用風(fēng)洞的建設(shè)和應(yīng)用經(jīng)驗日趨完善,、氣動減阻知識的廣泛普及,、國產(chǎn)氣動減阻體育裝備的迭代更新，相信未來氣動減阻技術(shù)將“飛入尋常百姓家”,，為全面提升我國居民生活體驗和身體素質(zhì)貢獻(xiàn)更多科技力量。
（清華新聞網(wǎng)2月22日電）
供稿：機(jī)械系
部分圖片來源：央視新聞
題圖設(shè)計：趙存存
編輯：李華山
審核：呂婷
