7月31日下午,，中國(guó)帆船帆板奧運(yùn)健兒盧云秀勇奪女子帆板RS：X級(jí)奧運(yùn)金牌,，這是時(shí)隔13年后，中國(guó)代表團(tuán)再次拿到的帆船帆板項(xiàng)目奧運(yùn)會(huì)金牌,。當(dāng)天下午,，畢焜勇奪男子帆板RS：X級(jí)奧運(yùn)銅牌，為中國(guó)男子帆板實(shí)現(xiàn)奧運(yùn)獎(jiǎng)牌零的突破,。
消息傳來(lái),，中國(guó)航空工業(yè)空氣動(dòng)力研究院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)航空工業(yè)氣動(dòng)院)一片歡呼,。
“我們通過(guò)投入自主創(chuàng)新項(xiàng)目，為奧運(yùn)提供了全面的航空氣動(dòng)力科技支持,?！?月3日，在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí),，航空工業(yè)氣動(dòng)院體育科技事業(yè)部部長(zhǎng)王崇利說(shuō),。
航空科技如何助力中國(guó)女子帆板奧運(yùn)奪金？
帆船帆板運(yùn)動(dòng)是最為復(fù)雜的體育競(jìng)技運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目之一,，涉及空氣動(dòng)力學(xué),、水動(dòng)力學(xué)、船舶原理,、氣象學(xué),、水文學(xué)、海洋學(xué),、體育學(xué)等諸多學(xué)科,，其中尤以“影響帆船帆板推進(jìn)力的風(fēng)帆空氣動(dòng)力學(xué)和船體阻力的水動(dòng)力學(xué)”最為關(guān)鍵。
帆船帆板運(yùn)動(dòng)的原理是什么,？
現(xiàn)代帆船運(yùn)動(dòng)始于荷蘭,，是依靠自然風(fēng)力作用于船帆上，由人駕駛船只前進(jìn)的一項(xiàng)集競(jìng)技,、娛樂(lè),、觀賞、探險(xiǎn)于一體的體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目,。
“帆船帆板單次比賽中分為順風(fēng)和逆風(fēng)航段,。”王崇利說(shuō),，順風(fēng)和逆風(fēng)航行下,，需要不同的操作策略，以使得風(fēng)與船帆形成合適的氣動(dòng)迎角產(chǎn)生氣動(dòng)推力,，氣動(dòng)推力和水流的阻力相互作用,，實(shí)現(xiàn)帆船的加減速和轉(zhuǎn)向。
什么是“影響帆船帆板推進(jìn)力的風(fēng)帆空氣動(dòng)力學(xué)和船體阻力的水動(dòng)力學(xué)”,？
“帆船帆板在順風(fēng)階段,，基本就是被風(fēng)推著跑的，也就是空氣對(duì)帆的氣動(dòng)壓力推動(dòng)帆船前進(jìn),?！蓖醭缋f(shuō)，而帆船逆風(fēng)行駛的動(dòng)力來(lái)源,，則是空氣動(dòng)力學(xué)所謂的“伯努利效應(yīng)”,。所謂“伯努利效應(yīng)”,，即通過(guò)與風(fēng)向形成一定的相對(duì)角度，在帆的外側(cè),，空氣流速相對(duì)高,，壓力低；在帆的內(nèi)側(cè),，空氣流速相對(duì)低,，壓力高。
“二者產(chǎn)生壓差,，推動(dòng)帆船向前運(yùn)動(dòng),。”王崇利說(shuō),，在產(chǎn)生推進(jìn)力的同時(shí),，還將產(chǎn)生使船體傾覆的力矩和側(cè)向力，因此需要人的身體懸出船體外,，達(dá)到平衡,。
船體所受到的阻力包括兩個(gè)部分。一是水體流過(guò)船體時(shí),，與船體表面摩擦帶來(lái)的阻力,；二是在水繞流過(guò)船體時(shí)，在后部產(chǎn)生低壓區(qū),，進(jìn)而產(chǎn)生的壓差阻力組成,。
2020年,，在國(guó)家體育總局的期望下,，航空工業(yè)調(diào)動(dòng)起優(yōu)勢(shì)研發(fā)力量，開(kāi)始參與航空技術(shù)助力奧運(yùn)項(xiàng)目工作,。
為提高帆船帆板的運(yùn)動(dòng)速度,，王崇利團(tuán)隊(duì)圍繞帆船帆板運(yùn)動(dòng)開(kāi)展了系統(tǒng)的CFD計(jì)算、風(fēng)洞試驗(yàn)研究以及帆船帆板模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的研制工作,。
航空科技手段是如何提升帆船帆板的運(yùn)動(dòng)速度的,？
王崇利告訴記者，如果想提升帆船帆板的運(yùn)動(dòng)速度,，需要把握好行駛的航向,，并隨風(fēng)力和風(fēng)向?qū)崟r(shí)調(diào)整，使風(fēng)帆和風(fēng)向處于有利的相對(duì)夾角下,，增加推進(jìn)力,；另外，還要實(shí)時(shí)調(diào)整身體姿態(tài)和位置,，控制好船體的俯仰和側(cè)傾等角度,，在增加推進(jìn)力的同時(shí),，盡量降低相對(duì)水流對(duì)船體的阻力。
“例如在中大風(fēng)逆風(fēng)行船時(shí),，需要將船身左右盡量壓平以減小船體阻力,，當(dāng)風(fēng)向改變5度左右時(shí)，通過(guò)我們計(jì)算分析,，船帆跟進(jìn)調(diào)整3度左右,，可獲取相對(duì)較高的推進(jìn)力?！蓖醭缋f(shuō),。
王崇利團(tuán)隊(duì)充分利用航空科技手段，科學(xué)準(zhǔn)確地獲取帆船帆板運(yùn)動(dòng)風(fēng)帆氣動(dòng)力,、船體水阻力以及帆船航行姿態(tài),、船速等關(guān)鍵信息。
通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)和空氣動(dòng)力計(jì)算仿真的手段,，基于體育風(fēng)洞搭建了吹風(fēng)試驗(yàn)系統(tǒng),，對(duì)風(fēng)帆的氣動(dòng)力進(jìn)行了一系列吹風(fēng)研究，獲取了風(fēng)帆的基本氣動(dòng)力數(shù)據(jù)庫(kù),；通過(guò)水動(dòng)力計(jì)算手段,，對(duì)國(guó)家隊(duì)帆船帆板等器材開(kāi)展三維掃描建模，并進(jìn)行水動(dòng)力對(duì)比計(jì)算研究工作,，對(duì)不同器材的水動(dòng)力性能進(jìn)行了對(duì)比,；通過(guò)研發(fā)基于GPS和陀螺儀原理的無(wú)線傳感器實(shí)現(xiàn)了帆船海上訓(xùn)練數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，為教練員對(duì)訓(xùn)練效果評(píng)估提供了量化的數(shù)據(jù),。
“中國(guó)奧運(yùn)成績(jī)的突破,，也激勵(lì)著我們航空人繼續(xù)開(kāi)拓進(jìn)取?！蓖醭缋硎?，今后將為體育事業(yè)與科技的融合發(fā)展作出更多貢獻(xiàn)，助力更多中國(guó)運(yùn)動(dòng)健兒取得更好成績(jī),。
