原标题:世界首创,滑行感觉、落地应力与真雪相似度达到90%以上 “旱雪魔毯”沈阳“造”
东北大学力学系攻关小组在进行室外“重锤实验” 张文魁 摄
滑行感觉、落地应力与真雪相似度达到90%以上!为了能让自由式滑雪空中技巧运动员在非雪季实现高仿真雪训练,由东北大学力学系攻关小组研发的旱雪着陆坡,已于去年夏季投入使用。这套被冬奥健儿喻为“旱雪魔毯”的装置,能高度仿真最为关键的落地环节,不仅解决了此前非雪季无法进行着陆训练的难题,还大大提高了训练效率和质量。
近千次实验掌握“雪的力量”
当记者1月17日来到东北大学力学系实验室时,系主任、博士生导师李东教授正在对旱雪着陆坡系统进行新的优化实验。据李东介绍,该小组负责的《多模式、高速冲击过程旱雪着陆缓冲区域力学性能与结构优化研究》课题是科技部重点研发计划“科技冬奥”重点专项《雪上优势、潜优势项目夏冬转训融合关键技术》中的一部分,目的是研制出一种新型高仿雪复合结构着陆缓冲区域,使运动员在落地过程中的感受与落在雪场坡面上的感觉十分接近。
李东说:“自由式滑雪空中技巧最关键的打分环节是看落地稳不稳,而在非雪季利用水池作为着陆区的训练,是无法让运动员体验到真实着陆的感觉。我们研发的旱雪着陆坡,就是为了让与运动员在非雪季能进行高仿真的旱雪落地训练。”
李东直言,想要高仿真旱雪落地,让运动员有落到雪地上的真实感,关键是这套着陆系统反馈给运动员的摩擦力、冲击力、反弹力等各种力量与真雪高度相似。说白了,就是落地时“雪的力量”仿真。
2020年1月,攻关小组就开始进行相关实验,李东介绍说:“因为人造雪的颗粒比较大,所以训练、比赛场地的人造雪和普通雪的压缩感觉不一样。为了拿到精准数据,我们从沈阳体育学院白清寨滑雪场的自由式滑雪空中技巧场地拉回了几卡车人造雪,然后在大学的实验室里做人造雪压缩实验。”
实验室试验后,就是室外的“重锤实验”,掌握物体从高空落在雪上的受力情况。在掌握各种基础数据后,开始进行1比1仿真假人的冲击试验。李东说:“假人穿上装有传感器的雪板,由高压气仓从30米远的地方向37度斜面的雪坡上弹射,收集各种数据。为了掌握‘雪的力量’,团队进行了近千次试验。”
多单位协作建成世界首座旱雪着陆坡
在研制这套世界首创高科技旱雪着陆坡系统过程中,东北大学与全国10余家单位和企业通力协作。据李东介绍,研发过程中,中国航空工业空气动力研究院提供了弹射假人装置,北京航空航天大学提供了计算机仿真测试系统。
掌握了模拟运动员落地冲击雪时的各种数据后,如何设计、找到搭建与真雪着陆区域高度相似的坡面是重中之重。攻关团队与中国科学院长春应用化学研究所、奔流公司等单位、企业合作,最终研制出了由三层装置组成的旱雪着陆坡。
李东告诉记者:“着陆坡的第一层滑雪毯和第三层气垫由应化所负责,第二层辊轴平面由奔流公司进行生产。经过多种测试,我们最终在多家企业中确定一家生产与真雪高度相似的滑毯。滑毯下面的辊轴平面有点类似算盘,用钢丝绳串起一个个辊轴,能进一步增加雪上滑行的感觉。第三层的气垫是为了提高落地瞬间的仿真度。因为运动员从近10米的高处落到雪面上,会把雪面向下砸出一个坑,这时雪面的摩擦力很大,必须加上气垫,才能高度仿真落地瞬间的雪面情况。”
去年8月,经过各单位和企业的协作,全新研发的旱雪着陆坡在河北涞源国家跳台滑雪训练科研基地落成并投入使用。“前期的实验做得再准确,产品还是必须要经过实际应用来检验效果。队员训练后反映的最多问题是,滑雪毯表层受到日照、湿度等因素的影响后摩擦力系数增大。为了解决问题,我们和应化所联合攻关,紧急研制出一种喷剂,根据实际情况对滑雪毯进行喷淋润滑,减小摩擦系数,很快就解决了这个难题。”
经过不断改进之后,2021年夏天,自由式滑雪空中技巧和跳台滑雪两支国家队在装有旱雪着陆坡的跳台上进行了训练和热身赛,运动员们反馈效果很好。
“沈阳智造”又一次为冬奥健儿备战,贡献了科技力量。(沈阳日报、沈报全媒体高级记者 马骋)
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