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冬奥“战衣”、智能加热服 冰雪项目装备里的高校智慧

发布日期:2022-01-14 19:30   来源:未知   阅读:

  澳门开奖最快结果。北京服装学院教授、国家冬季运动服装装备研发中心主任刘莉和她的团队设计的冬奥运动员服装。 新京报记者 王嘉宁 摄

  冬奥比赛服如何“快、护、暖、美”?一套冬奥“战衣”背后蕴含着哪些高科技?在极寒条件下,如何让观众温暖观赛?在助力运动员更快更强的同时,随着未来冰雪运动普及推广,高校为冰雪项目研发的各种高科技装备也将有更多的应用空间。

  “在冬季竞速类项目中,0.01秒就可能决定一块奖牌的归属,这0.01秒可能就来自于服装和装备。”作为冬奥“战衣”科研团队的负责人,北京服装学院教授、国家冬季运动服装装备研发中心主任刘莉期待能通过研发助力冬奥健儿更进一步。

  这些即将在赛场上亮相的冬奥“战衣”进展情况如何?冬奥比赛服如何解决“快、护、暖、美”四个关键技术问题?1月7日,在北京服装学院芍药居校区,刘莉向记者揭秘冬奥“战衣”设计、研发的幕后故事。

  2019年,刘莉带领科研团队获批科技部国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项——“冬季运动与训练比赛高性能服装研发关键技术”项目。刘莉介绍,项目研发的成果服务于冬奥会的国家运动员,主要适用于8项冬季运动,包括短道速滑、速度滑冰、花样滑冰、自由式滑雪空中技巧、钢架雪车、北欧两项中的跳台滑雪、高山滑雪等项目。

  “快”主要针对的是短道速滑、高山滑雪等竞速类项目比赛服的综合降阻问题。刘莉表示,为达到综合减阻效果,团队在初期需要通过CFD数值模拟(计算流体动力学模拟),获得运动员表面速度分布、压力分布、不同姿态切面流场分布等规律,初步探索减阻结构的设计。

  之后,需要进行比赛服面料的制造。刘莉介绍,表面光滑的面料并不是降阻面料,反而是有微结构设计的面料更有利于减阻。刘莉带领团队制作了众多方案,来试验不同的结构设计、面料设计等。以速度滑冰比赛服为例,团队仅帽子部分就设计了21种款式,腿部设计了10种款式。

  除了解决比赛服“快”这一难题,“护”“暖”“美”也是刘莉团队需要攻克的关键任务。

  其中,“护”涉及训练比赛过程中装备的保护性能。刘莉团队根据不同运动项目的特点,分别制作了相应的防护措施。其中,高山滑雪训练防护服采用新型柱状阵列式抗冲击结构和新型吸能缓震材料,有效保护高山滑雪运动员穿越旗门时的抽打伤害。据北京服装学院教师张鸣雯介绍,上述柱状阵列式抗冲击结构在起到关节防护效果的同时,也能保证运动灵活度。

  此外,团队也进行刺割类防护面料的研发工作。在研发中心内,张鸣雯向记者展示了团队研发的防切割等级为2级的面料,其防护效果简单来讲就是“冰刀划不破”。团队目前已研发并生产了超韧耐切运动面料,能有效保障运动员训练比赛时的安全。

  冬季运动比赛服如何保暖?刘莉团队为雪上项目设计了“堡垒”综合保暖系统。该系统应用智能主动加热技术,保障穿着人员在-30℃低温环境下可持续作业180分钟以上,并兼顾防风、防水、透气、耐磨、多功能高效保暖等特点。刘莉表示,该系统具备几个不同档位的温度调控,使用者可以根据具体情况进行调节。

  “美”的展现也是比赛服的功能之一。此次团队承担了国家花样滑冰队伍中部分比赛服的制作,目前制作了超过100套比赛服装、超过1000套设计款。刘莉透露,花样滑冰比赛服的设计与比赛曲风相关,同时结合中国文化元素,着重增强中国传统工艺运用,比如刺绣、传统印染等。

  花样滑冰比赛服除了“美”,还须牢固。“现在我们针对可能存在的潜在危险下了很多功夫。首先,取消拉链、扣子等常规服装的辅件,使其只具装饰性,没有功能性;其次,大的饰品会反复加固,因为比赛过程中掉落会扣一分,这对于运动员至关重要。”刘莉说。

  刘莉透露,本赛季部分比赛服已在去年10月提供给运动员,但后期他们又根据运动员在赛场上、训练中的表现和反馈,制作了比赛服的提升版。

  在极寒条件下工作人员、观众如何避免冻伤、得到“温暖保障”?为解决这一问题,清华大学建筑学院副教授曹彬团队参与了国家“十三五”重点研发计划“科技冬奥”重点专项“人工剖面赛道类场馆新型建造、维护与运营技术”项目,研发出了极寒环境下的“温暖装备”——智能加热服和加热坐垫,可以在短时间内迅速发热、锁热,确保观众温暖观赛。

  “雪上运动场馆是露天、开放式的,且露天赛场环境比较极端,对于极端环境下人的生理数据,前期可借鉴的研究成果很少。”曹彬告诉记者,团队首先要研究清楚在零下十几摄氏度的低温环境下待上一两个小时,人究竟会有多冷。

  为此,曹彬团队在冬天到赛场记录环境参数,然后在低温环境舱中模拟环境,并进行受试者实验,通过温度传感器,监测人身体上多个部位暴露在低温环境下不同时长后的皮肤温度,以此来评估“人会有多冷”。

  除真人受试者实验,曹彬团队还利用“暖体假人”设备来收集数据。“假人”身体每个部位可以模拟真人产热和散热的情况,同时可以通过后台程序软件,监测不同暴露时长、不同厚度衣物下,假人表面温度变化。

  极端低温环境下应该给人的哪些部位补充热量才最为有效和舒适?曹彬团队开发出了“人体全身多点位加热实验系统”,由一套“加热服”和后台程序构成。“加热服”看起来是一套薄薄的贴身衣服,各个部位设置有加热片,同时可以在平板电脑上进行操控和交互。

  受试者穿上“加热服”后,程序界面可以看到并选择不同部位、设置不同的加热温度。“比如,想给腹部加热到35℃,或是给腿部加热到37℃,都可以在程序界面进行设置,继而加热服会按照程序的设定进行加热。”曹彬表示。

  研究的最后一步是依据理论数据把加热设备做成实物。经过反复推敲,团队最终研发出了两种装备形态——便携式的加热坐垫以及可穿戴在身上的智能加热马甲。这两种装备都采用了柔性石墨烯发热材料。

  在保温性能上,曹彬团队采用了轻薄的保温叠加态材料,置于坐垫底层和马甲外层,来阻断热量向下、向外散发,保证热量集中、高效地传递给人。“坐垫上表面温度能够达到40℃以上,同时由于具备隔热性能,如果去摸它的下表面,会发现是很凉的。”曹彬介绍,智能加热马甲配有手机端小程序,使用者可通过示意图选择加热部位、调整温度。

  曹彬说,冰雪运动将普及发展,户外极端低温环境等条件下的工作场景也非常多,希望这些研究成果赛后能继续推广应用。

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