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媒体聚焦|清华合肥院用科技助力北京冬奥

发布日期:2022-01-26 浏览次数:657

2022北京冬奥会的脚步日益临近,全球的目光将聚焦中国,奥林匹克的激情也将在中国再度点燃。

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视频来源:合肥晚报

许多冰雪运动项目都是在外界温度较低的条件下进行的,而低温环境下,人体会产生一系列的生理反应。特别是在高强度运动时,人们常会处于冷应激状态,机体散热量大,代谢率增加。

2020年起,清华合肥院承担起国家科技冬奥专项科研任务,针对冬奥运动项目,建立了冬奥运动装备综合性能研究与测试平台,以准确了解低温环境下运动员热生理反应、冷应激状态、运动装备的保暖性能与工效性能,为冬季项目训练与比赛服装的材料选型、功能设计、样衣制作、工效分析等提供平台支撑,有效保障运动员的竞技水平。

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视频来源:安徽日报

清华合肥院低温雨雪冰冻耦合实验舱(以下简称实验舱)可以实现温度、覆冰、降雪、淋雨、风速等一整套低温环境的模拟。实验舱最低温度可达-40℃。利用风机设备,最高风速可达15/秒。通过实验舱顶密布的喷头,还可模拟降雨降雪,最大强度皆可达40毫米/小时。这一系列指标实际都非常极限,比如15/秒的风速就已经达到7级大风的标准,平时在这一风速下,人们的正常步行会变得困难,大树摇动,气球吹起或破裂。通过计算机的精确控制,实验舱可以复现各种不同的低温气候环境,同时,对系统运行状态数据进行实时显示、记录和保存。

模拟环境中,还需有仿真人”——暖体假人,是模拟人体与环境之间热湿交换的通用设备。该暖体假人主要由碳纤维复合材料制成,身上共有胸部、手部、肩膀等20个独立分区。它可以模拟人体的体热系统、汗腺系统、口鼻呼吸系统,通过系统控制,能产生体温、出汗、呼吸等人体生理特征,更真实地、更全面地反映人体、服装和环境的热湿交换过程。

实验中,会首先将实验舱调整至相应环境,之后,将身着运动服装的假人置于舱内。

实验开始后,会根据不同运动对应的人体生理变化,调整假人的特征。之后,由暖体假人体内传感器测得的体表温度、出汗速率、呼吸速率,和外置的环境传感器测得的环境温度、湿度、风速等数据将被传输至计算机控制终端内,由相关的测试评价方法,可得出服装的热阻、湿阻等热反应指标。

对于不同项目运动服的热阻、湿阻等性能是有量化指标的,实验的目的就是为了验证服装是否达到这些最优设计目标。

除了整体性能,还会测试胸部、手部、肩膀等不同分区的指标。例如实验若发现肩部区域的保暖量不达标,我们就会将相应部位和数据等反馈给相关服装开发机构,他们就会从结构、选材等方面进行调整,之后再进行实验。通过这样的联合攻关,最终找到最优解

不过,与我们日常的羽绒服等服装制作中主要考虑保暖量不同,运动员的服装在达到一定保暖效果的同时,更要考虑透气、透湿的热舒适性效果等一系列性能指标,这样才能不影响运动员的竞技状态。所以实验过程也是一个不断“找寻平衡”的过程。

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视频来源:合肥日报

除了假人测试,实验还有真人测试环节。穿上运动服,佩戴热生理参数监测设备后,真人会在复合环境内进行与相关竞技项目等效强度的运动,通过假人与真人实验参数结合,进行综合评判。

通过这项国家科技冬奥专项科研任务,目前,清华合肥院已开发出适用于我国高竞技水平冬季项目专项运动员的人体热反应模型,建立了冬季运动服装工效性能评价方法,为短道速滑、高山滑雪、越野滑雪、自由式滑雪等冰上、雪上项目运动员运动服的开发提供了专业技术支撑。

与此同时,基于技术积累,清华合肥院还建立了相关检验检测中心,为更多领域的专业服装研制进行服务。目前,我们已经为珠峰登山服、南极北极科考服进行了测试,并为它们的研制工作提供了专业服务。


视频来源:合肥新闻频道