李波(右)和團隊成員交流鋼架雪車風洞測試中的技術問題。 北京交通大學供圖
“總算找到你們了。”2018年,當國家體育總局冬季運動管理中心工作人員找到北京交通大學土木建筑工程學院風洞實驗室負責人李波教授時,心情非常激動。
他們在國內找了一圈能開展冬季項目風洞應用技術研究的團隊,最后發現最合適的團隊就在“家門口”——冬季運動管理中心位于白石橋,和北京交通大學僅隔著一個北京動物園。
只是就連他們也沒想到,“眾里尋他千百度”,尋來的正是一名在冬奧會科技賦能的“寶藏”人物。北京冬奧會開幕式上冉冉升起的“大雪花”,國家雪車雪橇中心、國家高山滑雪中心建設中的抗風、防風,15個冬季項目我國392名運動員的訓練,都和他的研究有關。近日,李波受邀參加北京冬奧會冬殘奧會總結表彰大會。
相當于重讀了一個博士
把時間的指針調回北京夏季奧運會開幕前夕。2007年,剛剛博士畢業的李波做了一個驚人的決定——從建筑抗震轉向建筑抗風,其難度“相當于博士畢業后,重讀一個博士”。愛人曾勸說他慎重考慮,但他還是很堅定地換了方向。
有一段日子甚是難熬,“論文一篇都發不出來,只能在電腦前干著急”。如今回憶起來,他唯有用年輕時“無知者無畏”來解釋當時的選擇。
李波選擇的背后是我國經濟快速發展的現實。2000年前,我國超高層建筑、大跨屋蓋建筑寥寥無幾。借著北京奧運會、上海世博會的契機,高樓大廈拔地而起,建筑的抗風設計越來越受到業界重視。
敢于“跨界”抓住機遇的人,此時同樣寥寥無幾。借著國家網球場、443米的京基金融中心的抗風咨詢項目,李波把自己“煉”了出來。其實一開始,就連風洞是怎么回事他也不清楚,后來到長安大學做風洞試驗,一點點看書、學習、研究,才慢慢開啟了一條新路。
2008年到2018年,做建筑抗風已10年,李波又遇到瓶頸,“感覺做無可做了”。當國家體育總局找到他做風洞輔助訓練系統時,李波“眼前一亮”,但也犯嘀咕,“這么小眾的項目,能成嗎?”
李波來不及多嘀咕,就在沒有經費支持的情況下,登上了前往瑞典、英國的飛機。本是受國家體育總局邀請參觀風洞輔助訓練系統,卻撲了個空,“當我們趕到南安普敦大學的風洞實驗室時,設備已經完全拆除了,只剩下一個空蕩蕩的風洞”。原來校方與訓練隊簽署了保密協議,得知他們要來,前一天訓練完便迅速拆除了設備。
此行也不是一無所獲,起碼驗證了一件事——思路對了。英國自行車隊曾在北京、倫敦、里約奧運會創下傳奇賽績,雖然不便向李波透露細節,但他們都非常肯定風洞的效果。“沿著科技賦能的道路走,準沒錯。”這一次,李波下定決心把科研重心轉向體育抗風。
如今,李波團隊中也有從抗震轉向抗風的博士生,只是他比李波“幸運”一些。“碩士到博士由抗震轉抗風,不用再‘讀一個博士’。”團隊成員、北京交通大學博士生李鵬堅定了日后的科研方向。
“以身試險”把安全留給運動員
如何在無冰雪的季節最大程度還原高山滑雪中大風凜冽的場景?
依靠風洞技術可以實現。李波解釋其中原理,正常情況下是人在動,運動中形成風。根據相對運動原理,風洞中是反過來的,人不動,風吹到運動員身上。人們可以利用風洞中的風模擬運動員高速運動的場景。
下定決心后,李波帶領團隊從無到有研發了我國第一套冰雪項目風洞輔助訓練系統,并協助國家體育總局規劃建設了我國第一座體育專業風洞,最高風速可達42米/秒,比日本體育科學研究所風洞的35米/秒風速更上一層樓,達到世界領先水平。
“達到42米/秒,意味著做到了冬季項目全覆蓋,包括速度最快的雪車、高山滑降。”李波告訴《中國科學報》。
2020年10月25日,第一座體育專業風洞在二七國家冰雪運動訓練科研基地(以下簡稱二七基地)落成。此后,北京交通大學風洞實驗室團隊便在這里承擔起了國家隊的風洞測試任務。
“先行先試,絕不能讓運動員冒一點兒風險”,一直是李波給團隊定下的規矩。每套設備在正式使用前,他都會第一個上去試用。學生想替他做首輪測試,卻被他勸了下來。
團隊成員、北京交通大學博士生韓振回憶道,鋼架雪車最高速度可達130千米/秒,對應的風速是35米/秒,比臺風風速30米/秒還高。就是在這種情況下,李波硬是趴在裝置上吹了近2分鐘,從25米/秒加到30米/秒再到35米/秒,反復進行3次。而在實際測試中,運動員每次只需要測試15秒左右。
危險總是找上門來。有一次,李波戴著一頂毛線帽做模擬訓練,20米/秒的風速下基本只能用嘴呼吸,鼻子呼吸不了,風刮得他“腦瓜子疼”,疼了整整一周才緩過來。“20米/秒及以上的風速下,就一定要戴頭盔,而不是帽子,這是用頭疼換來的教訓。”他笑笑說。
安全留給了運動員。“保障運動員的訓練安全,是我們最大的成就。”李波說。就是這樣“以身試險”,運動員使用該設備至今,無一例安全事故發生。
嚴肅的外籍教練也認可他們
在二七基地,李波團隊成功將風阻減少10.6%。這是一個什么概念?“風阻減少10%,成績可提高1%。”李波解釋道,北京冬奧會男子、女子鋼架雪車前十名的成績相差1%左右。
看到了數據,就連鋼架雪車國家集訓隊一向嚴肅的外籍主教練施密德,也面帶笑容和李波團隊合影。
為了獎勵他們的付出,國家體育總局授予北京交通大學“中國冰雪科技聯合攻關單位”,授予李波“中國冰雪科學家”榮譽稱號。
鋼架雪車項目不負眾望,中國選手閆文港首次出戰冬奧會獲得鋼架雪車銅牌,實現歷史性突破;殷正獲得第五名。
在二七基地承擔國家隊風洞測試任務以來,李波做核酸檢測不下60次。尤其是鋼架雪車第三輪測試結束后,測試組穿著全套防護服轉場隔離;隔離結束后,為了保證學校學生的安全,李波又獨自租房隔離,直到確保安全才回到實驗室。
然而,這一切在李波看來都是值得的。就在花樣滑冰選手隋文靜、韓聰拿下冬奧會中國代表團最后一塊金牌時,李波激動地在微信朋友圈里發出了中國冰雪項目突破榜,9張大紅金牌“喜報”中,前來二七基地做風洞測試的金牌運動員的喜報就占了4張。