基于風(fēng)洞試驗(yàn)的競(jìng)走項(xiàng)目編隊(duì)氣動(dòng)減阻效應(yīng)

胡 齊，李 波，柯 鵬，沈 夢(mèng)，洪 平

（1. 國家體育總局 冬季運(yùn)動(dòng)管理中心，北京 100044；2. 北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，北京 100044；3. 北京航空航天大學(xué) 交通科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100191）

在有其他運(yùn)動(dòng)員參與同場(chǎng)競(jìng)速或計(jì)時(shí)的大多數(shù)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，運(yùn)動(dòng)員移動(dòng)時(shí)需全力對(duì)抗周圍的流體（如水或空氣）產(chǎn)生的阻力，該阻力往往具有至關(guān)重要的作用。因此，在競(jìng)速或計(jì)時(shí)運(yùn)動(dòng)和賽車運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，利用其他運(yùn)動(dòng)員或車輛的存在減輕流體阻力，已成為一種常見的競(jìng)技策略。如編隊(duì)利用前面的運(yùn)動(dòng)員或車輛的尾流，在尾流中不僅流體速度大大降低，而且有一個(gè)產(chǎn)生抽吸力效應(yīng)的負(fù)壓系數(shù)，這均有利于后面的運(yùn)動(dòng)員或車輛獲取優(yōu)異成績[1-2]。

編隊(duì)策略廣泛應(yīng)用于自行車[3-9]、公開水域游泳[10]、短道速滑[11-12]、速度滑冰[13-14]、越野滑雪[15-16]和鐵人三項(xiàng)[17-19]等運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。同樣，跑步編隊(duì)是大多數(shù)田徑項(xiàng)目（如馬拉松）中所采用的一種關(guān)鍵策略，在此類運(yùn)動(dòng)過程中，一名運(yùn)動(dòng)員在一名或多名領(lǐng)跑運(yùn)動(dòng)員后面的適當(dāng)位置跟跑，既可減少因維持監(jiān)控配速導(dǎo)致的精神壓力[20]，又可節(jié)約能量消耗，而在編隊(duì)策略上只要保持適當(dāng)位置，就可以大大降低氣動(dòng)阻力[18，21-25]。Kyle[21]研究發(fā)現(xiàn)，中長跑運(yùn)動(dòng)員在隊(duì)伍后面時(shí)能量消耗下降約2%～4%，這也使得他們的跑步速度能夠提升約0.1 m/s。Zouhal等[18]以10名精英運(yùn)動(dòng)員（elite athlete）作為樣本評(píng)估了編隊(duì)對(duì)3 000 m跑表現(xiàn)的影響，發(fā)現(xiàn)位于2名領(lǐng)跑者后面的運(yùn)動(dòng)員比領(lǐng)先的運(yùn)動(dòng)員快1.59%，相當(dāng)于獲得的平均時(shí)間增益為8.85 s。Beaumont等[23]研究了一名國際級(jí)水準(zhǔn)中長跑運(yùn)動(dòng)員（international level middle-distance runner）在次最大跑步運(yùn)動(dòng)（速度比項(xiàng)目最快速度低一些的跑步運(yùn)動(dòng)）中空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)與生理反應(yīng)之間的關(guān)系，該運(yùn)動(dòng)員在室內(nèi)跑道上以5.83 m/s的速度單獨(dú)或以位于2名領(lǐng)跑者后面的編隊(duì)形式跑1 000 m，發(fā)現(xiàn)與單獨(dú)跑步相比，在2名領(lǐng)跑者的空氣動(dòng)力學(xué)護(hù)罩（aerodynamic shadow）下其正面風(fēng)阻面積降低33%，從而使得耗氧量下降6%、心率降低1%、能量消耗降低33%。目前，越來越多的研究想要努力減少運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力，特別是試圖打破2 h內(nèi)完成馬拉松長跑的難關(guān)。Polidori等[24]應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）計(jì)算了運(yùn)動(dòng)員貝克勒在參加柏林馬拉松賽和使用協(xié)作編隊(duì)策略比賽時(shí)的阻力和能量消耗功率節(jié)省情況，發(fā)現(xiàn)與單獨(dú)跑步相比，在距離領(lǐng)跑者1.3 m跑步的理想情況下，可減少高達(dá)57.3%的抗氣動(dòng)阻力功率。

截至2021年8月，尚未發(fā)現(xiàn)從空氣動(dòng)力學(xué)角度來研究競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員編隊(duì)氣動(dòng)減阻效應(yīng)的相關(guān)報(bào)道。本文通過國內(nèi)首個(gè)體育綜合訓(xùn)練風(fēng)洞試驗(yàn)室開展競(jìng)走項(xiàng)目編隊(duì)試驗(yàn)，選取由不同競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員人數(shù)組成的編隊(duì)來模擬在一定的競(jìng)走速度和逆風(fēng)環(huán)境下不同的競(jìng)走場(chǎng)景，通過風(fēng)洞測(cè)試獲取不同編隊(duì)位置中核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力，探討與核心運(yùn)動(dòng)員單獨(dú)競(jìng)走相比不同編隊(duì)位置對(duì)氣動(dòng)阻力的影響，并基于測(cè)試結(jié)果討論不同編隊(duì)策略對(duì)競(jìng)走成績的影響，以期為進(jìn)一步明確競(jìng)走項(xiàng)目編隊(duì)氣動(dòng)減阻效應(yīng)提供支撐，也為減小核心運(yùn)動(dòng)員氣動(dòng)阻力、優(yōu)化能量分配、改進(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作策略、提高運(yùn)動(dòng)成績提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

研究對(duì)象為國家隊(duì)競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員：男子50 km競(jìng)走項(xiàng)目4名、男子20 km競(jìng)走項(xiàng)目4名、女子競(jìng)走20 km項(xiàng)目4名，共計(jì)12名。測(cè)試時(shí)運(yùn)動(dòng)員須保持靜態(tài)競(jìng)走姿勢(shì)，如圖1所示。

圖1 測(cè)試時(shí)運(yùn)動(dòng)員靜態(tài)競(jìng)走姿勢(shì)Figure 1 Static race walking posture during tests

1.2 試驗(yàn)風(fēng)洞

競(jìng)走項(xiàng)目編隊(duì)風(fēng)洞試驗(yàn)在二七廠國家冰雪運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練科研基地綜合風(fēng)洞試驗(yàn)室開展。如圖2所示，該風(fēng)洞是一座開口回流式（帶駐室）低速風(fēng)洞，其試驗(yàn)段在駐室內(nèi)，試驗(yàn)段長8 m，橫截面為2.5 m×3.0 m的長方形，試驗(yàn)風(fēng)速在0～42 m/s范圍內(nèi)無級(jí)連續(xù)可調(diào)，氣流的湍流度低于0.75%，氣流偏角小于0.75°。該風(fēng)洞能夠模擬各種真實(shí)比賽現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)風(fēng)環(huán)境，擁有陸地訓(xùn)練難以實(shí)現(xiàn)的精準(zhǔn)風(fēng)速、精準(zhǔn)調(diào)節(jié)、精準(zhǔn)測(cè)量等特性，可用于大量競(jìng)速類項(xiàng)目輔助訓(xùn)練、運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作姿態(tài)與編隊(duì)位置減阻測(cè)試、運(yùn)動(dòng)器材與服裝減阻優(yōu)化測(cè)試、賽場(chǎng)賽道環(huán)境風(fēng)及其對(duì)運(yùn)動(dòng)員表現(xiàn)的影響研究等領(lǐng)域。

圖2 二七廠體育綜合風(fēng)洞試驗(yàn)室Figure 2 Sports comprehensive wind tunnel laboratory at Erqi factory

本次風(fēng)洞試驗(yàn)使用盒式六分量天平進(jìn)行測(cè)力，并通過HBM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)測(cè)力天平數(shù)據(jù)、流場(chǎng)參數(shù)等信號(hào)進(jìn)行采集與處理。盒式六分量天平具有較高的分辨率、良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、較好的固有頻率，為KWB6 L668系列六分量天平，其技術(shù)參數(shù)如表1所示。HBM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備2 000 Hz連續(xù)采樣能力，能實(shí)時(shí)采集時(shí)變（time-variant）的六分量天平數(shù)據(jù)[26]。

表 1 盒式六分量天平技術(shù)參數(shù)（精度 0.2%）Table 1 Technical parameters of the box-type six-component balance

1.3 試驗(yàn)方法

在體育綜合訓(xùn)練風(fēng)洞試驗(yàn)室中通過人工方式產(chǎn)生并控制氣流，模擬比賽運(yùn)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)員所處的流場(chǎng)環(huán)境，利用盒式六分量天平通過風(fēng)洞試驗(yàn)獲取不同編隊(duì)位置核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力。選取由不同國家隊(duì)競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員人數(shù)組成的編隊(duì)來模擬不同競(jìng)走場(chǎng)景，包括雙人編隊(duì)、3人編隊(duì)和4人編隊(duì)，分別如圖3、圖4和圖5所示。依據(jù)參加風(fēng)洞試驗(yàn)運(yùn)動(dòng)員所屬運(yùn)動(dòng)小項(xiàng)的差異，分成3組，即每種編隊(duì)類型均包括男子1組、男子2組、女子組。在雙人編隊(duì)測(cè)試中，如圖3（a）所示，考慮編隊(duì)站位的對(duì)稱性，故減少一側(cè)3個(gè)站位（站位8、站位9、站位10），每組雙人編隊(duì)測(cè)試包括7個(gè)站位；如圖4（a）所示，每組3人編隊(duì)測(cè)試包括5個(gè)站位；如圖5（a）所示，每組4人編隊(duì)測(cè)試包括3個(gè)站位。測(cè)試風(fēng)速選取競(jìng)走項(xiàng)目中的典型速度6 m/s，即無環(huán)境風(fēng)下競(jìng)走速度4 m/s與逆風(fēng)風(fēng)速2 m/s的疊加，且在每種編隊(duì)站位測(cè)試時(shí)，核心運(yùn)動(dòng)員以靜態(tài)競(jìng)走姿勢(shì)站立在盒式六分量天平轉(zhuǎn)接板上，采樣頻率為2 000 Hz，采樣時(shí)間為15 s，通過天平測(cè)力得到核心運(yùn)動(dòng)員所受到的風(fēng)載荷，進(jìn)而得到不同編隊(duì)位置中核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力。

圖3 雙人編隊(duì)競(jìng)走場(chǎng)景模擬Figure 3 Simulation of race walking scene of two-athlete drafting formations

圖4 3人編隊(duì)競(jìng)走場(chǎng)景模擬Figure 4 Simulation of race walking scene of three-athlete drafting formations

圖5 4人編隊(duì)競(jìng)走場(chǎng)景模擬Figure 5 Simulation of race walking scene of four-athlete drafting formations

2 結(jié) 果

核心運(yùn)動(dòng)員在單人狀態(tài)與不同編隊(duì)站位狀態(tài)下氣動(dòng)阻力的測(cè)試結(jié)果如圖6～圖8所示；核心運(yùn)動(dòng)員在不同編隊(duì)站位狀態(tài)下氣動(dòng)減阻率結(jié)果如圖9～圖11所示。

2.1 雙人編隊(duì)

如圖6所示，與單人競(jìng)走相比，在雙人編隊(duì)中，除輔助運(yùn)動(dòng)員與核心運(yùn)動(dòng)員并排的編隊(duì)站位外，不同站位核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力均有不同程度的減小。男子組核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力普遍高于女子組，但男子組核心運(yùn)動(dòng)員在編隊(duì)站位狀態(tài)下與單人狀態(tài)下氣動(dòng)阻力的比值百分比普遍低于女子組。如圖9所示，與單人競(jìng)走相比，核心運(yùn)動(dòng)員位于輔助運(yùn)動(dòng)員的正后方且距離最近時(shí)氣動(dòng)阻力減小效果最明顯，減阻率可達(dá)64.9%，但當(dāng)核心運(yùn)動(dòng)員與輔助運(yùn)動(dòng)員完全并排時(shí)，核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力有所增大，增阻率可達(dá)4.3%。當(dāng)輔助運(yùn)動(dòng)員位于核心運(yùn)動(dòng)員正前方時(shí)，輔助運(yùn)動(dòng)員距離核心運(yùn)動(dòng)員越近，核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力越小；但當(dāng)輔助運(yùn)動(dòng)員位于核心運(yùn)動(dòng)員側(cè)方時(shí)，輔助運(yùn)動(dòng)員的遮擋效果明顯低于正前方，當(dāng)輔助運(yùn)動(dòng)員與核心運(yùn)動(dòng)員完全并排時(shí)，核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力反而略有增大。此外，當(dāng)輔助運(yùn)動(dòng)員位于核心運(yùn)動(dòng)員正后方或側(cè)后方時(shí)，核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力仍有小幅減小。

圖6 雙人編隊(duì)不同站位下核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力Figure 6 Aerodynamic drag of the core athlete in different formations of two-athlete drafting

圖9 雙人編隊(duì)不同站位下核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)減阻率Figure 9 Aerodynamic drag reduction ratio of the core athlete in different formations of two-athlete drafting

2.2 3人編隊(duì)

如圖7所示，與單人競(jìng)走相比，在3人編隊(duì)中除男子1組站位2外，不同站位核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力均有不同程度的減小。男子組中核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力普遍高于女子組，且男子2組中核心運(yùn)動(dòng)員編隊(duì)站位狀態(tài)下與單人狀態(tài)下氣動(dòng)阻力的比值百分比普遍低于男子1組與女子組。如圖10所示，與單人競(jìng)走相比，核心運(yùn)動(dòng)員位于2名輔助運(yùn)動(dòng)員前后連線的中間時(shí)氣動(dòng)阻力減小效果最為明顯，減阻率可達(dá)79.9%，但當(dāng)核心運(yùn)動(dòng)員位于前面2名完全并排輔助運(yùn)動(dòng)員的中軸線后方時(shí)，核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力減小效果有所減弱；且當(dāng)前面2名輔助運(yùn)動(dòng)員并排間距增大時(shí)，輔助運(yùn)動(dòng)員的遮擋效果明顯降低，進(jìn)而核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力減小效果也隨之減弱，故在3人編隊(duì)的站位2中，核心運(yùn)動(dòng)員氣動(dòng)阻力的減阻率僅為14.8%。此外，與雙人編隊(duì)的站位3相比，3人編隊(duì)中站位1（在原有雙人編隊(duì)站位基礎(chǔ)上增加1名輔助運(yùn)動(dòng)員，且與原有輔助運(yùn)動(dòng)員并排）的核心運(yùn)動(dòng)員氣動(dòng)減阻率有所增加，從64.9%增加至73.7%，但3人編隊(duì)中站位5（在原有雙人編隊(duì)站位基礎(chǔ)上增加1名輔助運(yùn)動(dòng)員，且位于原有輔助運(yùn)動(dòng)員正前方）的核心運(yùn)動(dòng)員氣動(dòng)減阻率有所減小，從64.9%減小至57.8%。

圖7 3人編隊(duì)不同站位下核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力Figure 7 Aerodynamic drag of the core athlete in different formations of three-athlete drafting

圖10 3人編隊(duì)不同站位下核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)減阻率Figure 10 Aerodynamic drag reduction ratio of the core athlete in different formations of three-athlete drafting

2.3 4人編隊(duì)

如圖8所示，與單人競(jìng)走相比，在4人編隊(duì)中不同站位核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力均有不同程度的減小，且男子2組站位3中核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力消失并產(chǎn)生向前的推力。男子2組中核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力普遍低于男子1組與女子組，且男子2組中核心運(yùn)動(dòng)員編隊(duì)站位狀態(tài)下與單人狀態(tài)下氣動(dòng)阻力的比值百分比也普遍低于男子1組與女子組。如圖11所示，與單人競(jìng)走相比，核心運(yùn)動(dòng)員位于3名輔助運(yùn)動(dòng)員組成的V型編隊(duì)的正后方時(shí)氣動(dòng)阻力減小效果最為明顯，減阻率可達(dá)83.8%，但隨著位于V型編隊(duì)兩翼的輔助運(yùn)動(dòng)員向后移動(dòng)時(shí)，核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力減小效果有所減弱，當(dāng)核心運(yùn)動(dòng)員位于3名輔助運(yùn)動(dòng)員組成的倒V型編隊(duì)的正后方時(shí)氣動(dòng)阻力減小效果明顯降低，減阻率僅為47.0%。此外，與雙人編隊(duì)中站位3相比，4人編隊(duì)中站位1（在原有雙人編隊(duì)站位3基礎(chǔ)上增加2名并排輔助運(yùn)動(dòng)員，且與原有輔助運(yùn)動(dòng)員完全并排）的核心運(yùn)動(dòng)員氣動(dòng)減阻率有所增加，從64.9%增加至73.4%，4人編隊(duì)中站位3（在原有雙人編隊(duì)站位3基礎(chǔ)上增加2名并排輔助運(yùn)動(dòng)員，且位于原有輔助運(yùn)動(dòng)員前方）的核心運(yùn)動(dòng)員氣動(dòng)減阻率增大較為明顯，從64.9%增加至83.8%，但4人編隊(duì)中站位2（在原有雙人編隊(duì)站位基礎(chǔ)上增加2名并排輔助運(yùn)動(dòng)員，且位于原有輔助運(yùn)動(dòng)員與核心運(yùn)動(dòng)員之間）的核心運(yùn)動(dòng)員氣動(dòng)減阻率減小較為明顯，從64.9%減小至47.0%。

圖8 4人編隊(duì)不同站位下核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力Figure 8 Aerodynamic drag of the core athlete in different formations of four-athlete drafting

圖11 4人編隊(duì)不同站位下核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)減阻率Figure 11 Aerodynamic drag reduction ratio of the core athlete in different formations of four-athlete drafting

3 討 論

Schickhofer等[25]針對(duì)女子馬拉松項(xiàng)目不同編隊(duì)氣動(dòng)減阻效應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算研究，編隊(duì)中每2名運(yùn)動(dòng)員重心的左右橫向間距為0.7 m，前后縱向間距為1.2 m，與本文編隊(duì)站位工況基本一致。Schickhofer等[25]的研究結(jié)果表明，3人編隊(duì)站位4下核心運(yùn)動(dòng)員減阻率為75.6%，雙人編隊(duì)站位3下核心運(yùn)動(dòng)員減阻率為70.1%，3人編隊(duì)站位3下核心運(yùn)動(dòng)員減阻率為41.3%，4人編隊(duì)站位2下核心運(yùn)動(dòng)員減阻率為33.4%；本文結(jié)果表明，3人編隊(duì)站位4下核心運(yùn)動(dòng)員減阻率為79.9%，雙人編隊(duì)站位3下核心運(yùn)動(dòng)員減阻率為64.9%，3人編隊(duì)站位3下核心運(yùn)動(dòng)員減阻率為60.2%，4人編隊(duì)站位2下核心運(yùn)動(dòng)員減阻率為47.0%。不難發(fā)現(xiàn)，這2項(xiàng)研究結(jié)果中核心運(yùn)動(dòng)員減阻率隨站位變化趨勢(shì)是一致的，但具體數(shù)值不一致，這可能是由運(yùn)動(dòng)員身型以及動(dòng)作姿態(tài)的差異造成的。

男子2組核心運(yùn)動(dòng)員的編隊(duì)氣動(dòng)減阻效應(yīng)相較于男子1組和女子組更為明顯（圖6～圖8），這可能是由運(yùn)動(dòng)員身型差異造成的，在編隊(duì)站位時(shí)身型高大的運(yùn)動(dòng)員能夠?yàn)楹竺孢\(yùn)動(dòng)員提供更多的遮擋，從而更有利于減小氣動(dòng)阻力。經(jīng)對(duì)照運(yùn)動(dòng)員的身型特征，男子2組中輔助運(yùn)動(dòng)員的身型普遍更為高大一些，這與男子2組核心運(yùn)動(dòng)員的編隊(duì)氣動(dòng)減阻效應(yīng)結(jié)果相符。此外，4人編隊(duì)站位3中男子2組核心運(yùn)動(dòng)員氣動(dòng)阻力消失并受到較小且與風(fēng)向相反的推力（圖8），同時(shí)如圖12所示，核心運(yùn)動(dòng)員所在區(qū)域產(chǎn)生向前的氣流，運(yùn)動(dòng)員服裝被往前拽的現(xiàn)象非常明顯。此結(jié)果與上述Li等[1]和Alam等[2]的數(shù)值模擬研究結(jié)果一致。Li等[1]和Alam等[2]數(shù)值模擬探討分析了雙圓柱周圍空氣動(dòng)力學(xué)行為及兩者之間的相互影響效果，結(jié)果表明，2個(gè)圓柱體編隊(duì)方向跟風(fēng)向一致時(shí)氣動(dòng)減阻效果更好，且編隊(duì)間距在允許范圍內(nèi)，距離越近氣動(dòng)減阻效果越好。同時(shí)，當(dāng)2個(gè)圓柱體之間距離比較近時(shí)，后面圓柱體位于前面圓柱體尾流負(fù)壓區(qū)，此時(shí)后面圓柱體氣動(dòng)阻力消失，并產(chǎn)生一定的氣動(dòng)推力或反向拽力。更進(jìn)一步分析，可能正是因?yàn)槟凶?組中輔助運(yùn)動(dòng)員的身型普遍更為高大一些，所以其他3名輔助運(yùn)動(dòng)員組成的V型編隊(duì)后方的尾流負(fù)壓區(qū)更大一些，核心運(yùn)動(dòng)員正好位于或部分位于尾流負(fù)壓區(qū)，從而出現(xiàn)核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力為負(fù)數(shù)的結(jié)果。

圖12 男子2組在4人編隊(duì)站位3下試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)Figure 12 Field test of the second men's group in the third four-athlete drafting formation

在制定團(tuán)隊(duì)協(xié)作編隊(duì)策略時(shí)，可首選雙人編隊(duì)中站位3即核心運(yùn)動(dòng)員位于輔助運(yùn)動(dòng)員的正后方、3人編隊(duì)站位4即核心運(yùn)動(dòng)員位于其他2名輔助運(yùn)動(dòng)員沿著運(yùn)動(dòng)方向連線的中間、4人編隊(duì)中站位3即核心運(yùn)動(dòng)員位于其他3名輔助運(yùn)動(dòng)員組成的V型編隊(duì)的正后方這3種相對(duì)最佳編隊(duì)，并且在不影響正常競(jìng)走比賽的前提下，前后距離越小，減阻效果越好，越節(jié)省能量?？傮w而言，可多嘗試幾種典型易控制成形的有利編隊(duì)策略，同時(shí)結(jié)合實(shí)戰(zhàn)，針對(duì)不同運(yùn)動(dòng)員組成的編隊(duì)，如高、矮、胖、瘦等不同身型進(jìn)行訓(xùn)練配合演練。此外，雙人編隊(duì)站位5中核心運(yùn)動(dòng)員氣動(dòng)阻力不僅未減小，反而有所增加，這說明當(dāng)2名運(yùn)動(dòng)員并排時(shí)對(duì)2名運(yùn)動(dòng)員都不利，均需消耗更多的能量來抵抗氣動(dòng)阻力。這也為教練團(tuán)隊(duì)針對(duì)不同競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手提供了一種有效的進(jìn)攻型編隊(duì)策略。

競(jìng)走項(xiàng)目屬于田徑類長距離運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，具有速度低、距離長、運(yùn)動(dòng)員身體容易達(dá)到生理極限、高水平運(yùn)動(dòng)員成績接近等特點(diǎn)。依據(jù)基本運(yùn)動(dòng)學(xué)方程以及機(jī)械功率輸出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型，可獲取運(yùn)動(dòng)員抵抗阻力消耗的空氣動(dòng)力功率[21，24-25，27]。對(duì)于50 km競(jìng)走項(xiàng)目而言，空氣動(dòng)力功率約占能量消耗總功率的6%，即當(dāng)運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)阻力減小1%時(shí)，能量消耗總功率減小0.06%，運(yùn)動(dòng)成績相應(yīng)地約提升0.06%。與核心運(yùn)動(dòng)員單人競(jìng)走運(yùn)動(dòng)成績相比：若采用核心運(yùn)動(dòng)員位于輔助運(yùn)動(dòng)員正后方的相對(duì)最佳雙人編隊(duì)，核心運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)成績將提升約3.89%；若采用核心運(yùn)動(dòng)員位于其他2名輔助運(yùn)動(dòng)員沿著運(yùn)動(dòng)方向連線的中間的相對(duì)最佳3人編隊(duì)，核心運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)成績將提升約4.79%；若采用核心運(yùn)動(dòng)員位于其他3名輔助運(yùn)動(dòng)員組成的V型編隊(duì)正后方的相對(duì)最佳4人編隊(duì)，核心運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)成績將提升約5.03%。以2019年多哈田徑世界錦標(biāo)賽男子50 km競(jìng)走項(xiàng)目比賽結(jié)果（表2）為例，前6名運(yùn)動(dòng)員成績相差不到4 min，前10名運(yùn)動(dòng)員成績相差不到10 min。同時(shí)，以此次田徑世界錦標(biāo)賽前10名運(yùn)動(dòng)員的成績?yōu)榛鶞?zhǔn)，分析編隊(duì)氣動(dòng)減阻效應(yīng)對(duì)運(yùn)動(dòng)成績的影響。從表2可以看出，若排名第4運(yùn)動(dòng)員想奪冠，則其編隊(duì)氣動(dòng)減阻率僅達(dá)到8.60%即可，若排名第10運(yùn)動(dòng)員想奪冠，則其編隊(duì)氣動(dòng)減阻率須達(dá)到63.01%。

表 2 編隊(duì)氣動(dòng)減阻效應(yīng)對(duì)運(yùn)動(dòng)成績的影響Table 2 Influence of aerodynamic drag reduction effect of drafting formation on sport performance

4 結(jié) 論

與單人競(jìng)走相比，雙人編隊(duì)中核心運(yùn)動(dòng)員位于輔助運(yùn)動(dòng)員的正后方時(shí)、3人編隊(duì)中核心運(yùn)動(dòng)員位于其他2名輔助運(yùn)動(dòng)員沿著運(yùn)動(dòng)方向連線的中間時(shí)、4人編隊(duì)中核心運(yùn)動(dòng)員位于其他3名輔助運(yùn)動(dòng)員組成的V型編隊(duì)的正后方時(shí)氣動(dòng)阻力減小最為明顯，為相對(duì)最佳編隊(duì)。在50 km競(jìng)走比賽中，與單人競(jìng)走成績相比：若采用相對(duì)最佳雙人編隊(duì)，比賽成績將至少提升約3.89%；若采用相對(duì)最佳3人編隊(duì)，比賽成績將至少提升約4.79%；若采用相對(duì)最佳4人編隊(duì)，比賽成績將至少提升約5.03%。因此，不同編隊(duì)站位下競(jìng)走核心運(yùn)動(dòng)員的氣動(dòng)減阻效應(yīng)存在一定差異，研究不同編隊(duì)的氣動(dòng)減阻效應(yīng)能為減小核心運(yùn)動(dòng)員空氣阻力、優(yōu)化能量分配、改進(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作策略、提高運(yùn)動(dòng)成績提供重要的科學(xué)指導(dǎo)。

致謝：感謝中國田徑協(xié)會(huì)、競(jìng)走國家隊(duì)與英陶國際體育賽事管理（北京）有限公司對(duì)此次風(fēng)洞試驗(yàn)的大力支持與積極配合。

作者貢獻(xiàn)聲明：

胡 齊：提出論文主題，設(shè)計(jì)論文框架，撰寫論文；

李 波：提供技術(shù)參考，處理數(shù)據(jù)；

沈 夢(mèng)：核實(shí)數(shù)據(jù)，修改論文；

洪 平：提出論文主題，指導(dǎo)修改論文。