Page 11 - 《摩擦学学报》2021年第6期

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随温度的提高而增加，低速状态下摩擦力主要源于聚
[56]
乙烯与雪面的粘结力. Hasler等 采用更高精度的线
性摩擦试验机，在实验室中对滑雪板进行摩擦测试，
这种测试方法在低速时由于雪道的变化会造成重复
性较差的情况，但在高速状态下测试重复精度会显著
提升. 考虑到同一雪道不同测量次数的变化，在5条不
同雪道上进行50次的摩擦系数检测，观察到摩擦系数
在第11次时达到最高，随后摩擦系数开始呈线性下降
的趋势. 在同一赛道以不同的速度进行50次的测量，
发现速度越高，摩擦系数越大，在前10次的过程中相
对差距很大，10次之后也呈线性下降的趋势. 这种方
法也适用于不同滑雪板和雪况条件下的测试.
雪复杂的表面形貌与亲疏水性和力学性能共同
构成雪摩擦的相互作用机制. 干雪和湿雪状态不同，
各种因素变化的影响程度不同. 干雪状态时，关键因
素是表面的粗糙度；湿雪状态时，关键因素是表面的
亲疏水性. 早期有研究人员使用高速摄像机的方法对
[57]
跳台滑雪这项运动进行摩擦测试 . 通过对整个运动
过程，包括助滑、起跳、空中飞行和着陆，进行高速摄
像，再进行图片解析数据处理. 这种办法提供了一种
滑雪板和雪摩擦测试的方法，但是其环境控制充满不
确定性，当时的高速摄像技术水平也不够高，所得到
的数据与真实情况存在的偏差较大. 随着科技进步，
(a)
Outer edge
(b)
Ice
skates
r
Fig. 7 Different postures of ice blades and the influence of groove radius: (a) three different postures of the edge;
(b) influence of the radius of ice skates
图 7 冰刀的不同姿态与凹槽半径影响：(a)三种不同姿态刃边；(b)冰刀的半径影响
Federolf等 [60] 将CT Edge公司研发的新型冰刀与
传统冰刀进行对比研究. 新型冰刀不同于传统冰刀，
其在侧面铣出额外的刀刃，使其在直道滑行的时候冰
刀底部有更宽的接触面积，以及更尖锐的刃角. 接触
面积增加，摩擦产生的热量也随之提升，更容易形成
液体润滑. 当冰刀倾斜时，刃角能更深地切入冰中，保
报 第 41 卷
检测仪器更新迭代发展，高分辨率摩擦计研制也得到
长足进步，加上测试方法的改进，实地测量的数据更
[58]
有说服力. Budde等 开发出一种拥有高分辨率的测
试方案，能够在降低环境带来的试验噪音的同时区分
不同滑雪板之间的摩擦系数差异，其分辨率可达到0.001.
5 基于减摩特性研究的运动器材设计
5.1 冰上运动器材设计
运动员滑冰的速度和敏捷程度主要取决于身体
条件和滑冰设备. 几十年来溜冰鞋的刀刃设计总体没
有很大的变化，因此通过研究冰刀与冰的摩擦相互作
用机制来指导运动员是提升比赛成绩的重要手段.
冰刀在视觉上看似1条直线，其弧度曲线并不明
[59]
显，但通常是由1段或者几段圆弧组成 . 冰刀刀刃的
真实状态也没有那么锋利，其刀刃上存在肉眼不易观
察到的凹槽，可以通过手的触摸轻微感受到它的存
在，如图7(a)所示. 在3.1节中提到，当划痕或凹槽的方
向与滑行方向一致时，摩擦降低的效果显著. 冰刀凹
槽结构使其具有更好的稳定性，可防止在冰面上打滑.
凹槽的深浅则与滑行速度有很大的关系，如图7(b)所
示，深的凹槽具有更好的抓地力，但摩擦力会增加，减
慢滑行的速度，灵活性低；反之凹槽越浅，摩擦力小，
滑行速度可以更快，灵活性更高.
Inner edge Flat blade
Deep Shallow
证滑行的稳定性. 采用最新冰刀的受试者个人平均成
绩总体提高了1.4%，表明冰刀的改进对于提高比赛成
绩具有实际效果.
钢在冰上摩擦生热产生的融水膜有助于润滑，已
经普遍达到共识. Federolf等对三种不同角度(4°、6°和
8°)的CT Edge刀片与标准刀片进行摩擦性能比较研