01引文格式特尔格林,刘静,刘莉. 竞技泳衣设计的生物力学与运动生理学机制[J]. 纺织工程学报, 2026, 4 (2): 1-10.Teer Gelin, LIU Jing, LIU Li. The biomechanical and exercise physiology mechanisms of competitive swimsuit design[J]. Journal of Advanced Textile Engineering, 2026, 4 (2): 1-10.02研究背景竞技游泳对速度与效率的要求近乎极致——水阻控制、推进效率与能量利用率是决定金牌归属的核心因素。

作为直接作用于“人体—水体”界面的关键装备，竞技泳衣已从传统防护用品演变为影响水动力特性、动作稳定性与生理负荷的重要功能性装备。

然而，一个长期困扰行业与学界的问题是：高科技泳衣的性能提升究竟源于什么？

是材料表面的超疏水涂层？

是仿鲨鱼皮微结构？

还是压缩带来的身体姿态优化？

鉴于此，北京服装学院刘莉教授团队在《纺织工程学报》发表了“竞技泳衣设计的生物力学与运动生理学机制”的综述论文，系统整合了生物力学与运动生理学视角，揭示了竞技泳衣性能提升的核心机制——“结构—动作—生理响应”的协同优化，并指出未来泳衣将沿着机制驱动的系统集成化与个性化方向发展，由被动减阻装备向具备动作调控与智能反馈能力的工程系统演进。

图1 竞技泳衣性能提升机制03文章介绍针对“泳衣如何真正提升运动表现”这一核心问题，该综述从不同泳姿的运动学特征出发，系统分析了分区压缩结构在姿态稳定、减阻调控与动作路径引导中的作用机理，并总结了其对运动经济性、神经肌肉控制、肌肉振动抑制及疲劳调节的影响。

一、生物力学基础与泳姿运动机制自由泳、仰泳、蝶泳、蛙泳——四种泳姿在推进方式、身体姿态控制及关节活动模式上存在显著差异。

自由泳双臂交替划水提供70%~85%的推进力，身体围绕纵轴有节奏旋转；蝶泳双臂同步划水产生最大推进力，躯干与腿部协同做海豚式波浪摆动；蛙泳则面临最大水阻，推进力主要来源于对称的蛙式蹬腿。

这些动作特点对泳衣设计提出了截然不同的要求：肩部需要极高的灵活度以适应自由泳、仰泳和蝶泳中的大幅外展与后摆；躯干需要在保持紧致的同时允许一定的旋转或起伏；髋关节和膝关节在蛙泳中要求较大外展和屈曲范围。

这些特点要求泳衣必须在压缩支撑与运动自由度之间实现精细平衡。

游泳水阻包括摩擦阻力、压差阻力和波浪阻力，而稳定、流线型的身体姿态可显著降低这三种阻力——这正是泳衣压缩结构发挥作用的关键战场。

图2 四种主要泳姿示意图：（a）自由泳；（b）仰泳；（c）蝶泳；（d）蛙泳二、泳衣压缩的生物力学机制与动作调控效应现代竞技泳衣的核心策略是“分区压缩设计”。

有研究团队通过3D-CG皮肤应变模型与各向异性超弹性织物模型发现：肩部、背阔肌区、大腿前侧等主要推进肌群需采用高刚度织物，以限制局部过度形变、减少肌肉振动；而腹侧、腋下及关节活动区则需低压缩柔性区域以保证动作幅度。

实验与数值模拟表明，高性能全身泳衣可使被动阻力系数降低约6.9%~12.2%，其主要机制并非材料表面特性，而是“姿态控制与材料性能的协同结果”。

泳衣在纵向与横向的差异化刚度（纵向高拉伸刚度以提供方向性支撑，横向低拉伸刚度以保留关节自由度），实现了“刚柔并济”的动作引导，使泳衣由“被动减阻覆盖层”演变为“动作辅助型装备”。

图3 分区压缩通过力学耦合调控人体动作与外形的作用机制：(a)分区压缩设计[9]; (b)材料各向异性[10]; (c)关节力矩变化[11]; (d)泳衣-肌骨耦合[16]; (e)人体外形改变[14]三、泳衣的运动生理学效应与疲劳调控该综述归纳了泳衣生理效应的三条作用路径：1.运动经济性改善：通过压缩改善身体线型、降低水动力阻力，运动员在相同速度下的代谢成本显著下降。

研究表明，高性能泳衣可使心率、耗氧量及主观用力感降低，划距与水下滑行距离提高。

2. 肌肉振动抑制与神经肌肉控制优化：压缩结构通过减少软组织晃动来稳定肢体运动链，使动作重复性更高、协调性更佳。

部分高压缩款泳衣在200m自由泳测试中表现更佳，提示适度压缩有助于提高技术执行的稳定性。

3. 疲劳延缓与运动后恢复：全身压缩服可显著加速迷走神经主导的心率变异性（HRV）指标恢复，心率恢复时间提前约20分钟，促进血液回流与自主神经调节。

表1 不同结构设计竞技泳衣的压缩策略及其生物力学性能对比图4 泳衣的运动生理学效应与疲劳调控机制四、研发技术与设计趋势：迈向智能适应该综述指出，竞技泳衣的开发技术正从以比赛成绩和阻力降低为核心的“性能结果导向”，系统性转向以生物力学机制解析为基础的“机制驱动设计”范式。

数据驱动与多尺度仿真模拟：计算流体力学（CFD）、逆动力学模型、肌肉骨骼仿真以及基于动作捕捉或肌电图的参数输入，使研究者能够在虚拟环境中模拟“人体-泳衣-水流”之间的耦合交互。

智能传感技术：光纤传感器、纺织基电极和柔性传感单元已能够在服装结构中稳定工作，可实时采集心率、呼吸、体温、肌肉激活、身体姿态等多模态数据。

BIOSWIM项目构建的智能泳衣已实现心电、动作学与动力学信号的同步监控。

高科技面料与微结构减阻：疏水性防水涂层、超疏水整理、纳米纹理面料以及仿鲨鱼皮棱纹微结构，进一步降低摩擦阻力并改善边界层流动。

成衣结构与工艺设计：超声波无缝拼接、热压贴合与定向压条等先进工艺，在降低传统缝线引起局部湍流的同时，也被用于构建和强化关键分区的力学传递路径。

图5 竞技泳衣的研发技术与机制驱动设计趋势展望04结论展望综合现有研究可以看出，竞技泳衣的性能提升是“人体-泳衣-水流”耦合系统在生物力学与运动生理层面协同调控的综合体现。

分区压缩与方向性结构不仅通过改善身体线型与姿态稳定性降低水阻，还通过抑制无效形变、引导动作路径与稳定肌群协同，间接影响推进效率与代谢成本。

然而，现有研究仍存在若干关键局限：多数研究侧重单一泳姿或静态条件下的分析，缺乏对完整动作周期中动态耦合机制的系统刻画；压缩效应对关节负荷分配、肌肉协同模式的长期影响仍缺乏定量证据；个体差异（体型、柔韧性、技术风格）尚未被充分纳入设计框架。

未来竞技泳衣研究亟需由“性能结果导向”转向“机制驱动设计”，重点加强多尺度建模与实验验证的融合。

同时，结合智能传感与数据驱动方法，构建能够反映个体特征与实时状态的自适应设计策略。

可以预见，竞技泳衣将沿着“被动减阻→主动调控→智能适应”的递进路径演进，逐步形成设计-监测-反馈-优化的闭环系统，为自适应与智能化竞技泳衣的发展奠定工程与理论基础。

05研究团队刘莉，北京服装学院二级长聘教授、博士生导师，研究生院院长、服装科技研究院院长。

国家级人才青年学者、青年北京学者、国家体育总局“中国冰雪科学家”。

兼任中国纺织工程学会科普工作委员会主任、纤维材料及智能可穿戴纺织品专业委员会副主任。

曾获北京最美科技工作者、首都劳动奖章、首都最美巾帼奋斗者、全国群众体育先进个人等荣誉。

所带领的团队曾荣获“全国五一巾帼标兵岗”荣誉称号。

《丝绸》《针织工业》等编委会委员，科普中国专家。

主要研究方向为服装舒适性与功能、高性能服装研发。

06联系我们《纺织工程学报》官网：https://texb.wtu.edu.cn/投稿系统：http://texb.ijournals.cn/ch/author/login.aspx电话：027-59367721邮箱：fzgcxb@vip.163.com邮编：430073地址：武汉纺织大学阳光校区建全科学中心大楼21707本刊声明一、本刊已授权中国学术期刊网络出版总库-中国知网，中国学术期刊数据库-万方数据，超星移动图书馆，中国高校科技期刊，中文科技期刊数据库-维普网等（包括但不限于上述数据库），使用本刊著作权中的数字化汇编权、数字化复制权，数字化制品形式发行权、信息网络传播权等。

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