陳 煒，程亮亮，楊棟棟，李 勤，劉 揚(yáng)

體育科學(xué)

我國(guó)優(yōu)秀賽艇女子單槳運(yùn)動(dòng)員實(shí)船運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)特征研究

陳 煒1，程亮亮2，楊棟棟3，李 勤4，劉 揚(yáng)5

采用自主研發(fā)的賽艇實(shí)船運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)我國(guó)優(yōu)秀女子單槳運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行技術(shù)測(cè)試與評(píng)定。結(jié)果表明：1)我國(guó)優(yōu)秀女子賽艇單槳運(yùn)動(dòng)員存在前發(fā)力、中發(fā)力和后發(fā)力3種典型的發(fā)力模式。根據(jù)我國(guó)女子單槳運(yùn)動(dòng)員普遍存在的槳力曲線后弧下降過快的問題，建議采用以前發(fā)力模式為主的平穩(wěn)用力方式。2)我國(guó)優(yōu)秀女子賽艇單槳運(yùn)動(dòng)員在低槳頻下的拉槳幅度達(dá)到了著名賽艇運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)專家Varely提出的90°的金標(biāo)準(zhǔn)，但隨著槳頻的提高幅度減小至83°，這可能與不正確的回槳模式有關(guān)。3)我國(guó)優(yōu)秀女子賽艇單槳運(yùn)動(dòng)員普遍存在入水角度偏小、出水角度偏大的問題，通過實(shí)例表明，在拉槳幅度保持不變的條件下，可以通過調(diào)整腳蹬板相對(duì)于船中心線的位置調(diào)節(jié)入水角度和出水角度之間的相對(duì)大小。4)相對(duì)于一般水平雙單組合，高水平雙單組合無論在動(dòng)作外觀還是在槳力力學(xué)特征上都具有較高的一致性，教練員和運(yùn)動(dòng)員在平常訓(xùn)練中應(yīng)注重通過實(shí)船測(cè)試法去關(guān)注肉眼看不見的內(nèi)在力學(xué)特征的一致性。

賽艇；單槳；實(shí)船測(cè)試；技術(shù)分析

1 引言

賽艇項(xiàng)目為速度耐力性項(xiàng)目，運(yùn)動(dòng)員不僅需要充沛的體能為持續(xù)5～7 min的比賽作保障，同時(shí)還需要良好的技術(shù)水平。良好的劃船技術(shù)能夠最大限度地將身體的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為人-船-槳整個(gè)系統(tǒng)前進(jìn)的機(jī)械能[3,7,11]。本研究旨在通過賽艇實(shí)船運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)測(cè)試分析，了解現(xiàn)階段國(guó)家賽艇隊(duì)女子單槳運(yùn)動(dòng)員的實(shí)船運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)特征，為教練員在未來的奧運(yùn)備戰(zhàn)訓(xùn)練中改進(jìn)運(yùn)動(dòng)員的個(gè)體技術(shù)、優(yōu)化多人艇配艇、調(diào)整船的結(jié)構(gòu)參數(shù)等提供科學(xué)客觀的數(shù)據(jù)支持[2,4,5,10]。

2 研究對(duì)象與方法

2.1 研究對(duì)象

以國(guó)家賽艇隊(duì)備戰(zhàn)2016年巴西里約奧運(yùn)會(huì)女子單槳組的12名運(yùn)動(dòng)員為研究對(duì)象，通過科研團(tuán)隊(duì)鑒定近期無傷病等特殊情況(表1)。

2.2 研究方法

本研究采用了自主研發(fā)的賽艇實(shí)船運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)測(cè)試與分析系統(tǒng)[2,5]，該系統(tǒng)采用電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量槳栓力，采用高精度電位計(jì)測(cè)量槳栓角度，采用加速度傳感器測(cè)量艇加速度，采用螺旋槳測(cè)量船速，可同步記錄實(shí)船運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，全面反映運(yùn)動(dòng)員的水上實(shí)船專項(xiàng)技術(shù)。同時(shí)，采用SonyFDR-AX100E高速攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)船跟拍，主要用于輔助技術(shù)分析和診斷。

表 1 國(guó)家賽艇隊(duì)女子雙單人員信息表Table 1 The Information of Women's Double Single Personnel

賽艇實(shí)船運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用一直是國(guó)內(nèi)外賽艇科學(xué)研究的熱點(diǎn)，目前國(guó)際上流行的Varely系統(tǒng)與本課題自主研發(fā)的賽艇實(shí)船運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)相比，在力量和角度測(cè)量的原理上基本相同，分別采用電阻應(yīng)變片測(cè)量力量，采用高精密電位計(jì)測(cè)量角度，在力量測(cè)量的位置上，Varely系統(tǒng)在槳柄上進(jìn)行測(cè)量，本課題在槳栓上進(jìn)行測(cè)量，通過桿杠原理兩者之間可以換算；在角度測(cè)量的位置上，兩套系統(tǒng)基本相同，都是測(cè)量槳桿相對(duì)于船體的位置變化。在船速的測(cè)量原理上有所不同，Varely系統(tǒng)采用GPS測(cè)量船速，本課題采用螺旋槳通過磁感應(yīng)脈沖信號(hào)來測(cè)量船速。

在測(cè)試方案的選擇上，采用了1 000 m 4級(jí)遞增槳頻方案，即0～250 m 22槳頻，250～500 m 26槳頻，500～750 m 30槳頻，750～1 000 m 34槳頻。采用該方案的原因是：1)觀察運(yùn)動(dòng)員從低槳頻向高槳頻遞增時(shí)的技術(shù)特征變化；2)采用從低槳頻開始4槳一遞增的方式，是為了讓運(yùn)動(dòng)員有個(gè)逐漸適應(yīng)的過程，逐步過渡到女子雙單國(guó)際比賽時(shí)候的途中劃常見槳頻(34槳頻)，并重點(diǎn)考察該槳頻下的技術(shù)表現(xiàn)。測(cè)試地點(diǎn)為浙江千島湖，為避免環(huán)境因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，所有測(cè)試選擇在晴天并無風(fēng)浪條件下進(jìn)行。

3 結(jié)果與分析

3.1 槳的力學(xué)特征分析

圖1為賽艇運(yùn)動(dòng)中典型的槳力-槳角曲線，橫軸表示拉槳角度的變化，其越寬則表明拉槳幅度越大，一槳?jiǎng)澗嘣介L(zhǎng)；縱軸表示拉槳力量的變化，其越高則表示拉槳力量越大。曲線所圍繞的面積則反映了一槳實(shí)際做功的大小。國(guó)內(nèi)、外研究表明[1,2,4,5,10]，槳力-槳角曲線是運(yùn)動(dòng)員個(gè)體用力特征的最佳反映，東德賽艇運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)專家schwannitz[8]根據(jù)槳栓力曲線的形態(tài)特征，將其劃分為3種技術(shù)風(fēng)格，分別為前發(fā)力模式、中發(fā)力模式和后發(fā)力模式(圖1)。前發(fā)力模式的特征在于最大槳力的出現(xiàn)時(shí)機(jī)最早，在槳葉剛剛?cè)胨髽羌s40°時(shí)就達(dá)到最大力量，強(qiáng)調(diào)拉槳初期腿、軀干和手臂的同時(shí)發(fā)力。中發(fā)力模式的最大力量出現(xiàn)時(shí)機(jī)較A類型曲線稍晚，強(qiáng)調(diào)拉槳中段軀干和上肢的用力； C類型風(fēng)格槳力激發(fā)緩慢，最大力量出現(xiàn)時(shí)機(jī)非?？亢?，強(qiáng)調(diào)拉槳后段上肢的用力。Schwannitz[8]通過在東德國(guó)家隊(duì)數(shù)十年的大樣本研究表明，上述3種類型的技術(shù)風(fēng)格存在于賽艇各個(gè)小項(xiàng)、各水平層次的運(yùn)動(dòng)員當(dāng)中，包括世界冠軍和奧運(yùn)冠軍。

由于賽艇運(yùn)動(dòng)的發(fā)力特征在于起始于下肢大肌群，結(jié)束于上肢小肌群，目前大多數(shù)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)專家和訓(xùn)練學(xué)專家均支持前發(fā)力模式的賽艇技術(shù)，這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能夠充分利用人體的最大肌群下肢和軀干做功。加拿大賽艇運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)專家Nolte[6]通過流體動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)表明，前發(fā)力模式能夠更好的利用槳葉的升力去拉槳，拉槳效率較高。俄羅斯賽艇運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)專家Varely[6]也提倡前發(fā)力模式，他認(rèn)為，前發(fā)力模式可以最大化限度的利用腿部力量去劃船，基于這一認(rèn)識(shí)，他提出將蹬腿速度作為劃船蹬腿技術(shù)的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，得到目前世界多數(shù)賽艇運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)學(xué)者、教練員和運(yùn)動(dòng)員的廣泛認(rèn)可。根據(jù)Schwannitz對(duì)技術(shù)風(fēng)格的劃分方法，表2為本次測(cè)試中3種類型曲線的分布人數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)優(yōu)秀女子單槳運(yùn)動(dòng)員以前、中發(fā)力模式為主，符合目前賽艇技術(shù)的發(fā)展潮流。

通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，我國(guó)前發(fā)力模式的運(yùn)動(dòng)員往往在拉槳中后半段力量的維持上有所欠缺，雖然曲線的前弧上升很快，但曲線的后弧下降也很快(圖1A)。因此，本研究提出一種基于前發(fā)力模式為主要特征的平穩(wěn)用力方式(圖2)，該曲線的特征在于在槳葉入水后與前發(fā)力模式一樣很快就達(dá)到了力量峰值，但隨后最大力量一直保持平移直至拉槳快要結(jié)束時(shí)才下降。結(jié)合錄像分析可見，該運(yùn)動(dòng)員拉槳前段蹬腿充分，拉槳中段軀干支撐有力，拉槳后段上肢支撐有力，出水迅速干凈，整個(gè)動(dòng)作結(jié)構(gòu)緊湊、一氣呵成，在整個(gè)拉槳的過程一直試圖保持著自身體重對(duì)槳栓上的持續(xù)壓力。此外，這種平穩(wěn)的用力方式會(huì)減少船速的波動(dòng)，避免不必要的能量損耗。

圖 1 賽艇運(yùn)動(dòng)中典型槳力-槳角曲線圖Figure 1. Typical Curve of OarForce注：0°角即為槳桿與船垂直位置，橫坐標(biāo)左邊為入水角度，右邊為出水角度。表 2 本次測(cè)試不同類型曲線的人數(shù)分布Table 2 The Test Number Distribution of Different Types of Curves

A前發(fā)力B中發(fā)力C后發(fā)力n642

圖 2 基于前發(fā)力特征的平穩(wěn)用力曲線圖Figure 2. The Smooth Power Curve Based on the Former Characteristics

3.2 槳的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征分析

槳的運(yùn)動(dòng)學(xué)信息主要包括拉槳幅度、入水角度和出水角度。拉槳幅度是指拉槳過程中槳所走過的水平角度，反映了每一槳做功的距離。如圖3所示，入水角度是槳葉在靠近船頭的抓水點(diǎn)至槳桿與船縱軸垂直位置之間的角度，出水角度則是指槳桿與船縱軸垂直位置至槳葉在靠近船尾的出水點(diǎn)之間的角度，這兩個(gè)角度的絕對(duì)值的和即為拉槳幅度。

Varely[6]根據(jù)多年的大量測(cè)試和研究成果認(rèn)為，世界優(yōu)秀女子單槳運(yùn)動(dòng)員的拉槳幅度應(yīng)該在90°附近，其中入水角度58°，出水角度32°，本課題組在2008北京奧運(yùn)周期的研究結(jié)果也表明，2008北京奧運(yùn)會(huì)女子雙單銀牌得主我國(guó)優(yōu)秀女子運(yùn)動(dòng)員高玉蘭的拉槳角度、入水角度、出水角度和Varely的研究結(jié)果基本一致。

圖 3 入水角度和出水角度定義示意圖Figure 3. The Definition of Entry Angle and Outlet Angle表 3 4級(jí)遞增負(fù)荷下槳栓運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)Table 3 Kinematics Index under the Increasing LoadLevel 4 Thole Model (n=12)

目標(biāo)槳頻(次/min)實(shí)際槳頻(次/min)拉槳幅度(°)入水角度(°)出水角度(°)2222．491．7±3．054．4±3．137．4±4．42625．890．5±3．553．6±3．336．9±4．03030．289．0±3．653．0±3．736．0±4．23434．383．3±3．449．2±4．035．9±4．0

表3為本次測(cè)試的4級(jí)遞增負(fù)荷下槳栓運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在22.4、25.8和30.2槳頻下，拉槳幅度均基本達(dá)到世界優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員水平，但是在接近實(shí)際比賽的34.3槳頻時(shí)，拉槳幅度的平均值下降過多，僅為83.3°，個(gè)別運(yùn)動(dòng)員甚至拉槳幅度不到80°。幅度主要丟失在入水角度上，錄像分析顯示，大部分運(yùn)動(dòng)員在高槳頻下為了達(dá)到槳頻的要求導(dǎo)致在整個(gè)回槳的過程中節(jié)奏欠佳，在入水點(diǎn)身體姿態(tài)并還沒有完全到位的情況下就提前入水導(dǎo)致前弧角度損失過多。對(duì)此，在日常高槳頻的訓(xùn)練中，應(yīng)注意在回槳過程把座板盡量放長(zhǎng)放穩(wěn)，在抓水點(diǎn)槳繞著槳盤向兩邊打開，盡可能維持在高槳頻下與低槳頻下同樣的幅度，此外，也可以在腳蹬架的外延做入水點(diǎn)標(biāo)記，提醒運(yùn)動(dòng)員在高槳頻下不要丟失幅度。

如前所述，入水角和出水角的絕對(duì)值的和即為拉槳幅度，在拉槳幅度固定的條件下，可以通過腳蹬板相對(duì)于船體中心線的相對(duì)位置來改變?nèi)胨呛统鏊堑南鄬?duì)大小。與varely提出的世界優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的標(biāo)準(zhǔn)相比，在相同的拉槳角度下，我國(guó)賽艇運(yùn)動(dòng)員的入水角度小4°，出水角度大4°，這表明目前我國(guó)女子單槳運(yùn)動(dòng)員在船上的位置更加偏向船頭。以某運(yùn)動(dòng)員為例，如下圖4所示第一次測(cè)試結(jié)果顯示，拉槳幅度為93.6°，其中入水角度為53.4°，出水角度為40.2°，表明該運(yùn)動(dòng)員在總的拉槳幅度上已經(jīng)達(dá)到了世界優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員水平，但是入水角度相對(duì)偏小、出水角度偏大。教練員根據(jù)測(cè)試結(jié)果將腳蹬板向船尾移動(dòng)，第二次測(cè)試時(shí)候我們發(fā)現(xiàn)，雖然總拉槳幅度減小了1.7°但仍達(dá)到了世界優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員水平，最重要的變化表現(xiàn)在整個(gè)槳力曲線明顯向左移動(dòng)，即向船尾移動(dòng)，入水角度從53.4°增加到59.9°，出水角度從40.2°減小到32.0°，基本和Varely提出的世界優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的參考值一致。

圖 4 腳蹬移動(dòng)前、后槳力-槳角曲線對(duì)比圖Figure 4. Comparison inPedal Movement before and after the Oar Force-Vane Angle Curve

3.3 雙單槳栓上的動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)同步性

多人之間的同步性是賽艇多人艇技術(shù)整合的核心內(nèi)容之一，圖5顯示為本次測(cè)試中的某高水平雙單組合，該組合近幾年在國(guó)外賽事中取得了優(yōu)異的成績(jī)，圖6組合為本次測(cè)試中技術(shù)整合效果一般的某組合，圖中藍(lán)色實(shí)線為領(lǐng)槳手，紅色實(shí)線為跟槳手，綠色虛線為拉槳開始，橙色虛線為拉槳結(jié)束。圖5A和圖6A分別為兩條雙單的領(lǐng)槳手和跟槳手的拉槳速度-時(shí)間曲線配合圖，它主要從運(yùn)動(dòng)學(xué)上反映了兩名運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作外觀的一致性，圖5B和圖6B分別為兩條雙單的領(lǐng)槳手和跟槳手的槳力-時(shí)間曲線配合圖，它主要從動(dòng)力學(xué)上反映了兩名運(yùn)動(dòng)員內(nèi)在力學(xué)特征的一致性。

綜合圖5、圖6可知，高水平雙單無論在拉槳速度的同步性上(圖5A)，還是在槳力特征的同步性上(圖5B)都顯示出了較好的一致性；而技術(shù)整合一般的雙單組合雖然在拉槳速度的同步性上(圖6A)顯示了較好的一致性，但在槳力特征的同步性上(圖6B)存在有明顯的差異，跟槳手比領(lǐng)槳手明顯提前用力。這種槳力特征的不一致，會(huì)造成船體的偏航，通過高速攝像在船尾跟拍，發(fā)現(xiàn)該條雙單走的是“S”型路線，根據(jù)教練員反饋，該條雙單在平時(shí)的訓(xùn)練中經(jīng)常偏航，經(jīng)常需要通過打舵來調(diào)整航向，上述數(shù)據(jù)表明該條雙單在技術(shù)整合上仍有較大的提高空間。

圖 5 高水平雙單槳力組合曲線圖Figure 5. High Levels of Double Single Combination

圖 6 技術(shù)整合一般的雙單槳力組合曲線圖Figure 6. Generally Double Single Combination of Technology Integration

實(shí)踐證明，在多人艇的技術(shù)整合方面，教練員和運(yùn)動(dòng)員不僅僅要注重拉槳速度等動(dòng)作外觀的運(yùn)動(dòng)學(xué)上的一致性，更重要的是從動(dòng)力學(xué)上去關(guān)注其內(nèi)在力學(xué)特征的一致性。

4 結(jié)論

1.我國(guó)優(yōu)秀女子賽艇單槳運(yùn)動(dòng)員存在3種典型的槳力模式，即前發(fā)力、中發(fā)力和后發(fā)力，以前、中發(fā)力為主。根據(jù)我國(guó)女子單槳運(yùn)動(dòng)員普遍存在的槳力曲線后弧下降過快的問題，本研究提倡一種以前發(fā)力模式為主的平穩(wěn)用力方式。

2.我國(guó)優(yōu)秀女子賽艇單槳運(yùn)動(dòng)員在低槳頻下達(dá)到了著名賽艇運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)專家Varely提出的90°的世界優(yōu)秀女子單槳運(yùn)動(dòng)員標(biāo)準(zhǔn)，但在接近比賽強(qiáng)度的槳頻下，幅度丟失較多。

3.通過將移動(dòng)腳蹬板位置向船尾移動(dòng)，可以使得在拉槳幅度基本保持不變的情況下將整個(gè)槳力-槳角曲線向左平移，增加了入水角度的同時(shí)減小了出水角度，使得這兩項(xiàng)指標(biāo)都接近了Varely提出的世界優(yōu)秀女子單槳運(yùn)動(dòng)員標(biāo)準(zhǔn)，人體重心相對(duì)于船中心線的位置更加合理，這對(duì)于艇的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的參數(shù)調(diào)整具有十分重要的實(shí)踐價(jià)值。

4.高水平雙單組合無論在動(dòng)作外觀的一致性上還是在槳力特征的一致性上都具有較高的水平，相對(duì)于動(dòng)作外觀的一致性，教練員和運(yùn)動(dòng)員更需要注重肉眼看不見的槳力內(nèi)在特征的一致性。

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Research on Biomechanics Characteristics of Chinese Elite Women’s Rower Based on Real Boat Measurements

CHEN Wei1,CHENG Liang-liang2,YANG Dong-dong3,LI Qin4,LIU Yang5

This paper uses the biomechanical system on water to test Chinese elite rower.The main conclusions are as follow:1) There are three kinds of force pattern:front force,middle force and back force of Chinese elite rowers.According to the problem of the decline of the back arc of the force curve,this study suggests a steady force method,which is based on the main feature of front force.2) Chinese elite rowers in the low stroke rate reached 90 degrees,which is the gold standard proposed by the famous rowing biomechanics Varely.But with the improvement of stroke rate,the total angle is reduced.3) Moving the stretcher position can make the force-angle curve moving to the left at maintaining the entire angle constant,which increased the catch angle and reduced the release angle.4)High level w2- have high consistency both in the appearance of the motion and the force curve characteristics.Coaches and athletes should pay more attention to the intrinsic mechanical properties of the action.

rowing;realboat;techniqueanalysis

1000-677X(2016)12-0072-05

10.16469/j.css.201612010

2016-02-24；

2016-11-22

國(guó)家賽艇隊(duì)備戰(zhàn)2016年巴西里約奧運(yùn)會(huì)水上實(shí)船運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)專項(xiàng)科技服務(wù)(2015H7058)。

陳煒(1983-)，男，安徽合肥人，助理研究員，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和國(guó)民體質(zhì)研究，E-mail：114086567@qq.com；程亮亮(1987-)，男，安徽合肥人，助教，碩士，E-mail：412780072@qq.com；楊棟棟(1986-)，男，安徽合肥人，教練員，E-mail：yangdongdong10@163.com。

1.安徽省體育科學(xué)技術(shù)研究所，安徽 合肥 230001；2.合肥師范學(xué)院，安徽 合肥 230009；3.安徽省水上運(yùn)動(dòng)管理中心，安徽 合肥 230000 ；4.河北省體育局 水上運(yùn)動(dòng)管理中心，河北 石家莊 050051；5.中國(guó)科學(xué)院 合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，安徽 合肥 230031 1.Anhui Institute of Sports Science，Hefei 230001，China;2.Hefei Normal University，Hefei 230009，China;3.Anhui Water Sports Center，Hefei 230000，China;4.Hebei Water Sports Center，ShiJiazhuang 050051，China;5.Hefei Institutes of Physical Science,Chinese Academy of Sciences，Hefei 230031，China.

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