薛陽光，黃 平

1 研究背景

1.1 研制的意義

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，國民生活質(zhì)量不斷提高，物質(zhì)層面已經(jīng)基本滿足廣大國民需求，開始追尋精神層面的發(fā)展，積極帶動體育運動項目的不斷發(fā)展。網(wǎng)球運動的發(fā)展最為明顯，從2004年雅典奧運會中獲得女子雙打冠軍、2011年獲得法國網(wǎng)球公開女單冠軍等影響，網(wǎng)球運動得到快速的發(fā)展。高校、社會中小學(xué)等均開展網(wǎng)球課、網(wǎng)球俱樂部、網(wǎng)球興趣班等形式，深受人們的喜愛。初學(xué)者在學(xué)習(xí)網(wǎng)球中會遇到有各種各樣的問題，例如：網(wǎng)球初學(xué)者學(xué)習(xí)網(wǎng)球時正手擊球技術(shù)是最重要的基礎(chǔ)。無論是站的位置、握拍的方式方法、持拍后擺動作、前揮拍時的充分程度以及揮拍動作多種自身不良習(xí)慣等因素的影響[1]，一個人無法進行練習(xí)、擊球點找不準、動作不正確、擊球節(jié)奏混亂、步伐錯亂等情況的出現(xiàn)。每一技術(shù)動作環(huán)節(jié)都會影響擊球效果，如果不注意動作規(guī)范與科學(xué)，錯誤的動作模式更容易對機體產(chǎn)生影響，長期下來，難以避免地對身體各個部位產(chǎn)生不同程度的損傷[2]。在各種網(wǎng)球技術(shù)練習(xí)中, 由于基本的技術(shù)失誤, 肘關(guān)節(jié)是最受傷害的[3]。通過設(shè)計制作網(wǎng)球固定點多球訓(xùn)練器，能夠有效的幫助初學(xué)者對初學(xué)網(wǎng)球階段出現(xiàn)的問題進行改正和鞏固高水平愛好者網(wǎng)球技術(shù)動作，提高網(wǎng)球運動技術(shù)水平。

1.2 現(xiàn)階段網(wǎng)球輔助器材分析

現(xiàn)階段網(wǎng)球練習(xí)輔助器材，如圖1、2、3所示，比較傳統(tǒng)的通過支柱和彈簧裝置將網(wǎng)球置于空中，并且沒有擊球的實際效果，球不能按照實際的擊球路線進行運動，初學(xué)者看不到擊球后效果，對初學(xué)者的使用效果不明顯，如果出現(xiàn)錯誤的動作進行反復(fù)的練習(xí)，影響最終的學(xué)習(xí)網(wǎng)球效果，不利于正確動作的掌握和改正。如圖1，網(wǎng)球都會受線狀物牽拉而加速彈回,使得擊球技術(shù)動作變形,技術(shù)沒有可持續(xù)發(fā)展的可能,初學(xué)者很可能就失去對網(wǎng)球?qū)W習(xí)的興趣,從而停止進行網(wǎng)球運動[4]。

圖1 帶線網(wǎng)球擊球訓(xùn)練器

圖1，線網(wǎng)球擊球訓(xùn)練器，通過橡皮繩裝置將網(wǎng)球牢牢的拴住，該裝置在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的情況：(1)網(wǎng)球重量過重、彈性較差；(2)擊球路線會隨著橡皮繩的牽拉而發(fā)生改變；(3)存在一定的危險性，球通過橡皮繩與底座相連，每經(jīng)過的球均經(jīng)過底座附近，人處于底座附近容易被飛行中的球擊中。

圖2 傳統(tǒng)網(wǎng)球固定訓(xùn)練器

圖3 便捷式網(wǎng)球固定訓(xùn)練器

圖2與圖3原理相同，通過支柱、彈簧與球三者之間的有效連接，當球拍接觸球時球依靠彈簧的伸張而發(fā)生改變。在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的情況：(1)彈簧裝置過硬或過松，限制了球拍的正常運動軌跡；(2)底座過輕，在使用中初學(xué)者在進行擊球訓(xùn)練時常常出現(xiàn)該裝置摔倒情況；(3)磨損過快，該裝置由于是固定在整個裝置中，經(jīng)常的使用“固定網(wǎng)球”發(fā)生嚴重的損壞。

通過對以上三種體育器材的分析發(fā)現(xiàn)，三者均沒有擊球后的效果，無法達到學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的效果，網(wǎng)球運動最主要的效果是通過練習(xí)揮拍達到預(yù)計的擊球效果，不利于修改動作和尋找合適自己的擊球點，并且還會影響整體擊球動作。

2 網(wǎng)球固定點多球訓(xùn)練器的設(shè)計思路

經(jīng)過多年的網(wǎng)球正手反手技術(shù)動作的教學(xué)實踐，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)球愛好者在初學(xué)網(wǎng)球階段經(jīng)常出現(xiàn)的問題，以正手擊球為例：(1)引拍過程出現(xiàn)錯誤；(2)擊球時手腕與手臂發(fā)生形變，導(dǎo)致?lián)羟騽幼鹘Y(jié)果改變；(3)擊球點和擊球時機不能準確的把握；(4)擊球時身體與球的位置不能準確的判斷；通過以上的問題、現(xiàn)有的網(wǎng)球訓(xùn)練體育器材中的不足和初學(xué)者給予的建議，大多數(shù)初學(xué)者在學(xué)習(xí)網(wǎng)球技術(shù)動作過程中面臨最大的問題是擊球后球的運動軌跡與正常的運動軌跡出現(xiàn)較大的偏差，未能達到理想的擊球效果。如果初學(xué)者能達到理想的擊球效果，則對初學(xué)者學(xué)習(xí)網(wǎng)球技術(shù)動作有非常大的幫助。大多數(shù)初學(xué)者對飛行中的球判斷不夠準確，如果網(wǎng)球能夠靜止或者懸浮在空中，能有效減少初學(xué)者的注意力，讓更多的注意力和專注力集中在固定正確的技術(shù)動作。首先根據(jù)初學(xué)者的生理特點、個體差異和問題的集中情況，設(shè)計出讓網(wǎng)球懸浮在空中的輔助器材，將網(wǎng)球懸浮在空中，根據(jù)伯努利原理(“在水流或氣流里，如果速度小，壓強就大；如果速度大，壓強就小”[5])進行設(shè)計，利用空氣的高速氣流，將網(wǎng)球吹向空中,并根據(jù)不同需求選擇不同速度的氣流來斷定不同網(wǎng)球懸浮高度。

3 網(wǎng)球固定點多球訓(xùn)練器的材料選擇與制作

3.1 材料選擇

高速靜音鼓風(fēng)機——網(wǎng)球懸浮最主要的元件之一，主要為網(wǎng)球提供向上的沖擊力，選擇不同的鼓風(fēng)機至關(guān)重要，本裝置通過篩選近20種類的鼓風(fēng)機需要考慮重量體積、工作效率、氣流速度、噪聲和功率等情況，選擇永上牌鼓風(fēng)機型號CZ-TD550，電壓220V、功率550W、轉(zhuǎn)速2820r/min、風(fēng)量260m3/h、噪音73dB。如圖4所示。

專用調(diào)速器——網(wǎng)球懸浮最主要的元件之一，主要對鼓風(fēng)機的風(fēng)速大小和風(fēng)量進行調(diào)控，根據(jù)伯努利原理，流速越大壓強越小，即流速越大，網(wǎng)球懸浮的位置越高，網(wǎng)球重量等于鼓風(fēng)機的吹力。選擇合適的調(diào)速器能有有效保護鼓風(fēng)機的正常運轉(zhuǎn)，而該調(diào)速器能在保證電機正常運轉(zhuǎn)的情況下，調(diào)整風(fēng)機的電壓和風(fēng)速風(fēng)量，對電機實現(xiàn)零損耗。同時考慮到價格、及以后的修改和調(diào)整，選擇蘇州正控科技調(diào)速器實現(xiàn)對風(fēng)機的調(diào)控。如圖5所示。

圖4 鼓風(fēng)機

圖5 專業(yè)調(diào)速器

標準網(wǎng)球重量：56.7-58.47g，直徑6.541-6.858cm。

3.2 制作原理

網(wǎng)球固定點多球訓(xùn)練器的制作原理——伯努利原理，通過鼓風(fēng)機不斷將氣流吹向網(wǎng)球，按照氣流越大壓強越小的原理，將網(wǎng)球懸浮在空中。氣流達到一定速度時，壓強越小，鼓風(fēng)機向上的作用力等于網(wǎng)球的重量，由此實現(xiàn)網(wǎng)球的懸浮技術(shù)。如圖6所示。

圖6 伯努利氣流原理圖

圖7 工作示意圖

圖6展示了氣流的運動軌跡，氣流以倒圓錐的形狀進行運動，中間的氣流速度大于四周的氣流速度。為了保證網(wǎng)球能在能夠穩(wěn)定在鼓風(fēng)機的上方，并保持穩(wěn)定的高度，則需要穩(wěn)定的氣流進行供應(yīng)。當網(wǎng)球偏離出風(fēng)口上方，出現(xiàn)網(wǎng)球向右偏離時，則球左邊的氣流速度大于球右邊的氣流速度，根據(jù)流速越大壓強越小的原理，網(wǎng)球會重新回到出風(fēng)口的上方。伯努利原理能夠有效的解決網(wǎng)球懸浮問題和網(wǎng)球相對固定在出風(fēng)口的上方，并保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。圖7為網(wǎng)球固定點多球訓(xùn)練器工作示意圖。

4 網(wǎng)球固定點多球訓(xùn)練器的功能與優(yōu)點分析

網(wǎng)球固定多球訓(xùn)練器的制作，主要針對初中級網(wǎng)球愛好者、網(wǎng)球俱樂部和學(xué)校等許多地方的使用，能有效提高初學(xué)者對網(wǎng)球的熱愛和學(xué)習(xí)的效率，對中級水平的初學(xué)者能改善動作的合理性，更加符合生物力學(xué)的原理。對整體提高網(wǎng)球技術(shù)動作水平有一定的幫助作用，其具有以下基本的特征。

4.1 安全性

該裝置集合現(xiàn)階段網(wǎng)球訓(xùn)練器材缺點及初學(xué)者出現(xiàn)較多的問題為出發(fā)點，通過將網(wǎng)球進行懸浮在空中，并保證出風(fēng)口與網(wǎng)球存在一定的高度，保證其能正常的揮拍，其次擊打出去的球，能夠按照球的正常運動軌跡運動，減少了阻力對肘關(guān)節(jié)的損傷。

4.2 高效性

該裝置能有效提高網(wǎng)球訓(xùn)練的效率，傳統(tǒng)的網(wǎng)球訓(xùn)練器由于球始終與底座存在聯(lián)系，導(dǎo)致?lián)舸虺鋈サ那虿荒苷ｏw出。沒有擊球后的網(wǎng)球飛行的運動軌跡，無法判斷該動作是否合理。而該裝置能有效的將網(wǎng)球擊打出去，并讓球固定在一定高度，保證擊球時拍面的動作正確。

4.3 單人操作

該裝置適合單人使用，在缺少同伴或球友時，可以通過該裝置正常的進行網(wǎng)球聯(lián)系，并且能把球控制在同樣的高度，減少同伴拋球的影響，使球高度和位置更符合初學(xué)者練習(xí)的需要。

4.4 適用性強

該裝置通過調(diào)速控制器的控制可以對不同類型的球和不同位置的球進行調(diào)控，讓該裝置的適用性更強，滿足所有用戶的需要。

4.5 成本低

該裝置僅需要鼓風(fēng)機和調(diào)速器組成，價格成本較低，滿足大多數(shù)人的需要。

4.6 多功能

該裝置除了能將網(wǎng)球懸浮空中，還能依靠強大的鼓風(fēng)機的風(fēng)速，用于清掃球場衛(wèi)生。

5 網(wǎng)球固定點多球訓(xùn)練器的使用方法

在應(yīng)用時需要把設(shè)備接上220V的電源，并保證設(shè)備處于相對平穩(wěn)站立在地面，保證風(fēng)口向上。第一步需要將設(shè)備開關(guān)打開，待鼓風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)后，并能保證穩(wěn)定氣流才能進行使用。第二步需要將網(wǎng)球放至風(fēng)機口的上方，讓網(wǎng)球自然下降至風(fēng)口位置。第三步需要根據(jù)初學(xué)者的需要進行調(diào)整不同的高度，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)速按鈕進行鼓風(fēng)機電壓調(diào)控，改變風(fēng)速大小，從而調(diào)整網(wǎng)球懸浮在不同的高度。第四步初學(xué)者在進行網(wǎng)球擊球訓(xùn)練時，可以清楚的看到擊球時動作結(jié)構(gòu)是否發(fā)生了變化，而影響了球的飛行效果。第五步教練員或教師可以通過該裝置進行網(wǎng)球技術(shù)動作的檢驗，保證其動作結(jié)構(gòu)的合理性。第六步需要通過教練員或教師的指導(dǎo)，并進行多次反復(fù)的練習(xí)，從而達到改善網(wǎng)球技術(shù)動作，提高網(wǎng)球技術(shù)水平的作用。