我國優(yōu)秀賽艇女子單槳運動員實船運動生物力學特征研究

陳 煒，程亮亮，楊棟棟，李 勤，劉 揚

體育科學

我國優(yōu)秀賽艇女子單槳運動員實船運動生物力學特征研究

陳 煒1，程亮亮2，楊棟棟3，李 勤4，劉 揚5

采用自主研發(fā)的賽艇實船運動生物力學測試系統(tǒng)對我國優(yōu)秀女子單槳運動員進行技術測試與評定。結果表明：1)我國優(yōu)秀女子賽艇單槳運動員存在前發(fā)力、中發(fā)力和后發(fā)力3種典型的發(fā)力模式。根據(jù)我國女子單槳運動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)我國優(yōu)秀女子賽艇單槳運動員在低槳頻下的拉槳幅度達到了著名賽艇運動生物力學專家Varely提出的90°的金標準，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。3)我國優(yōu)秀女子賽艇單槳運動員普遍存在入水角度偏小、出水角度偏大的問題，通過實例表明，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大小。4)相對于一般水平雙單組合，高水平雙單組合無論在動作外觀還是在槳力力學特征上都具有較高的一致性，教練員和運動員在平常訓練中應注重通過實船測試法去關注肉眼看不見的內(nèi)在力學特征的一致性。

賽艇；單槳；實船測試；技術分析

1 引言

賽艇項目為速度耐力性項目，運動員不僅需要充沛的體能為持續(xù)5～7 min的比賽作保障，同時還需要良好的技術水平。良好的劃船技術能夠最大限度地將身體的化學能轉(zhuǎn)換為人-船-槳整個系統(tǒng)前進的機械能[3,7,11]。本研究旨在通過賽艇實船運動生物力學測試分析，了解現(xiàn)階段國家賽艇隊女子單槳運動員的實船運動生物力學特征，為教練員在未來的奧運備戰(zhàn)訓練中改進運動員的個體技術、優(yōu)化多人艇配艇、調(diào)整船的結構參數(shù)等提供科學客觀的數(shù)據(jù)支持[2,4,5,10]。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

以國家賽艇隊備戰(zhàn)2016年巴西里約奧運會女子單槳組的12名運動員為研究對象，通過科研團隊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)的賽艇實船運動生物力學測試與分析系統(tǒng)[2,5]，該系統(tǒng)采用電阻應變式傳感器測量槳栓力，采用高精度電位計測量槳栓角度，采用加速度傳感器測量艇加速度，采用螺旋槳測量船速，可同步記錄實船運動學、動力學數(shù)據(jù)，全面反映運動員的水上實船專項技術。同時，采用SonyFDR-AX100E高速攝像機進行實船跟拍，主要用于輔助技術分析和診斷。

表 1 國家賽艇隊女子雙單人員信息表Table 1 The Information of Women's Double Single Personnel

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

在測試方案的選擇上，采用了1 000 m 4級遞增槳頻方案，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)觀察運動員從低槳頻向高槳頻遞增時的技術特征變化；2)采用從低槳頻開始4槳一遞增的方式，是為了讓運動員有個逐漸適應的過程，逐步過渡到女子雙單國際比賽時候的途中劃常見槳頻(34槳頻)，并重點考察該槳頻下的技術表現(xiàn)。測試地點為浙江千島湖，為避免環(huán)境因素對測試結果的影響，所有測試選擇在晴天并無風浪條件下進行。

3 結果與分析

3.1 槳的力學特征分析

圖1為賽艇運動中典型的槳力-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，一槳劃距越長；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際做功的大小。國內(nèi)、外研究表明[1,2,4,5,10]，槳力-槳角曲線是運動員個體用力特征的最佳反映，東德賽艇運動生物力學專家schwannitz[8]根據(jù)槳栓力曲線的形態(tài)特征，將其劃分為3種技術風格，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)時機最早，在槳葉剛剛?cè)胨髽羌s40°時就達到最大力量，強調(diào)拉槳初期腿、軀干和手臂的同時發(fā)力。中發(fā)力模式的最大力量出現(xiàn)時機較A類型曲線稍晚，強調(diào)拉槳中段軀干和上肢的用力； C類型風格槳力激發(fā)緩慢，最大力量出現(xiàn)時機非常靠后，強調(diào)拉槳后段上肢的用力。Schwannitz[8]通過在東德國家隊數(shù)十年的大樣本研究表明，上述3種類型的技術風格存在于賽艇各個小項、各水平層次的運動員當中，包括世界冠軍和奧運冠軍。

由于賽艇運動的發(fā)力特征在于起始于下肢大肌群，結束于上肢小肌群，目前大多數(shù)運動生物力學專家和訓練學專家均支持前發(fā)力模式的賽艇技術，這種技術的優(yōu)勢在于能夠充分利用人體的最大肌群下肢和軀干做功。加拿大賽艇運動生物力學專家Nolte[6]通過流體動力學的實驗表明，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。俄羅斯賽艇運動生物力學專家Varely[6]也提倡前發(fā)力模式，他認為，前發(fā)力模式可以最大化限度的利用腿部力量去劃船，基于這一認識，他提出將蹬腿速度作為劃船蹬腿技術的一個重要評價指標，得到目前世界多數(shù)賽艇運動生物力學學者、教練員和運動員的廣泛認可。根據(jù)Schwannitz對技術風格的劃分方法，表2為本次測試中3種類型曲線的分布人數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，我國優(yōu)秀女子單槳運動員以前、中發(fā)力模式為主，符合目前賽艇技術的發(fā)展潮流。

通過測試發(fā)現(xiàn)，我國前發(fā)力模式的運動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束時才下降。結合錄像分析可見，該運動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，整個動作結構緊湊、一氣呵成，在整個拉槳的過程一直試圖保持著自身體重對槳栓上的持續(xù)壓力。此外，這種平穩(wěn)的用力方式會減少船速的波動，避免不必要的能量損耗。

圖 1 賽艇運動中典型槳力-槳角曲線圖Figure 1. Typical Curve of OarForce注：0°角即為槳桿與船垂直位置，橫坐標左邊為入水角度，右邊為出水角度。表 2 本次測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 槳的運動學特征分析

槳的運動學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之間的角度，這兩個角度的絕對值的和即為拉槳幅度。

Varely[6]根據(jù)多年的大量測試和研究成果認為，世界優(yōu)秀女子單槳運動員的拉槳幅度應該在90°附近，其中入水角度58°，出水角度32°，本課題組在2008北京奧運周期的研究結果也表明，2008北京奧運會女子雙單銀牌得主我國優(yōu)秀女子運動員高玉蘭的拉槳角度、入水角度、出水角度和Varely的研究結果基本一致。

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級遞增負荷下槳栓運動學指標Table 3 Kinematics Index under the Increasing LoadLevel 4 Thole Model (n=12)

目標槳頻(次/min)實際槳頻(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為本次測試的4級遞增負荷下槳栓運動學實測數(shù)據(jù)，在22.4、25.8和30.2槳頻下，拉槳幅度均基本達到世界優(yōu)秀運動員水平，但是在接近實際比賽的34.3槳頻時，拉槳幅度的平均值下降過多，僅為83.3°，個別運動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，大部分運動員在高槳頻下為了達到槳頻的要求導致在整個回槳的過程中節(jié)奏欠佳，在入水點身體姿態(tài)并還沒有完全到位的情況下就提前入水導致前弧角度損失過多。對此，在日常高槳頻的訓練中，應注意在回槳過程把座板盡量放長放穩(wěn)，在抓水點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標記，提醒運動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于船體中心線的相對位置來改變?nèi)胨呛统鏊堑南鄬Υ笮?。與varely提出的世界優(yōu)秀運動員的標準相比，在相同的拉槳角度下，我國賽艇運動員的入水角度小4°，出水角度大4°，這表明目前我國女子單槳運動員在船上的位置更加偏向船頭。以某運動員為例，如下圖4所示第一次測試結果顯示，拉槳幅度為93.6°，其中入水角度為53.4°，出水角度為40.2°，表明該運動員在總的拉槳幅度上已經(jīng)達到了世界優(yōu)秀運動員水平，但是入水角度相對偏小、出水角度偏大。教練員根據(jù)測試結果將腳蹬板向船尾移動，第二次測試時候我們發(fā)現(xiàn)，雖然總拉槳幅度減小了1.7°但仍達到了世界優(yōu)秀運動員水平，最重要的變化表現(xiàn)在整個槳力曲線明顯向左移動，即向船尾移動，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)秀運動員的參考值一致。

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

3.3 雙單槳栓上的動力學與運動學同步性

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

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，跟槳手比領槳手明顯提前用力。這種槳力特征的不一致，會造成船體的偏航，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，該條雙單在平時的訓練中經(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 技術整合一般的雙單槳力組合曲線圖Figure 6. Generally Double Single Combination of Technology Integration

實踐證明，在多人艇的技術整合方面，教練員和運動員不僅僅要注重拉槳速度等動作外觀的運動學上的一致性，更重要的是從動力學上去關注其內(nèi)在力學特征的一致性。

4 結論

1.我國優(yōu)秀女子賽艇單槳運動員存在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)我國女子單槳運動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.我國優(yōu)秀女子賽艇單槳運動員在低槳頻下達到了著名賽艇運動生物力學專家Varely提出的90°的世界優(yōu)秀女子單槳運動員標準，但在接近比賽強度的槳頻下，幅度丟失較多。

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

4.高水平雙單組合無論在動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，相對于動作外觀的一致性，教練員和運動員更需要注重肉眼看不見的槳力內(nèi)在特征的一致性。

[1]曹景偉,季林紅,馬祖長,等.我國優(yōu)秀賽艇運動員槳力-時間曲線特征[J].天津體育學院學報,2007,22(4):281-283，341.

[2]劉揚，孫怡寧，馬祖長，等.基于實船動力學測試信息的我國優(yōu)秀女子賽艇運動員技術特征分析[J]體育科研，2013，(5):60-63.

[3]游永豪，劉揚，王廣磊，等.國家賽艇隊MH2-隊員劃槳技術指標體系的構建[J].北京體育大學學報,2015,(6):126-132，138.

[4]鄭偉濤,韓久瑞,葛新發(fā)，等.賽艇動力學測試系統(tǒng)的研制[J].武漢體育學院學報,2001,(3):87-89.

[5]DOYLE M M，LYTTLE A，ELLIOTT B.Comparison of force-related performance indicators between heavyweight and lightweight rowers[J].Sports Biomech,2010,9:178-192.

[6]NOLTE V.Rowing Faster[M].Human Kinetics Publishers,2004.

[7]ROTH W,SCHWANITZ P,PAS P,etal.Force-time characteristics of the rowing stroke and corresponding physiological muscle adaptations[J].Int J Sports Med,1993,14:S32-S34.

[8]SCHWANITZ P.Applying biomechanics to improve rowing performance[J].FISA coach,1991,3:1-7.

[9]SMITH R M,LOSCHNER C.Biomechanics feedback for rowing[J].J Sports Sci,2002,20(10):783-791.

[10]SMITH R M,SPINKS W L.Discriminant analysis of biomechanical differences between novice,good and elite rowers[J].J Sports Sci,1995,13：377-385.

[11]SOPER C,HUME P A.Towards an ideal rowing technique for performance:the contributions from biomechanics[J].Sports Med,2004,34(12):825-848.

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

國家賽艇隊備戰(zhàn)2016年巴西里約奧運會水上實船運動生物力學專項科技服務(2015H7058)。

陳煒(1983-)，男，安徽合肥人，助理研究員，主要研究方向為運動訓練和國民體質(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.安徽省體育科學技術研究所，安徽 合肥 230001；2.合肥師范學院，安徽 合肥 230009；3.安徽省水上運動管理中心，安徽 合肥 230000 ；4.河北省體育局 水上運動管理中心，河北 石家莊 050051；5.中國科學院 合肥物質(zhì)科學研究院，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.

G804.6

A