新規(guī)則女子標槍及氣動力特性與投擲技術

1、.對3支新規(guī)則女子標槍進行氣動力風洞試驗，通過試驗發(fā)現(xiàn)新規(guī)則女槍的升阻比有所減小，在相同攻角下低頭力矩較大，從而使標槍的飛行性能有所下降。但這些變化使標槍裁判工作的客觀性和準確性大大增加了。文中還對改進女子標槍的投擲技術進行了分析并提出了建議。國際田聯(lián)規(guī)定，自1999年4月1日起，將在所有正式田徑比賽中使用新規(guī)則女子標槍(以下簡稱新槍)，表1是新、舊規(guī)則(1988年規(guī)則)女子標槍的規(guī)格。由于標槍是一個細長體，標槍重心位置的變化對標槍飛行時的氣動力產生影響，并最終影響標槍的飛行遠度。為了了解標槍重心位置的變化對標槍飛行時的氣動力參數(shù)的影響和新槍的性能，有必要對新槍的氣動力特性進行深入的研究，以指

2、導運動訓練的實踐。表1新舊標槍的規(guī)格單位：cm,g全長重心至槍尖距離比賽重量槍身最大直徑舊標槍新標槍22023022023095926056256002.52.5表2六分量應變天平的量程和靜校精度單位：M.m分量軸向力法向力側向力滾動力矩偏航力矩俯仰力矩量程精度%200.42700.20500.0611.691.50.1350.351研究方法在收到1998年國際田徑競賽規(guī)則后，我們及時與國內生產標槍的廠家聯(lián)系，在各廠家的大力支持下，我們獲得了3支符合1999年國際田徑比賽規(guī)則規(guī)定的女子標槍，對女子標槍進行了有關參數(shù)的測試，并于1998年10月在航天部701所FD-09低速風洞進行了標槍的氣動力

3、風洞試驗，試驗使用的是六分量應變天平，試驗風速為24 m/s和26m/s，試驗攻角范圍為-30°40°，間隔5°。查閱了近年來國際、國內公開發(fā)表的有關擲標槍技術的論文與資料，收集了有關數(shù)據，并據此對投擲新槍的技術進行了初步分析。2分析與討論從表3中可見，3個廠家制造的新規(guī)則女子標槍均符合1999年國際田聯(lián)比賽規(guī)則的規(guī)定，標槍重心距離標槍尖的最大距離均小于92 cm，且相互之間的差異較小，但值得注意的是，3支標槍的重量有一定差距，運動員在選擇標槍時應使用重量較輕的標槍。表3新規(guī)則女子標槍的部分幾何參數(shù)單位：mm,g標槍全長重心至槍尖距離重心相對位置重量飛鹿皇冠天成2

4、2242219221591691591441.19%41.23%41.26%607.5617.5619.0從圖1中可見，新槍的升阻比(升力與阻力的比值)有較大差異，舊標槍的升阻比值較大，最大可達到2.48，而新女槍只能達到2左右。與舊槍相比，新槍的升阻比有較顯著的下降。新標槍升阻比下降的原因是由于自1988年以來，國際田徑比賽規(guī)則經過數(shù)次變化，現(xiàn)在新規(guī)則女子標槍的尾部較1988年規(guī)則的舊標槍有較大增粗，導致阻力上升的緣故。由于升阻比上升，將使新規(guī)則標槍的飛行性能有所下降，在相同的出手速度和其它飛行初始條件下，新標槍的飛行遠度將會有所下降。圖1國產飛鹿牌女子標槍的升阻比標槍飛行時，由于空氣動力的

5、合力作用點(壓力中心)并不一定與標槍重心位置重合，因而會產生一個使標槍圍繞其質心橫軸旋轉的力矩，由于這一力矩會使標槍在飛行時產生俯仰運動，因而稱其為俯仰力矩。當俯仰力矩系數(shù)為正時，力矩的方向向上，其作用使標槍在飛行時抬頭。當俯仰力矩系數(shù)為負值時，力矩的方向向下，其作用使標槍在飛行時低頭。為了進一步分析俯仰力矩與攻角的關系，可將其變換為無量綱的系數(shù)。從圖2中可見，新、舊飛鹿牌女子標槍的俯仰力矩系數(shù)有很大差異。在0°5°的攻角內，新舊標槍的俯仰力矩系數(shù)的值均較小，因而對標槍飛行時的俯仰作用的影響也較小。當攻角增至10°以后，舊槍的俯仰力矩系數(shù)的數(shù)值有所變化，但幅度較小

6、，而新槍的俯仰力矩系數(shù)的值卻有顯著變化，表現(xiàn)為出現(xiàn)一個較大的低頭力矩。這一變化對標槍飛行遠度的影響是當標槍以較大攻角飛行時，會有一個較大的低頭力矩使標槍在飛行時過早低頭而降低飛行遠度，見表4。圖2國產飛鹿牌女子標槍的俯仰力矩系數(shù)表4新槍對不同水平女子標槍運動員成績的影響原來成績30 m40 m50 m60 m70 m預計下降幅度01%2%3%3%4%4%5%5%6%根據目前對標槍技術的研究，影響擲標槍成績的因素有標槍飛行的初始條件，標槍的幾何物理參數(shù)和天氣因素。當后兩者的因素確定時，運動員擲標槍的技術影響著標槍飛行的初始條件，從而決定了運動員的投擲成績，見圖3和圖4。圖3影響標槍飛行遠度的因素

7、圖4影響標槍飛行初始條件的因素通過實踐和研究證明，對標槍飛行遠度起決定作用的因素是標槍的初速度。在其它條件不變的情況下，標槍的初速度每增加1 m/s，飛行遠度大約增加5 m。由于目前尚沒有對新規(guī)則女子標槍進行計算機模擬計算，我們根據男子標槍的有關數(shù)據和對新女槍的實際試投成績情況，對新女槍的飛行遠度做了一個初步估計，見表4。由于標槍的初速度對遠度的影響是第一位的，而新槍的滑翔性能有所下降，因此要提高運動員的成績，首先應提高運動員的出手速度即標槍的初速度。根據圖4，可以進一步分析提高出手速度的有效途徑：如加強專項力量訓練、改善運動神經-肌肉系統(tǒng)的協(xié)調，提高快速鞭打能力；根據運動員的實際情況，進行提

8、高助跑速度的訓練；改善助跑與用力的銜接，減小助跑速度的損失。這些措施均可有效地提高標槍的出手速度。為了改進助跑與用力的銜接技術，女子標槍運動員在交叉步右腳落地后應盡量減少右腿的緩沖時間，相對延長快速蹬伸用力時間，這是減少速度損失的關鍵。表5中是10名男子標槍運動員(最佳成績7084 m)和8名女子全能運動員(最佳成績3545 m)的實驗測試結果，表明了在交叉步右腳觸地瞬間至左腳觸地瞬間過程中右腿工作的3個階段的時間參數(shù)(平均值)。表5擲標槍最后用力時右腿工作的階段和時間(s)階段平均時間男子(N=10)女子(N=8)被動緩沖階段主動蹬伸階段慣性前移階段總時間0.1050.0900.0300.2

9、250.1610.0620.0130.236注：均以右手投擲為例，以下同為了使助跑時獲得的動能有效地轉換為標槍的出手速度，在最用力時，加強左腿的制動和支撐用力是一個關鍵，通過測試證明，女子標槍運動員最后用力時左腿蹬伸用力的效果較差，在標槍出手時左膝常常不能充分蹬直，見表6。由于有的女子標槍運動員在最后用力時左膝彎曲過大，加長了緩沖時間，使動量的轉換受到損失，在擲標槍時，左腿未充分蹬伸，使產生的垂直沖量較小，也減小了標槍的垂直速度，并使標槍的初速度和出手角度受到影響，因此需要加以改善。表61995年田徑世錦賽女子標槍前3名運動員投槍時的左膝角度(°)姓名左腳著地時左膝最大彎曲時標槍出手

10、時成績謝科連科迪里婭英格伯格16216117213915015015017818067.5665.2265.16由于標槍是一個細長體，標槍飛行的初始條件對標槍的飛行遠度影響極大，從圖3、4中可見，標槍的飛行遠度不僅取決于標槍的初速度，還取決于其它條件，如初始俯仰角速度，初始攻角、出手角度等。這意味著，如果僅有較高的出手速度不一定就能投出最好成績，還應與其它初始條件進行最佳組合，才有投出好成績的可能。根據對舊槍進行計算機模擬計算的結果，投擲各種舊槍的最佳出手角度在30°32°，最佳初始攻角約為0°-2°，此時與之匹配的最佳初始俯仰角速度和偏航角約為零。而目

11、前女子標槍運動員投擲標槍時的出手角度的差異很大，見表7。如果當時謝科連科能適當增大出手角度至32°和減小偏航角至0°，她的成績將能達到75 m，這是一個令人震奮的成績!對于使用新槍來說，運動員的最佳出手角度的數(shù)值將會增大2°左右，其它參數(shù)的最佳值尚需進行深入研究。圖5初速度(V0)對標槍飛行遠度的影響飛鹿65 m級舊女槍，出手角度=32°表71995年田徑世錦賽女子標槍前3名運動員的標槍飛行初始條件姓名出手速度m/s出手角度°初始攻角°偏航角°成績m謝科連科迪里婭英格伯格26.725.124.92835340-1810161

12、167.5665.2265.16同男子標槍運動員一樣，女子運動員在最初使用新槍時可能會產生一些不利的心理影響，如新標槍的手感較差，槍頭明顯變沉，投擲時成績不如以前，這些均會加重運動員的心理負擔。對于這種情況，教練員和運動員應給予足夠的重視，否則有可能像當年男子標槍運動員的情況一樣，由于對新標槍不適應，使現(xiàn)在一批在役的優(yōu)秀女子標槍運動員過早退出運動生涯。教練員根據具體情況制定相應措施，以克服運動員的不利心理因素。3結論3.1新槍的最大升阻比在2左右，比舊槍有較大下降，使標槍的飛行性能有所下降。3.2當飛行攻角大于10°時，新槍會產生較大的低頭力矩，使標槍過早低頭落地，并使標槍的飛行距離減小。 全訊網|www.049.cc3.3新標槍的落地角度將會大大增加，從而使裁判工作的難