我国优秀赛艇运动员划桨技术运动生物力学分析

游永豪，宋 旭，马祖长，刘 扬，王广磊，李吉如，曹春梅



我国优秀赛艇运动员划桨技术运动生物力学分析

游永豪1，宋 旭1，马祖长2，刘 扬2，王广磊1，李吉如3，曹春梅4

采用赛艇运动生物力学测试系统对我国赛艇队63名运动员进行划桨技术测试与诊断评价。研究表明，1)赛艇划桨技术运动生物力学分析应当包括个体分析、整体分析、多人艇的配合分析3个方面。个体分析主要是对单个桨手划桨技术的诊断与分析；整体分析用于了解艇的运动状况和桨手组合做功情况；多人艇的配合分析是指桨手间拉桨技术的一致性分析。2)递增桨频测试可以了解到桨手在不同桨频下划桨技术的稳定性，找出整条艇或个人划桨技术不稳定的桨频临界值，反馈给教练员进行有针对性的训练提高。3)目前，国家赛艇队存在的拉桨用力模式较多，拉桨技术错误类型较多。前用力模式较为合理，也认同后发力的重要性。在多人艇桨手用力模式组合方面，双桨可采用前用力、后用力搭配组合，单桨建议采用前用力组合。4)国家赛艇队普遍存在入水过深、出水打滑等问题。入水过深与入水前的扬桨有关，也可能与桨架高度有关。出水打滑是由入水过深、出水后的空划引起的。

赛艇；划桨技术；运动生物力学；打滑；空划

1 前言

赛艇属于体能主导类周期耐力性运动项目，要求运动员具有强大的体能支撑和极高的专项技术[3,5]。合理的划桨技术能够在保持艇速的前提下尽可能的减少运动员体能消耗。本研究旨在分析现阶段国家赛艇队划桨技术存在的问题，帮助教练员和运动员发展创新高效的运动技术模式、调整装备设计、配置艇位并制定比赛策略，也为进一步探索赛艇划桨技术的生物力学分析方法提供依据与实践参考。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

中国国家队赛艇运动员63名(表1)，通过队医和科研团队测试鉴定，近期无伤病、无运动性疲劳等情况。

表 1 本研究受测运动员基本信息一览表Table 1 The Basic Information of National Rowing Team

注：M代表男子，W代表女子，H代表公开级，L代表轻量级，-代表单桨，×代表双桨，+代表单桨有舵手。

2.2 研究方法

2.2.1 文献资料研究

收集有关赛艇运动生物力学分析方面的国内、外文献资料，借鉴相关分析方法和结论。结合科研人员对国家赛艇队技术测试的实时反馈内容，归纳赛艇技术运动生物力学分析的思路。本研究认为应包括个体分析、整体分析和多人艇的配合分析3个方面。个体分析主要包括桨的动力学分析、桨和滑座的运动学分析；整体分析主要包括艇的运动学分析和桨手总体做功状况分析；多人艇配合分析主要是对入水时机、出水时机的一致性分析，以及桨力的合理配合分析。

2.2.2 运动生物力学测试

测试方法主要包括实船运动生物力学测试和二维跟踪摄像。实船运动生物力学测试采用的是Dr.Valery Kleshnev团队研发的BioRowTel测试系统，主要用于获取赛艇实船运动中艇、桨柄、桨叶、滑座的运动学参数和桨柄力的动力学参数。二维跟踪摄像采用的是索尼FDR-AX100E高速摄像机，主要用于提供测试系统的同步图像、辅助技术分析与诊断评价。

测试距离为2 000 m，采用递增桨频测试方案：0～100 m起航桨，100～500 m浆频为20桨/min，500～1 000 m 24桨/min，1 000～1 250 m 28桨/min，1 250～1 500 m 32桨/min，1 500～1 750 m单人艇为34桨/min、其他艇为36桨/min，1 750～2 000 m最高浆频。测试方案粘贴至领桨手桨频表旁，分析时以实际桨频为准。

采用递增桨频测试的原因：不同桨频划桨时，拉桨时间基本一致，低桨频的回桨时间较长，有利于桨手对划桨技术更好的掌控；高桨频划桨可以反映桨手在比赛状态下的划桨技术。不同桨频下划桨技术的一致性可以评价桨手对划桨技术的掌控能力。日常训练或比赛中，教练员都要求桨手在所有桨频下的拉桨技术应当一致。本次测试也有同样的要求。个别测试组由于桨手体能、技术等原因无法达到所要求桨频或根据分析需要，选取数据时部分样本选取不足8段桨频数据。每个桨频选择较为稳定的5～10个划桨周期做均值后分析。测试地点：千岛湖国家水上训练基地。测试环境：晴天、无风浪。测试时间：2014年5月27日-6月1日，常规水上训练时间。

3 结果与分析

3.1 个体分析

由于每位桨手划桨技术都不完全一致，因此，个体分析案例仅选取测试中划桨技术 “生物力学特征具有普遍性”或“对现代划桨技术具有代表性”的个案进行说明，主要包括桨的动力学、桨和滑座的运动学。

3.1.1 桨的动力学分析

桨角-桨力曲线反映不同桨角下的桨力情况，可以综合反映桨的动力学特征。每一个划桨周期都会形成一个封闭的桨角-桨力曲线图，曲线围绕的面积表明做功大小。本研究中采用该曲线对桨的动力学进行分析。

根据用力时机的不同曾有人提出3种典型桨角-桨力曲线(图1)，分别是强调拉桨前期、中期和后期用力的曲线[3]，分别可简称为前用力曲线、中用力曲线和后用力曲线。但实际测试中，除了以上3类曲线外，还有一些特殊曲线(图2、图3)。

3.1.1.1 典型桨角-桨力曲线

本次递增桨频划桨技术测试的其中一个目的是考查桨手在不同桨频下划桨技术的稳定性。根据图1曲线重叠程度可以观察3位桨手在不同桨频下划桨技术的一致性。其共同特点是低桨频下划幅较长，峰值较小；高桨频下划幅较短，峰值较大；重叠程度较好。但是，HW4×(1)的前弧和HW4×(2)的后弧饱满度不够；LM2×(2)和曲线c不够平滑，说明该桨手划桨用力肌群的协调性不好或用力顺序不合理。

曾经有学者对3种经典曲线进行分析评价，彼得·施万尼茨支持前用力模式[1]，Stephen Seiler支持中用力模式[10]，沃尔特·罗恩支持后用力模式[6]，且各自从生物力学、生理学、机械动力学和流体力学等方面分析了原因。曹景伟等[2]提出，运动员采用什么样的桨力曲线特征，受四肢、臀部、臂部肌肉力量、肌纤维类型等自身身体条件制约，运动员可根据自身条件选择发力模式，并提出，拉桨后期的艇速要远远高于前期。因此，在桨力曲线面积(一桨冲量)相同的情况下，后期发力模式的有效功率要大于前期发力模式。

图 1 强调拉桨前期、中期、后期用力典型曲线图Figure 1. The Typical Diagram of Highlights Pulling Force in the Prophase,Metaphase and Anaphase

图 2 本研究二次用力桨角-桨力曲线图Figure 2. The Two Force Diagram of Oar Angle-handle Force

图 3 本研究平均用力桨角-桨力曲线图Figure 3. The Average Force Diagram of Oar Angle-handle Force

注：HM8+测试中，7号位运动员桨柄力测试从第4个桨频以后出现了故障。

本研究较为认同前用力模式，同时，也认同后用力的重要性。主要基于以下考虑：1)拉桨过程中，下肢力量最大，屈伸幅度最大，是拉桨力量的主要来源；躯干和上肢力量相对较弱，屈伸幅度较小，主要起固定作用。只有在拉桨后期，下肢膝关节伸展接近最大角度(约180°)，蹬伸速度降低，下肢无法继续提供足够动力，主要通过躯干后倒产生的重力、上肢的拉力做功。因此，本研究认为，前用力模式拉桨最有效。2)由于回桨阶段的艇速最终由出水瞬间决定，拉桨后期加大拉桨力量会对艇速有更好的贡献。但是，若强调拉桨后期发力，躯干后倒产生的重力恒定的情况下，只能通过加大上肢拉桨获得取更大的动力，但是，一般人上肢力量远远小于下肢力量，强调后用力，势必会造成拉桨效率的降低。所以，从生物力学作用机制方面考虑，通过加大拉桨后期的拉桨力量提高艇速不太合理。英国著名赛艇教练Mike Spracklen提出，有效的划桨是从桨叶入水到出水一直持续加速的桨叶运动，桨叶干净的出水可以使艇速最大，出水缓慢粘滞会降低艇速[7]。因此，获得更快的出水速度，最好的办法就是拥有干净有力的出水技术。

3.1.1.2 特殊桨角-桨力曲线

1.二次用力曲线

二次用力曲线在形态上具有2个桨力峰值，图2中的3个曲线都属于二次用力曲线。艇速随桨力的变化而变化，二次用力会造成艇速的波动，降低划桨效率。因此，划桨过程中要避免二次用力。

图2中HM4×(3)是最典型的二次用力曲线，2个波峰和1个波谷都非常明显，而且，不同桨频下二次用力情况基本一致。二次用力曲线形成的原因一般是：1)拉桨至形成波谷的角度前后躯干的固定不够稳定，使下肢力量向桨柄的传递效率降低；2)蹬腿发力不协调。

HW4×(4)在划桨前期有1个明显的波峰造成了二次用力现象，桨频越高，二次用力现象越明显，表明该桨手过于注重抓水后的突然发力。抓水时大、小腿充分折叠，膝关节角度过小，下肢蹬伸力量无法达到最大，此时，下肢肌肉的勉强突然收缩发力会造成拉桨前期下肢负荷过大，后续蹬伸力量不足，还容易引起出水打滑，且峰值力量出现在桨角为-50°左右，桨叶做功效率非常低，不利于艇-人-桨系统的加速。

HW4×(3)是轻微二次用力曲线，一般是由于拉桨过程中躯干固定不稳、稍有松动，或用力肌群收缩不协调造成的。

2.平均用力曲线

平均用力曲线是指桨叶入水后拉桨力量较为平均，波峰不明显的曲线(图3)。

仅从曲线上观察，平均用力曲线很容易被认为是做功最大的用力类型。其实不然，桨叶做功效率最大的角度应该接近于0°，此时桨垂直于艇纵轴。桨角大于或小于0°时，桨叶做功效率都会逐渐降低，且下肢蹬伸力量也有先增大后减小的规律性。因此，强调平均发力，会使做功效率低的桨角范围内的桨力相对较大，做功效率高的桨角范围内的桨力相对较小，从而使有效功较小，划桨效率降低。

图3中HM8+(7)较HM4×(4)平均用力现象更为明显，从峰值力量上，2位桨手桨力峰值都不大。测试中发现，采用平均用力方式划桨的运动员比较少见。

3.用力变异曲线

还有些桨手不同桨频下划桨用力方法不同，可称为用力变异曲线。这种曲线说明桨手在不同桨频下拉桨技术动作不稳定。在测试中有桨手提出疑问“低桨频划桨有何意义？”，说明部分桨手没有充分理解低桨频划桨的作用，平时在不同桨频划桨训练时可能没有按照教练员要求感悟，提升划桨技术。

图4中HM8+(4)在低桨频下采用的是后用力划桨技术，高桨频下是二次用力，且桨频越高，二次用力越明显。LM2×(1)在低桨频下是中用力划桨技术，但是，高桨频下也是二次用力，也是桨频越高，二次用力越明显。LM2-(2)和LM2×(2)在起航桨和最后冲刺时是二次用力，其余桨频下接近平均用力模式。以上桨手在不同桨频下拉桨技术动作不同，很难形成动作的动力定型，不利于维持艇速恒定，需要加强不同桨频下的拉桨技术训练，纠正用力方式。另外，LM2×(2)桨力曲线不够平滑，说明该桨手拉桨用力肌群的协调性不好或用力顺序不合理。

图 4 本研究桨角-桨力用力变异曲线图Figure 4. The Variation Force Diagram of Oar Angle-handle Force

在本次中国国家队技术测试中发现，赛艇队中存在拉桨用力模式较多，拉桨技术错误类型较多，在测功仪、实船训练中应当注重用力方式的练习。

3.1.2 桨的运动学分析

桨的运动学分析可以帮助我们了解划幅、有效划幅、打滑、扬桨、空划等情况。划幅是指拉桨过程中桨划过的水平角度，反映桨的做功距离。有效划幅是划幅减去打滑幅度的桨角，反映桨有效做功距离。打滑幅度指桨叶从最前端到完全入水，或从开始出水到桨叶划至最后端时桨划过的水平角度，前者称入水打滑，后者称出水打滑。扬桨指部分桨手桨叶入水前先下压桨柄使桨叶扬起的动作。空划指桨叶没有滑到水，只划到空气，是造成打滑主要原因之一。桨从最前端到开始入水，或从出水到最后端划过的幅度可以分别评价入水空划和出水空划的幅度。

桨角反映桨的水平运动，可以说明入水角、出水角、划幅；垂直桨角反映桨的垂直运动，可以说明扬桨、桨叶深度；结合2个角度可以了解打滑幅度与有效划幅。因此，桨角-垂直桨角曲线可以综合反映桨的运动学特征。结合桨力曲线，可以了解不同桨角、垂直桨角下桨手的用力情况。

图5中HW4×(1)、HM4×(3)表明，2桨手扬桨情况比LM2×(1)更为严重。扬桨后抬桨柄入水的惯性往往会造成入水过深。有研究表明，入水深度在垂直桨角为-3°～-6°之间时较为合理[7]。HW4×(1)、HM4×(3)都有入水过深的情况。入水过深会造成推动艇前进的水平分力减小，降低划桨效率；还会使桨叶出水的垂直桨角过大，促使桨手拉桨同时还要压桨出水，不利于拉桨用力，还容易引起出水打滑。LM2×(1)扬桨程度偏弱，入水后桨叶几乎在-6°水平移动。HW4×(1)比HM4×(3)、LM2×(1)入水空划更为严重，HM4×(3)桨叶出水空划幅度比LM2×(1)、HW4×(1)较大。除了从曲线形态上观察桨的运动学特征外，还可以结合实测数据分析(表2)。

HM4×(3)在高桨频下的入水角比低桨频小，应当注意提高在高桨频下控制入水角的训练，如在艇速做标记等。3位桨手在高、低桨频下的出水角和划幅差异不是很大。3位桨手在高桨频下的入水打滑幅度都大于低桨频，尤其是LM2×(1)在高、低桨频下打滑程度差异更大，说明该桨手需要进行高桨频下的抓水效果训练。结合桨角曲线分析，造成LM2×(1)在高桨频下打滑严重的原因可能主要是入水前的空划造成的。HM4×(3)入水打滑情况相对较小，表明其抓水效果较好，桨几乎是以最小桨角入水。3位桨手高桨频下出水打滑幅度从小到大依次是LM2×(1)

注：HW4×(1)对应图1中HW4×(1)桨力曲线，HM4×(3)对应图2中HM4×(3)桨力曲线，LM2×(1)对应图4中LM2×(1)桨力曲线；垂直桨角计算中已经考虑艇的倾斜。

表 2 本研究图5中3位运动员桨的运动学指标一览表Table 2 The Paddle Kinematics Index of Three Rowers in Figure 5

注：低桨频包括测试中第2、3、4 3个桨频数据，高桨频包括第5、6、7 3个桨频数据；有效划幅%=有效划幅/划幅；*表示高、低桨频对比差异具有统计显著性；空划、扬桨幅度等暂时未能获取定量数据。

测试中发现，目前，中国国家赛艇队运动员普遍存在入水过深、出水打滑的问题。入水过深除了与入水前的扬桨有关外，也可能与桨架高度有关，因为中国赛艇桨架高度普遍比国外的高。但是，鉴于改变桨架高度可能会带来桨手技术动作的变异，因此，改变桨架高度是否会有帮助还有待于进一步实验论证。教练员可以通过一定桨叶深度下的平行拉桨训练解决入水过深问题，避免空划，减小出水打滑。

3.1.3 滑座运动学分析

滑座的运动直接体现在蹬腿速度上，因此，本研究采用蹬腿速度分析滑座的运动学特征。下肢的蹬伸是推动艇行进的最主要的动力来源。蹬腿速度直接影响到蹬腿力量，蹬腿力量通过躯干和上肢的固定支撑传递到桨柄推动艇行进，对蹬腿速度的分析需要结合桨力曲线。

图6中的3种曲线都表现为拉桨阶段曲线几乎一致，尤其是HW4×(1)曲线重叠性更好，回桨时桨频越高回桨收腿速度越快，曲线向下弯曲越明显。这是因为，桨频的改变主要是由回桨时间决定，桨频越高，回桨时间越短，说明收腿速度越快。

图 6 本研究桨角-蹬腿速度曲线图Figure 6. The Diagram of Oar Angle-leg Velocity

腿蹬直后，蹬腿速度为0，之后的划桨主要依靠躯干后倒的重力和上肢屈曲力量拉桨，下肢主要起支撑作用。若用α表示蹬腿速度为0后的划桨幅度，从曲线上观察α值从大到小依次为：LM2×(1)>HW4×(1)>HM4×(3)。结合对应的桨角和桨力曲线观察，HW4×(1)蹬腿速度为0时，桨叶几乎接近出水，对应的桨力值接近于0，说明桨手在此范围内拉桨没有充分利用躯干和上肢，导致曲线后弧不够饱满；HM4×(3) 蹬腿速度为0时，桨叶已经出水开始空划，对应桨力值为0，桨力曲线后弧看似饱满，细心观察会发现浪费了约5°的后划幅度；LM2×(1)对应的桨力值在α范围内仍然较大，说明充分利用了躯干和上肢拉桨。可以通过在α范围内的水平拉桨、出水训练，减小出水打滑，提高躯干和上肢拉桨效果。

虽然拉桨力量主要来源于腿部的蹬伸，但是，由于拉桨力量还受到躯干、手臂、用力顺序、协调能力等多种因素的影响，因此，从蹬腿速度曲线的形态上很难发现桨力曲线形成的原因。

3.2 整体分析

测试中发现，在受试者中有2个组合“HW2-和HM2-”的具有不同的生物力学特征，且对大多数组合技术特征具有较为广泛的代表性，整体分析中以这2个组合为例进行说明。

3.2.1 平均艇速与每桨距离

平均艇速反映赛艇运动的快慢，决定着比赛成绩；每桨距离指每1个划桨周期内赛艇行进的距离，反映划桨的有效性。桨频越高，做功的次数越多，划桨周期越短，一般情况下，桨频与平均艇速正相关，与每桨距离负相关。

图 7 本研究HW2-和HM2-不同桨频下平均艇速与每桨距离曲线图Figure 7. The Diagram of Average Boat Speed and Distance Per Stroke about HW2- and HM2- in Different Stroke

递增桨频测试中，HW2-和HM2-均体现了桨频与平均艇速和每桨距离的相关关系(图7)。但是，HW2-在桨频递增至31.5桨/min以后，平均艇速没有明显变化，桨频达到34.3桨/min时，艇速稍有下降，说明其在高桨频下维持较高艇速的能力不足。HM2-在桨频达到42.1桨/min后，桨频反而下降，未能维持或继续递增桨频，说明维持较高桨频下的持续拉桨的能力不足。

3.2.2 每桨做功和桨叶功率

做功越多，转化到艇上的动能越大；功率越大，划桨过程中做功越快。本测试每桨做功计算公式：W=p×60/str，p为桨叶功率，str为桨频。因此，功率不变时，做功大小与桨频成反比；桨频不变时，做功与功率成正比；做功大小不变时，功率和桨频成反比。但事实上，递增桨频测试中，3个参数都在不断变化，没有绝对的正比或反比关系。

图 8 本研究HW2-和HM2-不同桨频下每桨做功和桨叶功率曲线图Figure 8. The Diagram of Rowing Power and Work Per Stroke about HW2- and HM2- in Different Stroke

HW2-和HM2-在测试中的每桨做功和桨叶功率表现了2种形态(图8)。2个组合起航阶段都具有较高的做功和功率。随着桨频递增，HW2-做功逐渐减小，功率在桨频达到31.5桨/min以后变化不大，结合图7艇速发现，桨频达到31.5桨/min以后，随着桨频递增，艇速也没有明显的变化。因此，31.5桨/min是该组合划桨做功效率达到最大值的临界桨频。HM2-测试中桨频与做功、功率都成正相关关系，与桨频与艇速之间的关系相似，该组合在高桨频下表现出很强的做功能力和维持较高艇速的能力，42桨/min可能是该组合划桨效率最好的临界桨频。临界桨频或比临界桨频稍高的划桨训练有助于提升高桨频下的划桨效率。

3.2.3 艇倾斜幅度和俯仰幅度

划桨过程中，艇自身稳定性直接影响着其行进的阻力。反映艇自身稳定性的因素主要包括艇倾斜(绕艇纵轴旋转)幅度、俯仰(绕艇横轴旋转)幅度和偏航(绕垂直轴旋转)幅度等。艇的倾斜破坏了艇浸入水中的部分原有的流线型，易形成湍流，增大水对艇的阻力；另外，艇的倾斜使艇中轴线左右的流线不对称，会导致艇纵向中轴左右、艇头尾水的流速不同，进而形成使艇偏航的合外压强。艇的俯仰会使艇前后的压差阻力时大时小，俯仰幅度越大，压差阻力变化越大，引起艇速的变化幅度就越大。艇的航向由舵手掌控，无舵手时由领桨手(双人单桨中的2号位)通过脚蹬掌控。艇的偏航易使艇驶出航道，增大艇航行的路程，还会分散领桨手注意力，降低拉桨力量。本次测试中，仅通过录像直观了解艇的偏航情况。

对于单桨项目，艇的倾斜幅度主要受桨手配合能力影响。HW2-和HM2-测试中艇的倾斜幅度随浆频递增没有明显的规律，低桨频下表现的配合能力时好时坏可能与桨手对低桨频测试的不重视有关。而接近比赛桨频测试中，艇倾斜幅度也不断增加。HW2-和HM2-在第5个和第7个桨频下艇的倾斜幅度分别增加了1.02°和0.86°(图9)。艇的俯仰幅度主要是由桨手重心的移动造成的，也受体重大小影响。桨频越高，回桨速度越快，桨手重心前移就越快，艇的俯仰幅度也就越大。测试中HW2-和HM2-均体现了这一特点。

图 9 本研究HW2-和HM2-不同桨频下艇倾斜幅度和俯仰幅度曲线图Figure 9. The Diagram of Boat Roll Amplitude and Boat Pitch Amplitude about HW2- and HM2- in Different Stroke

高桨频近似于比赛桨频，更能体现比赛状态下的划桨技术，为了描述更加简洁，以下部分内容仅在高桨频的基础上展开。

高桨频下，HW2-在入水和出水时艇倾斜幅度各有1个正向峰值，拉桨阶段桨角约-25°时，有1负向峰值。HM2-在入水时有1个正向峰值，拉桨至约0°时有1个负向峰值(图10)。相对于左桨手，若右桨手桨叶入水较早、较深、入水和出水角较小、拉桨时力量较大、出水较晚等都会使左舷朝上，艇倾斜角为正。相反情况，艇倾斜角为负。左舷朝上后艇的回位作用会使艇在回桨过程中右舷朝上，使艇倾斜角为负。因此，造成HW2-和HM2-艇倾斜的具体原因需要结合桨力曲线、桨角曲线等综合分析。

图 10 本研究高桨频下划桨周期内桨角-艇倾斜幅度曲线图Figure 10. The Diagram of Oar Angle-boat Roll about HW2- and HM2- about High Stroke in a Stroke Cycle

注：正值代表左舷朝上，负值代表右舷朝上；6、7分别代表第6、7个桨频；桨与“垂直与艇纵轴的直线”形成的水平夹角为桨角，前弧为负，后弧为正；下同。

艇的俯仰受桨手重心移动和重力大小影响，理论上，艇头朝上的时刻应该发生在桨角最小时(重心最靠近艇头)，艇尾朝上应该发生在桨角最大时(重心最靠近艇尾)。但是根据图11，艇头朝上的时刻并非发生在桨角最小时，而是接近拉桨力量最大时刻(结合桨角-桨力曲线)。这应该是由入水拉桨时桨叶产生对艇-人系统的升力矩以及后下方向的脚蹬力造成的。因此，艇的俯仰除了与桨手重心移动和重力大小有关以外，还应该受桨叶升力和脚蹬力影响。

图 11 本研究高桨频下划桨周期内桨角-艇俯仰幅度曲线图Figure 11. The Diagram of Oar Angle-boat Pitch about HW2- and HM2- about High Stroke in a Stroke Cycle

注：正值代表艇头朝上，负值代表艇尾朝上。

3.2.4 1个划桨周期内艇速和艇加速度变化

1个划桨周期内的艇速变化可以反映做功效率，艇速变化越大，做功效率越低；艇加速度变化反映艇受合外力作用的情况。

最低艇速发生在拉桨前期，最高艇速发生在回桨后期(图12)。拉桨阶段艇速先快速降低，后缓慢上升；回桨阶段艇速先缓慢上升，后快速降低。整个曲线形态近似横向水滴状。桨手的质量大约是艇的4～8倍，桨手在艇行进方向的移动所产生的动量对艇速影响极大[8]。回桨阶段，桨手向艇尾移动使艇速增加，但艇-人-桨系统在减速；拉桨阶段，桨手向艇头移动使艇速降低，但艇-人-桨系统在加速[11]。水的阻力与艇速的平方成正比，理想的划桨技术是划桨过程中消除艇速的波动并保持艇速恒定。但现实中，艇速受到多种因素影响，无法实现艇速恒定，只能尽量减小艇速波动的振幅。艇速波动的振幅是决定赛艇运动成绩最为重要的因素之一。因此，桨角-艇速曲线的形态水滴越“瘦长”越好。根据实测数据，HW2-和HM2-桨角-桨力曲线图均属于前用力划桨技术[3]，该技术要求拉桨阶段需要快速发力抓水，使桨力快速达到最大并尽量维持。因此，拉桨阶段产生的桨角-艇速曲线越接近于“V”字形态的越好，“V”字底部的产生接近拉桨力量最大的时刻。回桨前、中期，为保持艇速恒定，所有的划桨技术均要求桨手控制艇从滑座下匀速划过，就好像桨手不动，艇匀速前进[9]。因此，桨手在回桨前期应该尽力减小其重心的水平加速度变化。回桨后期，为了更好的抓水发力拉桨，桨手下肢蹬伸肌群需要做超等长收缩，蹬伸转换时势必会造成艇速的由快到慢的波动。由此，桨角-艇速曲线的理想形态并非是对称的，而是上缘较扁平、下缘较饱满的横向水滴。图12中HW2-桨角-艇速曲线较为“瘦长”，艇速变化较小，更接近于理想水滴状。

图 12 本研究高桨频下1个划桨周期内桨角-艇速曲线图Figure 12. The Diagram of Oar Angle-boat Velocity about HW2- and HM2- about High Stroke in a Stroke Cycle

根据牛顿第二定律，艇加速度与艇质量成反比，与艇受到的水平方向合外力成正比。划艇过程中，艇质量不变，合外力由脚蹬力、桨栓力、水阻力、风阻力、滑座摩擦力、压差阻力等合成。拉桨过程中，脚蹬力、水阻力、风阻力、压差阻力是艇前进的阻力，桨栓力、滑座摩擦力是助力。脚蹬力和桨栓力是影响艇速的最主要因素，桨加速度变化主要是脚蹬力和桨栓力对抗的结果。而桨栓力主要由脚蹬力通过躯干和上肢的传递获取。HW2-和HM2-的桨角-艇加速度曲线在拉桨阶段都有2个波峰(图13)。从对艇速的贡献考虑，拉桨阶段加速度曲线越平滑、波谷越窄、上升越快、峰值越大对艇速的贡献就越大。因此，HW2-拉桨阶段的用力模式好于HM2-，而HM2-更要注意拉桨阶段对脚蹬力、桨栓力的协调控制。回桨阶段也是赛艇运动中的间歇阶段，因此，要保证全身放松，为拉桨做准备，艇速、艇加速度变化都不应太大。HW2-和HM2-回桨阶段艇加速度都呈平缓降低趋势。但是，由于HM2-拉桨初期蹬腿力量向桨栓力的转换效率较低，造成拉桨曲线与回桨曲线的“8”字交叉。

图 13 高桨频下1个划桨周期内桨角-艇加速度曲线图Figure 13. The Diagram of Oar Angle-boat Acceleration about HW2- and HM2- about High Stroke in a Stroke Cycle

3.3 多人艇的配合分析

对于多人艇，决定比赛成绩的因素除了与桨手个人能力、自然因素和艇本身有关外，还有一个重要的因素就是多名桨手的配合。多人艇的配合主要是指对桨手间入水时间、出水时间、入水角、出水角、桨叶高度与深度、拉桨速度、桨力大小等方面的一致性分析[4]。最终目标是实现1+1>2的划桨效果，避免1个人划艇的现象，避免产生对艇的扭转力矩和俯仰力矩。

多人艇桨手入水或出水时间不同时，双桨艇会形成1个人划桨的现象，增大先入水或后出水运动员的划桨负荷，还会形成对艇的俯仰力矩，增加艇的俯仰幅度；单桨艇会对艇产生扭转力矩，易使艇偏航。入水角、出水角、桨叶高度与深度、拉桨速度、桨力大小等不一致，会使艇产生俯仰力矩，单桨艇还会形成使艇偏航的扭转力矩。无论双桨还是单桨，出水时机的一致性更为重要。因为，桨叶出水后的回桨过程中艇几乎没有动力来源，主要靠惯性前进，艇出水时的艇速和航向对比赛成绩极为重要。

图14中，HW2×和HW2-桨手的入水时间都相同，入水时没有出现1个人划桨的现象。HW2×领桨手入水角度相对较小，桨力在角度上的增加较快，入水时易使艇产生后仰力矩；拉桨过程中，领桨手力量较大时会产生后仰力矩，力量较小时产生前倾力矩。HW2-跟桨手(右桨)入水角度相对较小，入水时除了使艇产生前倾力矩外，还会使艇产生艇头左偏的扭转力矩；领桨手(左桨)拉桨力量较大，在拉桨过程中也会使艇产生艇头左偏的扭转力矩；跟桨手以较小的角度先出水，领桨手1个人划桨会产生后仰力矩和使艇头右偏的扭转力矩。艇的俯仰变化还要考虑桨手重心移动、重力大小、桨叶升力、脚蹬力等因素，分析起来较为复杂。从录像上观察，拉桨过程中，HW2-艇头先左偏、后右偏，虽然桨叶出水后基本没有偏离航向，但是，会降低桨的做功效率。

图 14 本研究HW2×和HW2-桨角-桨力曲线与时间-桨力曲线图Figure 14. The Diagram of Oar Angle-handle Force and Time-handle Force about HW2× and HW2-

注：1代表1号位为跟桨手，2代表2号位为领桨手；HW2-中1号位为右桨，2号位左桨；HW2×桨频为38.8桨/min，HW2-桨频为34.8桨/min。

在桨手用力模式的组合方面，本研究认为，对于双桨，应当是前用力和后用力2种用力模式的组合更为合理，最好半数桨手属于前者，另外半数属于后者，这样有利于拉桨前期和后期对艇的持续加速；对于单桨，各桨手的桨力曲线应当重叠，拉桨速度应当一致，使左桨和右桨在每一个时刻上的桨角一致、桨力一致。图14中的HW2×2位桨手都属于前用力模式，可以尝试让跟桨手练习后用力模式，或调换1名采用后用力划桨技术的桨手与领桨手搭配。HW2-跟桨手应当加强做功距离练习，提高划幅，加强与领桨手出水一致性训练。

4 结论与建议

1.赛艇划桨技术运动生物力学分析应当包括个体分析、整体分析、多人艇的配合分析3个方面。个体分析主要是对单个运动员划桨技术的诊断与分析，有助于个人划桨技术的提高；整体分析用于了解艇的运动状况和运动员组合做功情况，可以反映运动员整体的划桨效果；多人艇的配合分析是指运动员间入水时间、出水时间、入水角、出水角、桨叶高度与深度、拉桨速度、桨力大小等方面的一致性分析，主要是为了实现1+1>2的划桨效果。

2.递增桨频测试可以了解到运动员在不同桨频下划桨技术的稳定性，找出整条艇或个人划桨技术不稳定的桨频临界值，反馈给教练员进行有针对性的训练提高。

3.目前，中国国家赛艇队运动员存在的拉桨用力模式较多，拉桨技术错误类型较多，在测功仪、实船训练中应当注重用力方式的练习。本研究认为，前用力模式较为合理，也认同后发力的重要性。在多人艇运动员用力模式组合方面，双桨可采用前用力、后用力搭配组合，单桨建议采用前用力组合。

4.中国国家赛艇队运动员普遍存在入水过深、出水打滑等问题。入水过深与入水前的扬桨有关，也可能与桨架高度有关。出水打滑是由入水过深、出水后的空划引起的。可以通过入水前的抓水训练避免或减小扬桨幅度；通过一定桨叶深度下的平行拉桨训练解决入水过深问题，避免空划；通过25°以后的拉桨训练，提高“依靠躯干后倒的重力和上肢的屈曲力量拉桨”的划桨效果，减小出水打滑幅度。改变桨架高度是否会有帮助还有待于进一步实验论证。

[1]彼得·施万尼茨.运用生物力学理论提高赛艇成绩[J].FISACoach(中文版),1990—1992，(合订本):27-32.

[2]曹景伟,季林红,马祖长，等.我国优秀赛艇运动员桨力-时间曲线特征[J].天津体育学院学报,2007,22(4):281-283+341.

[3]何海峰,郑伟涛,马勇，等.赛艇运动技术的力学原理及测试分析[J].武汉体育学院学报,2005,39(4):74-78.

[4]黄胜雄,郑伟涛,韩久瑞，等.中国赛艇优秀男子轻量级运动员技术特征分析[J].武汉体育学院学报,2004,38(1):65-68.

[5]赖寒,魏薇,郑伟涛，等.湖北省男子公开级赛艇运动员划桨动作技术分析[J].山东体育学院学报,2009,25(10):52-55.

[6]沃尔特·罗恩.从生理学- 生物学角度考虑赛艇运动的负荷增加及用力[J].FISACoach(中文版),1990—1992，(合订本):33-39.

[7]郑伟涛,韩久瑞,黄谦，等.柔性赛艇双桨桨叶的水动力试验研究[J].水动力学研究与进展(A辑),2000,(2):163-168.

[8]MARTIN T P,BERNFIELD J S.Effect of stroke rate on velocity of a rowing shell[J].Med Sci Sports Exe,1980,12(4):250-256.

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

[10]SEILER S.Rowing physiology and performance[EB/OL].http:// home.hia.no/stephens/rowing.htm,2005.

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

Biomechanics Analysis on Rowing Technique for Chinese Elite Rowing Athletes

YOU Yong-hao1,SONG Xu1,MA Zu-chang2,LIU Yang2,WANG Guang-lei1,LI Ji-ru3,CAO Chun-mei4

This paper uses the rowing biomechanical testing system to test,diagnosis and evaluate rowing technique of 63 Chinese rowing team athletes.The main conclusions are as follow:1)Analysis of rowing technique about sports biomechanics should include individual analysis,overall analysis and coordination of multi person boat.Individual analysis is mainly to diagnosis and analyze for a single oar rowing technique;overall analysis is used to understand the boat movement status and power of the combination;the analysis of coordination of multi person boat is mainly about consistency between the pulling techniques.2) Increasing stroke rate testing could understand the stability of rowing technique,find stroke rate threshold of a boat or personal,and feedback to the coaches to carry out targeted training to improve.3) There were many pulling force models and error types of pulling technical in national rowing team.We approbated the prophase force model was more reasonable,and believed the importance of anaphase force model.In the coordination of multi person boat,pair oars can use the combination of prophase and anaphase force model;single-blade use the combination of prophase force.4) National rowing team universal existed the problems about too deep into water and water slip.Too deep into water has contact with lift oar before the pitch,may also contact with the oarlock height.Water slip is caused by too deep into water,and empty row after yielding water.

rowing;rowingtechnique;sportsbiomechanics;slip;emptyrow

2014-08-13；

2015-03-18

国家体育总局国家队科研综合攻关研究课题(2013A102)。

游永豪(1982-)，男，河南开封人，讲师，硕士，主要研究方向为统计评价与技术分析，E-mail:hao2703@163.com；宋旭(1968-)，男，吉林农安人，教授，硕士，主要研究方向为学校体育；马祖长(1975-)，男，研究员，主要研究方向为运动生物力学；刘扬(1979-)，男，助理研究员，博士研究生，主要研究方向为运动生物力学；王广磊(1986-)，男，助教，硕士，主要研究方向为运动生物力学；李吉如(1981-)，女，硕士，主要研究方向为运动生物力学；曹春梅(1977-)，女，副研究员，主要研究方向为运动生物力学。

1.合肥师范学院 体育科学学院，安徽 合肥 230601；2.中国科学院 合肥物质科学研究院，安徽 合肥 230031；3.广东省体育科学研究所，广东 广州 510663；4.清华大学 体育部，北京 100084 1.Hefei Normal University,Hefei 230601,China;2.Physical Science of Chinese Academy of Sciences,Hefei 230031，China;3.Sports Science Research Institute of Guangdong,Guangzhou 510663;4.Tsinghua University,Beijing 100084，China.

1002-9826(2015)04-0049-09

10.16470/j.csst.201504007

G861.404.6

A