我国优秀赛艇女子单桨运动员实船运动生物力学特征研究

陈 炜，程亮亮，杨栋栋，李 勤，刘 扬

体育科学

我国优秀赛艇女子单桨运动员实船运动生物力学特征研究

陈 炜1，程亮亮2，杨栋栋3，李 勤4，刘 扬5

采用自主研发的赛艇实船运动生物力学测试系统对我国优秀女子单桨运动员进行技术测试与评定。结果表明：1)我国优秀女子赛艇单桨运动员存在前发力、中发力和后发力3种典型的发力模式。根据我国女子单桨运动员普遍存在的桨力曲线后弧下降过快的问题，建议采用以前发力模式为主的平稳用力方式。2)我国优秀女子赛艇单桨运动员在低桨频下的拉桨幅度达到了著名赛艇运动生物力学专家Varely提出的90°的金标准，但随着桨频的提高幅度减小至83°，这可能与不正确的回桨模式有关。3)我国优秀女子赛艇单桨运动员普遍存在入水角度偏小、出水角度偏大的问题，通过实例表明，在拉桨幅度保持不变的条件下，可以通过调整脚蹬板相对于船中心线的位置调节入水角度和出水角度之间的相对大小。4)相对于一般水平双单组合，高水平双单组合无论在动作外观还是在桨力力学特征上都具有较高的一致性，教练员和运动员在平常训练中应注重通过实船测试法去关注肉眼看不见的内在力学特征的一致性。

赛艇；单桨；实船测试；技术分析

1 引言

赛艇项目为速度耐力性项目，运动员不仅需要充沛的体能为持续5～7 min的比赛作保障，同时还需要良好的技术水平。良好的划船技术能够最大限度地将身体的化学能转换为人-船-桨整个系统前进的机械能[3,7,11]。本研究旨在通过赛艇实船运动生物力学测试分析，了解现阶段国家赛艇队女子单桨运动员的实船运动生物力学特征，为教练员在未来的奥运备战训练中改进运动员的个体技术、优化多人艇配艇、调整船的结构参数等提供科学客观的数据支持[2,4,5,10]。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

以国家赛艇队备战2016年巴西里约奥运会女子单桨组的12名运动员为研究对象，通过科研团队鉴定近期无伤病等特殊情况(表1)。

2.2 研究方法

本研究采用了自主研发的赛艇实船运动生物力学测试与分析系统[2,5]，该系统采用电阻应变式传感器测量桨栓力，采用高精度电位计测量桨栓角度，采用加速度传感器测量艇加速度，采用螺旋桨测量船速，可同步记录实船运动学、动力学数据，全面反映运动员的水上实船专项技术。同时，采用SonyFDR-AX100E高速摄像机进行实船跟拍，主要用于辅助技术分析和诊断。

表 1 国家赛艇队女子双单人员信息表Table 1 The Information of Women's Double Single Personnel

赛艇实船运动生物力学测试系统的研发与应用一直是国内外赛艇科学研究的热点，目前国际上流行的Varely系统与本课题自主研发的赛艇实船运动生物力学测试系统相比，在力量和角度测量的原理上基本相同，分别采用电阻应变片测量力量，采用高精密电位计测量角度，在力量测量的位置上，Varely系统在桨柄上进行测量，本课题在桨栓上进行测量，通过杆杠原理两者之间可以换算；在角度测量的位置上，两套系统基本相同，都是测量桨杆相对于船体的位置变化。在船速的测量原理上有所不同，Varely系统采用GPS测量船速，本课题采用螺旋桨通过磁感应脉冲信号来测量船速。

在测试方案的选择上，采用了1 000 m 4级递增桨频方案，即0～250 m 22桨频，250～500 m 26桨频，500～750 m 30桨频，750～1 000 m 34桨频。采用该方案的原因是：1)观察运动员从低桨频向高桨频递增时的技术特征变化；2)采用从低桨频开始4桨一递增的方式，是为了让运动员有个逐渐适应的过程，逐步过渡到女子双单国际比赛时候的途中划常见桨频(34桨频)，并重点考察该桨频下的技术表现。测试地点为浙江千岛湖，为避免环境因素对测试结果的影响，所有测试选择在晴天并无风浪条件下进行。

3 结果与分析

3.1 桨的力学特征分析

图1为赛艇运动中典型的桨力-桨角曲线，横轴表示拉桨角度的变化，其越宽则表明拉桨幅度越大，一桨划距越长；纵轴表示拉桨力量的变化，其越高则表示拉桨力量越大。曲线所围绕的面积则反映了一桨实际做功的大小。国内、外研究表明[1,2,4,5,10]，桨力-桨角曲线是运动员个体用力特征的最佳反映，东德赛艇运动生物力学专家schwannitz[8]根据桨栓力曲线的形态特征，将其划分为3种技术风格，分别为前发力模式、中发力模式和后发力模式(图1)。前发力模式的特征在于最大桨力的出现时机最早，在桨叶刚刚入水后桨角约40°时就达到最大力量，强调拉桨初期腿、躯干和手臂的同时发力。中发力模式的最大力量出现时机较A类型曲线稍晚，强调拉桨中段躯干和上肢的用力； C类型风格桨力激发缓慢，最大力量出现时机非常靠后，强调拉桨后段上肢的用力。Schwannitz[8]通过在东德国家队数十年的大样本研究表明，上述3种类型的技术风格存在于赛艇各个小项、各水平层次的运动员当中，包括世界冠军和奥运冠军。

由于赛艇运动的发力特征在于起始于下肢大肌群，结束于上肢小肌群，目前大多数运动生物力学专家和训练学专家均支持前发力模式的赛艇技术，这种技术的优势在于能够充分利用人体的最大肌群下肢和躯干做功。加拿大赛艇运动生物力学专家Nolte[6]通过流体动力学的实验表明，前发力模式能够更好的利用桨叶的升力去拉桨，拉桨效率较高。俄罗斯赛艇运动生物力学专家Varely[6]也提倡前发力模式，他认为，前发力模式可以最大化限度的利用腿部力量去划船，基于这一认识，他提出将蹬腿速度作为划船蹬腿技术的一个重要评价指标，得到目前世界多数赛艇运动生物力学学者、教练员和运动员的广泛认可。根据Schwannitz对技术风格的划分方法，表2为本次测试中3种类型曲线的分布人数，可以发现，我国优秀女子单桨运动员以前、中发力模式为主，符合目前赛艇技术的发展潮流。

通过测试发现，我国前发力模式的运动员往往在拉桨中后半段力量的维持上有所欠缺，虽然曲线的前弧上升很快，但曲线的后弧下降也很快(图1A)。因此，本研究提出一种基于前发力模式为主要特征的平稳用力方式(图2)，该曲线的特征在于在桨叶入水后与前发力模式一样很快就达到了力量峰值，但随后最大力量一直保持平移直至拉桨快要结束时才下降。结合录像分析可见，该运动员拉桨前段蹬腿充分，拉桨中段躯干支撑有力，拉桨后段上肢支撑有力，出水迅速干净，整个动作结构紧凑、一气呵成，在整个拉桨的过程一直试图保持着自身体重对桨栓上的持续压力。此外，这种平稳的用力方式会减少船速的波动，避免不必要的能量损耗。

图 1 赛艇运动中典型桨力-桨角曲线图Figure 1. Typical Curve of OarForce注：0°角即为桨杆与船垂直位置，横坐标左边为入水角度，右边为出水角度。表 2 本次测试不同类型曲线的人数分布Table 2 The Test Number Distribution of Different Types of Curves

A前发力B中发力C后发力n642

图 2 基于前发力特征的平稳用力曲线图Figure 2. The Smooth Power Curve Based on the Former Characteristics

3.2 桨的运动学特征分析

桨的运动学信息主要包括拉桨幅度、入水角度和出水角度。拉桨幅度是指拉桨过程中桨所走过的水平角度，反映了每一桨做功的距离。如图3所示，入水角度是桨叶在靠近船头的抓水点至桨杆与船纵轴垂直位置之间的角度，出水角度则是指桨杆与船纵轴垂直位置至桨叶在靠近船尾的出水点之间的角度，这两个角度的绝对值的和即为拉桨幅度。

Varely[6]根据多年的大量测试和研究成果认为，世界优秀女子单桨运动员的拉桨幅度应该在90°附近，其中入水角度58°，出水角度32°，本课题组在2008北京奥运周期的研究结果也表明，2008北京奥运会女子双单银牌得主我国优秀女子运动员高玉兰的拉桨角度、入水角度、出水角度和Varely的研究结果基本一致。

图 3 入水角度和出水角度定义示意图Figure 3. The Definition of Entry Angle and Outlet Angle表 3 4级递增负荷下桨栓运动学指标Table 3 Kinematics Index under the Increasing LoadLevel 4 Thole Model (n=12)

目标桨频(次/min)实际桨频(次/min)拉桨幅度(°)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为本次测试的4级递增负荷下桨栓运动学实测数据，在22.4、25.8和30.2桨频下，拉桨幅度均基本达到世界优秀运动员水平，但是在接近实际比赛的34.3桨频时，拉桨幅度的平均值下降过多，仅为83.3°，个别运动员甚至拉桨幅度不到80°。幅度主要丢失在入水角度上，录像分析显示，大部分运动员在高桨频下为了达到桨频的要求导致在整个回桨的过程中节奏欠佳，在入水点身体姿态并还没有完全到位的情况下就提前入水导致前弧角度损失过多。对此，在日常高桨频的训练中，应注意在回桨过程把座板尽量放长放稳，在抓水点桨绕着桨盘向两边打开，尽可能维持在高桨频下与低桨频下同样的幅度，此外，也可以在脚蹬架的外延做入水点标记，提醒运动员在高桨频下不要丢失幅度。

如前所述，入水角和出水角的绝对值的和即为拉桨幅度，在拉桨幅度固定的条件下，可以通过脚蹬板相对于船体中心线的相对位置来改变入水角和出水角的相对大小。与varely提出的世界优秀运动员的标准相比，在相同的拉桨角度下，我国赛艇运动员的入水角度小4°，出水角度大4°，这表明目前我国女子单桨运动员在船上的位置更加偏向船头。以某运动员为例，如下图4所示第一次测试结果显示，拉桨幅度为93.6°，其中入水角度为53.4°，出水角度为40.2°，表明该运动员在总的拉桨幅度上已经达到了世界优秀运动员水平，但是入水角度相对偏小、出水角度偏大。教练员根据测试结果将脚蹬板向船尾移动，第二次测试时候我们发现，虽然总拉桨幅度减小了1.7°但仍达到了世界优秀运动员水平，最重要的变化表现在整个桨力曲线明显向左移动，即向船尾移动，入水角度从53.4°增加到59.9°，出水角度从40.2°减小到32.0°，基本和Varely提出的世界优秀运动员的参考值一致。

图 4 脚蹬移动前、后桨力-桨角曲线对比图Figure 4. Comparison inPedal Movement before and after the Oar Force-Vane Angle Curve

3.3 双单桨栓上的动力学与运动学同步性

多人之间的同步性是赛艇多人艇技术整合的核心内容之一，图5显示为本次测试中的某高水平双单组合，该组合近几年在国外赛事中取得了优异的成绩，图6组合为本次测试中技术整合效果一般的某组合，图中蓝色实线为领桨手，红色实线为跟桨手，绿色虚线为拉桨开始，橙色虚线为拉桨结束。图5A和图6A分别为两条双单的领桨手和跟桨手的拉桨速度-时间曲线配合图，它主要从运动学上反映了两名运动员动作外观的一致性，图5B和图6B分别为两条双单的领桨手和跟桨手的桨力-时间曲线配合图，它主要从动力学上反映了两名运动员内在力学特征的一致性。

综合图5、图6可知，高水平双单无论在拉桨速度的同步性上(图5A)，还是在桨力特征的同步性上(图5B)都显示出了较好的一致性；而技术整合一般的双单组合虽然在拉桨速度的同步性上(图6A)显示了较好的一致性，但在桨力特征的同步性上(图6B)存在有明显的差异，跟桨手比领桨手明显提前用力。这种桨力特征的不一致，会造成船体的偏航，通过高速摄像在船尾跟拍，发现该条双单走的是“S”型路线，根据教练员反馈，该条双单在平时的训练中经常偏航，经常需要通过打舵来调整航向，上述数据表明该条双单在技术整合上仍有较大的提高空间。

图 5 高水平双单桨力组合曲线图Figure 5. High Levels of Double Single Combination

图 6 技术整合一般的双单桨力组合曲线图Figure 6. Generally Double Single Combination of Technology Integration

实践证明，在多人艇的技术整合方面，教练员和运动员不仅仅要注重拉桨速度等动作外观的运动学上的一致性，更重要的是从动力学上去关注其内在力学特征的一致性。

4 结论

1.我国优秀女子赛艇单桨运动员存在3种典型的桨力模式，即前发力、中发力和后发力，以前、中发力为主。根据我国女子单桨运动员普遍存在的桨力曲线后弧下降过快的问题，本研究提倡一种以前发力模式为主的平稳用力方式。

2.我国优秀女子赛艇单桨运动员在低桨频下达到了著名赛艇运动生物力学专家Varely提出的90°的世界优秀女子单桨运动员标准，但在接近比赛强度的桨频下，幅度丢失较多。

3.通过将移动脚蹬板位置向船尾移动，可以使得在拉桨幅度基本保持不变的情况下将整个桨力-桨角曲线向左平移，增加了入水角度的同时减小了出水角度，使得这两项指标都接近了Varely提出的世界优秀女子单桨运动员标准，人体重心相对于船中心线的位置更加合理，这对于艇的内部结构的参数调整具有十分重要的实践价值。

4.高水平双单组合无论在动作外观的一致性上还是在桨力特征的一致性上都具有较高的水平，相对于动作外观的一致性，教练员和运动员更需要注重肉眼看不见的桨力内在特征的一致性。

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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

国家赛艇队备战2016年巴西里约奥运会水上实船运动生物力学专项科技服务(2015H7058)。

陈炜(1983-)，男，安徽合肥人，助理研究员，主要研究方向为运动训练和国民体质研究，E-mail：114086567@qq.com；程亮亮(1987-)，男，安徽合肥人，助教，硕士，E-mail：412780072@qq.com；杨栋栋(1986-)，男，安徽合肥人，教练员，E-mail：yangdongdong10@163.com。

1.安徽省体育科学技术研究所，安徽 合肥 230001；2.合肥师范学院，安徽 合肥 230009；3.安徽省水上运动管理中心，安徽 合肥 230000 ；4.河北省体育局 水上运动管理中心，河北 石家庄 050051；5.中国科学院 合肥物质科学研究院，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

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