优秀跳台滑雪运动员起跳技术的生物力学分析

程磊　朱旺　温朝晖

摘 要：研究目的：对我国优秀运动员的起跳技术进行动作技术诊断，探究优秀跳台滑雪运动员起跳阶段的运动学特征。研究方法：以8名吉林省优秀跳台滑雪运动员为研究对象，采用3台高速摄影机，按照三维DLT法的要求，垂直于滑行方向对运动员起跳时的影像进行3次跳台滑雪拍摄，选取成绩最好的1次滑行进行研究。研究结论：在起跳阶段，与世界级运动员相比，我国优秀运动员起跳时下肢髋关节、膝关节角速度较小，踝关节角速度较大且下肢关节发力顺序存在差别，存在过早蹬伸及重心靠后等情况，并且起跳时刻身体躯干角度过大，增加了空气阻力作用。

关键词：跳台滑雪;起跳;生物力学;重心

中图分类号：G863.12                        文献标识码：A                       文章编号：1002-3488（2022）01-0034-04

Biomechanics Analysis of the Take-Off Technique of Elite Ski Jumpers

CHENG Lei1， ZHU Wang2， WEN Zhao-hui1

（1. Jilin Provincial Institute of Sports Science （Jilin Provincial Anti-Doping Center）， Changchun 130022， China; 2. School of Physical Education， Jilin University， Changchun 130024， China）

Abstract： Research purposes： To diagnose the take-off technique of elite ski jumpers in my country， and to explore the kinematic characteristics of elite ski jumpers during the take-off stage. Research methods： Taking 8 outstanding ski jumpers in Jilin Province as the research objects， using 3 high-speed cameras， according to the requirements of the three-dimensional DLT method， shooting the images of the athletes when they take off perpendicular to the sliding direction， and shooting the ski jumping 3 times， and the best results are selected. Research conclusion： In the take-off stage， compared with world-class athletes， Chinese elite athletes have lower angular velocities of lower extremity hip and knee joints， higher angular velocities of ankle joints， and different force sequences of lower extremity joints during take-off. Backwards， etc.， and the torso angle is too large at the time of take-off， which increases the air resistance.

Key words： ski jumping; take-off; biomechanics; center of gravity

1 引言

跳臺滑雪整套动作可以分为四个阶段：助滑、起跳、飞行和着陆[1]。国内外学者、教练及相关体育工作者对该项目从技术和原理方面进行了大量研究：王志选[2]等人（1998）让运动员进入风洞，采用自制力传感器等遥控测量系统进行实验测试，对助滑阶段的三种姿态（卵式、平背式和前扶腿式）进行测试。指出平背式是比较理想的起跳初始姿态，可以有效减小风阻;Nardello[3]（2019）对42名优秀滑雪运动员（男27名，女15名）的起跳和早期飞行进行了运动学分析，结果显示：男子比女子运动员滑出速度更快、跳的距离更远，没有发现身体姿势存在性别差异以及身体角度与跳跃距离相关。并指出滑雪者应专注于实现更大的助滑速度，以最大限度地提高自身在该领域的表现;Jakob Ketterer[4]等（2020）通过对9名专业跳台滑雪运动员的6种不同形式的模仿跳进行研究，指出在非跳台条件下，相对复杂的模仿训练比相对平稳的模仿训练更能提高运动员的训练水平，在制定训练计划时，应根据运动员的条件尽可能设计较复杂的模仿动作。

由于我国在跳台滑雪项目上开展时间短、投入相对较少，目前国内的相关研究仍旧缺乏，尤其是对跳台滑雪技术的生物力学研究更少。因此本研究通过对吉林省优秀跳台滑雪运动员起跳技术的生物力学分析，一方面为跳台滑雪技术研究提供理论支持，另一方面为国内优秀运动员改进动作技术提供参考，以期提高运动员的动作技术水平，获取更好的运动成绩。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

以8名吉林省优秀跳台滑雪运动员为研究对象，分析运动员在跳台滑雪起跳阶段技术动作的运动学特征。

2.2 研究方法

采用3台高速摄影机，按照三维DLT法的要求（包括3颗高清摄像头、3个摄像头支架、1个三维标定框架），垂直于滑行方向对运动员起跳时的影像进行3次跳台滑雪拍摄，选取成绩最好的1次滑行进行研究。使用Quintic三维运动采集与分析系统（英国）和SIMI Motion三维录像分析系统（德国）对拍摄数据进行数据解析，采集起跳时的运动学参数。使用国产身高、体重计，测量并记录运动员的身高和体重。使用测速仪，测量运动员起跳出台时的速度。

2.3 数理统计法

运用SPSS统计学软件对测试数据进行处理，采用独立样本t检验分析组间差异，显著性意义为P<0.05。

3 研究结果与分析

3.1 起跳阶段重心速度变化特征

跳台滑雪运动员起跳开始时刻的重心平均速度为22.9±0.63 m/s（表1）。此阶段大多数运动员的重心速度均略高于助滑阶段末期的速度，这表明运动员保持了稳定的滑行动作，具有较好的维持滑行速度的能力。而个别运动员此刻重心速度略有下降，说明出现了动作不稳定的情况。具体结合重心速度在垂直上的分量可以发现，该运动员的Vy数值开始显著高于其他运动员。这表明该运动员没有把握好恰当的起跳蹬伸时机，出现过早蹬伸的情况，进而导致了总重心速度的下降。从重心速度的各个分量值发现，此阶段的合速度主要是由Vx所贡献，但Vy即垂直方向上的速度由于继续向下滑行，因此仍旧处于负值阶段。由于起跳开始时刻双腿膝关节已经开始伸展，躯干部分开始上抬，因此Vy已经出现向正值变化的趋势。

跳台滑雪运动员起跳结束阶段的重心平均速度为23.5±0.67 m/s（表1）。由于跳台起跳阶段的总重心速度决定了运动员跳台飞行的远度，因此总重心速度越大，越有利于运动员获得更佳的成绩。Virmavirta[5]对参加奥运会跳台滑雪运动员的研究表明，世界级运动员的出台速度在24.7～25.5 m/s，与跳台飞行距离之间的相关性（r=0.628，P<0.001，n=50）呈显著性正相关。本研究中，我国运动员的平均出台速度仅为23.5±0.67 m/s，与国外优秀选手相比相差1.2～2.0 m/s，呈显著性差异（P<0.01）。这提示我们，要通过加强训练或者改进起跳技术来提高出台速度，才能获得更好的成绩。

从起跳结束时刻重心速度的各个分量值发现，我国运动员的水平速度略有下降，相反的是垂直速度得到了大幅度提高，平均值为2.13±0.09 m/s。水平速度是运动员在助滑阶段所获得的，在起跳阶段需要继续保持甚至通过降低水平阻力来增加水平速度。我国优秀跳台滑雪运动员起跳阶段结束时刻水平速度比起跳开始时刻平均下降了1 m/s左右，究其原因与重心在垂直方向上的速度大幅度增加有关;同时起跳动作身体的大幅度展开，增大了滑行过程中的迎风阻力，因此导致水平速度略有下降。垂直速度的增加反映了运动员在跳台滑雪起跳阶段下肢工作的效果，运动员在快速滑行中通过下肢髋、膝、踝关节的快速伸展，使身体总重心获得向上的腾起速度。从我国选手起跳垂直速度与世界优秀运动员比较情况看， 世界一流跳台滑雪运动员起跳垂直速度的平均值范围在2.7～3.2 m/s，平均值为2.95±0.35 m/s[6]，而我国8名优秀运动员平均值为2.13±0.09 m/s，二者之间具有显著性差异（P<0.05）。过早蹬伸或延迟蹬伸均会影响起跳时刻的垂直速度变量，而在跳台滑雪运动员中，过早蹬伸更为常见，因为相对来说离跳台距离较远，运动员感觉更为安全。结合前面的分析发现，我国跳台滑雪运动员的确存在着过早蹬伸的现象，起跳技术与爆发力水平均存在着显著的差异。提示在今后的训练中要加强下肢爆发力水平的训练，同时改进起跳蹬伸时机并加强心理调节，提高蹬伸动作的精细化程度。

3.2 起跳阶段下肢关节角度变化特征

跳台滑雪运动员起跳开始阶段，下肢髋关节角度平均为27.7°±1.90°，与奥运会跳台滑雪选手29.6°±1.03°相比，无显著性差异（P>0.05）;下肢膝关节角度平均为65.1°±6.21°，与国外优秀运动员71.5°±4.18°相比，具有显著性差异（P<0.05）;在踝关节角度上，国内运动员踝关节角度平均为54.3°±5.59°，与国外优秀运动员49.3°±3.48°相比，也具有显著性差异（P<0.05），见表2。从起跳阶段下肢关节角度来看，国内跳台滑雪运动员起跳姿势表现出髋关节、膝关节较小，踝关节角度较大的特点，即有重心后坐的特征，不利于身体在蹬伸阶段重心的前移和形成向前的角动量。另外，重心后坐对膝关节伸膝肌群的工作能力要求更高，容易导致运动员出现损伤。

跳台滑雪运动员起跳结束阶段，下肢髋关节角度平均为105.1°±7.62°，与奥运会跳台滑雪选手93.2°±5.87°相比，具有非常显著性差异（P<0.01）;下肢膝关节角度平均为150.2 °±5.73°，与国外优秀运动员148.5°±4.82°相比，无显著性差异（P>0.05）;在踝关节角度上，国内运动员踝关节角度平均为70.4°±4.05°，与国外优秀运动员63.7°±3.21°相比，也具有非常显著性差异（P<0.01）。可见，在起跳结束阶段我国优秀选手与国外选手相比，下肢呈現髋关节、踝关节角度大的特点。在下肢蹬伸阶段，主要依靠的是下肢髋、膝、踝关节的快速伸展作用来增加重心的腾起速度，但是髋关节增大明显则容易导致身体伸展幅度增加，不利于降低空气阻力。国外优秀运动员在此阶段主要是通过快速的伸膝动作实现爆发力蹬伸，小腿的角度则相对减小，而躯干角度保持不变。Gardan[7]认为这是跳台滑雪中非常关键的动作技术环节，有利于身体重心更迅速地向前移动，同时较小的小腿角度也有利于大腿绕膝关节以更大的角速度运动。

3.3 起跳阶段下肢关节角速度变化特征

我国优秀跳台滑雪选手在起跳阶段，下肢关节依次达到峰值的是膝关节、踝关节和髋关节;国外优秀运动员下肢髋、膝、踝关节则几乎同时达到峰值（表3）。与国外优秀运动员相比，我国运动员跳台滑雪起跳阶段下肢各关节角速度均有显著性差异。具体来看，我国选手在起跳开始后膝关节和踝关节角速度有一个小峰值，表明此阶段运动员出现了一个轻微的缓冲动作。这可能是运动员为了进行有效的蹬伸动作而完成的预备动作，但缓冲动作会造成身体重心的波动，不利于保持身体姿势的稳定性。到了起跳阶段后期，膝关节角速度快速增长，同時踝关节和髋关节角速度也相应地增大，但髋关节角速度最后达到峰值，表明在起跳最后时刻运动员仍旧存在着伸髋的动作，这样会相应地增大躯干角度，不利于起跳后的飞行动作。反观国外优秀运动员的下肢关节角速度，在起跳开始阶段角速度平稳缓慢地增大，直到起跳的后期，髋、膝、踝关节角速度几乎同时迅速增大，并同时达到峰值[8]。这种爆发式的蹬伸动作有利于增大蹬地的力量，提高重心的速度。

3.4 起跳阶段躯干角度变化特征

从跳台滑雪运动员起跳阶段躯干角度变化特征来看，在起跳开始阶段躯干角度上，我国选手与国外选手相比具有非常显著的差异（P<0.01）;在起跳结束阶段，我国选手与国外选手的平均躯干角度26.5±4.76°相比，也具有非常显著的差异（P<0.01），见图1。

从图1中可以看出，国内优秀运动员无论是在起跳开始阶段还是蹬伸结束阶段躯干角度都相对较高，这对于降低空气阻力是不利的。国外优秀选手的初始躯干角度相对接近水平位置，而在蹬伸结束后，躯干角度仅仅增加到26°左右，便于重心的前移和降低空气阻力。Silvio Lorenzett[9]等学者研究认为，高躯干角度和低躯干角度是运动员采取的两种不同策略，高躯干角度有利于蹬伸力量的发挥，因此在无风的环境中更加适合采用;如果比赛现场具有一定的风速，运动员似乎会改变动作策略，通过降低躯干角度的方式来减小大幅度增长的迎风阻力。很明显，风力水平在跳台滑雪中也起着重要作用，并且影响了比赛的最终结果，提示教练员和运动员在比赛中应采用不同的策略来完成起跳技术。

4 结语

在起跳阶段，我国运动员存在过早蹬伸及重心靠后等情况，并且起跳时刻身体躯干角度过大，增加了空气阻力。提示我们应当通过加强训练或者改进起跳技术来提高出台速度;加强下肢爆发力水平的训练，同时改进起跳蹬伸时机，提高蹬伸动作的精细化程度;在比赛中采用不同的策略来完成起跳技术。

参考文献：

[1]、朴成龙，张智伟，郝世花，等.浅谈跳台滑雪中起跳技术与空中飞行动作[J].冰雪运动，2004，26（4）：13-15.

[2]、王志选，李润，关佐恒，等.跳台滑雪空中飞行初始姿态的实验研究[J].体育科学，1998，18（2）：55-58.

[3]、Francesca N. A kinematic analysis of water ski jumping in male and female elite athletes[J]. Sports Biomech，2019（21）： 1-16.

[4]、Jakob K. Biomechanical agreement between different imitation jumps andhill jumps in ski jumping[J]. Scand J Med Sci Sports，2021（31）： 115–123.

[5]、Virmavirta M. Is it still important to be light in ski jumping [J]. Sports Biomechanics，2019： 1-12.

[6]、Vegard H. Sklett.Self-Efficacy， Flow， Affect， Worry and Performance in Elite World Cup SkiJumping[J].Frontiers in Psychology， 2018（9）： 1-9.

[7]、Gardan N.Numerical Investigation of the Early Flight Phase in Ski-Jumping[J]. Journal of Biomechanics. 2017 （59）： 29-34.

[8]、Ettema G. How do elite ski jumpers handle the dynamic conditions in imitation jumps[J]. J Sports Sci， 2016， 34（11）： 1 081-1 087.

[9]、Silvio L. Conditioning exercises in ski jumping： biomechanical relationship of squat jumps， imitation jumps， and hill jumps[J]. Sports Biomechanics， 2019， 18（1）： 63-74.

收稿日期：2021-06-18

基金项目：吉林省科技发展计划项目（20190303130SF）;国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项（2018YFF0300401）。

第一作者简介：程  磊（1983-），男，吉林长春人，副研究员，研究方向为运动生物力学与体育训练监控。

通讯作者：温朝晖（1968-），女，吉林长春人，研究员，研究方向为运动人体科学。