（生物医学工程专业论文）标枪出手初始参数与投掷成绩的关系研究.pdf

奎矍矍当查兰堡主鲎堡望茎一一一 仿真结梁表明 1 标枪的如手速度越大 标枪的水平投 掷距离就越大 而且影响比较明显 3 2 米 秒的出手速度比2 6 米 秒时的投掷距离平均来说要多2 米左右 丽且当出手角度由 小变大时 这样的差距还会变大 2 在没有空气阻力作用时 在同一出手速度的情况下 随着浅手角度的增加 标枪投掷的 水平距离也会相应的增加 通常在4 5 度时 水平的投掷距离 达到最大值 但在有空气阻力作用的情况f 在水平距离达到 最大值时的标枪出手角度一般不是4 5 泼 而盈和标枪的出手 速度有关 为了获得较好的投掷成绩 如果标枪的出手速度较 大的话 那么标枪的崮手角度可相应地降低 如果出手速度较 小时 那么可适当增大标枪的出手角度 3 在出手速度和 出手角度相同且无攻角的情况下 没有宅气阻力作用时 标枪 的水平距离也会随着出手高度的增加而增加 几乎是每升高l 毫米 水平距离就增加约l 毫米左右 但在有空气阻力作用的 情况下 出手高度对标枪水平投掷距离的作用戴较小 本文的 所有计算都是在没有初始攻角的情况下进行的 这时空气对标 枪的阻力是最小的 因为没有初始攻角 所以标枪俯仰力矩的 作用从一开始就比较小 因此 有阻和无阻对标枪投掷距离的 影响差别不是很大 天键词标枪 刚体动夕 学 计算机仿r 0 自 限元方法 f e m 窄i c 动力学 mp 参数 查垦里三查堂堡主堂垡堡壅 i n v e s t i g a t i o no ft h et h r o w i n gd i s t a n c e d e p e n d e n c eo nt h er e l e a s i n g p a r a m e t e r so fj a v e l l n a b s t r a c t i nt h i s p a p e r f i r s t l yt h el i t e r a t u r e sc o n c e r n i n gj a v e l i nt h r o w i n gw e r e o v e r v i e w e di nt h ep a s ty e a r s f r o mp r e v i o u sp a p e r s r e s e a r c h e so i lt h e j a v e l i n i n c l u d e d m a n ya s p e c t s 一一s t u d i e s o nt h e p e r s o n a lt e c h n i q u e a n ds k i l l s i n v e s t i g a t i o no nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fj a v e l i na e r o d y n a m i c s q u a l i t a t i v ea n d q u a n t i t a t i v ea n a l y s i s o nt h et h r o w i n ga c t i o nu s i n gh i g hs p e e dp h o t o g r a p h y a n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o no nj a v e l i nm o v i n gw i t hc o m p u t e r s e c o n d l y t h e d y n a m i ce q u a t i o n so fm o v i n gj a v e l i nw e r ed e r i v e db yr i g i db o d yd y n a m i c s a n db a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c so f r i g i db o d y t h ej a v e l i ni n i t i a lp a r a m e t e r s a f t e rr e l e a s i n gw e r ed e t e r m i n e d f o re x a m p l e r e l e a s eh e i g h t r e l e a s ev e l o c i t y r e l e a s ea n g l e a n g l er e l a t i v et of r e ea i rs t r e a m l e a na n g l eb e t w e e n j a v e l i na x i s a n d g r o u n d a n dd i r e c t i o na n g l e sr e l a t i v et oi n e r t i ac o o r d i n a t es y s t e m t h i r d l y t h ed i m e n s i o n so fc r o w nb r a n d j a v e l i nw e r em e a s u r e d a n dj a v e l i ns h a p ed a t a w e r eo b t a i n e d s o m es p e c i m e nw e r ea l s om a d ef r o mt h ec r o w nb r a n di a v e l i n a n dm e a s u r e dt h ed e n s i t ya n d y o u n g sm o d u l u s o f s p e c i m e n l a s t l y b a s e do n t h ed a t ao b t a i n e d t h e j a v e l i nu s i n gf e m w a sm o d e l e d b yf e m bp r e p r o c e s s i n g s o f t w a r e t h ep r o p e r t i e so fm a t e r i a l sa n de l e m e n t sw e r es e t l o a d sa n d b o u n d a r yc o n d i t i o n sw e r ea d d e d t h e nt h ep r o b l e mw i t ha n dw i t h o u ta i r d a m p i n g f o r c ew a ss o l v e du n d e rt h e g i v e ni n i t i a lp a r a m e t e r s t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w e d t h a t a t h eh i g h e rt h er e l e a s ev e l o c i t y o fj a v e l i n w a s t h ef a r t h e rt h e t h r o w i n g d i s t a n c e w a s a n dt h et h r o w i n g 1 太艨理z 大学嫒士学位论文 d i s t a n c ew a ss i g n i f i c a n t l ya f f e c t e db yr e l e a s ev e l o c i t y g e n e r a l l t h r o w i n g d i s t a n c ew i t h3 2 m si st w om e t e r sm o r et h a nt h ed i s t a n c eo f2 6 r r g s a n d b e c o m e ss i g n i f i c a n c e w i 也i n c r e a s i n g t h er e l e a s e a n g l e c o u n d e rt h e c o n d i t i o no fn oa i rd r a ga n du n i f o r mr e l e a s ev e l o c i t y t h et h r o w i n gd i s t a n c e i n c r e a s e sp r o p o r t i o n a lt or e l e a s ea n g l e w h e nr e l e a s ea n g l ei s4 5d e g r e e t h e t h r o w i n gd i s t a n c ei st h ef a r t h e s t a n dt h ef a r t h e s tt h r o w i n gd i s t a n c ew i t ha 狰 d r a g i sn o to b t a i n e db yr e l e a s i n gj a v e l i nw i t h4 5 d e g r e e a n dt h r o w i n g d i s t a n c ei sc o n c e r n e dw i t hr e l e a s ev e l o c i t y i fr e l e a s i n gj a v e l i nw i t hh i g h e r v e l o c i t y t h ef a r t h e rt h r o w i n gd i s t a n c ec a nb eo b t a i n e db yl o w e rr e l e a s ea n g l e i fl o w e rr e l e a s ev e l o c i t y t h ef a r t h e rd i s t a n c ec a na l s ob eo b t a i n e dw i t hh i g h e r r e l e a s ea n g l e c w i t hn oa i r d r a g a n dz e r oa t t a c k a n g l e a n du n d e rt h e c o n d i t i o n so fu n i f o r mr e l e a s ev e l o c i t ya n da n g l e t h et h r o w i n gd i s t a n c ei s i n c r e a s e dw i t hr e l e a s eh e i g h t a b o u tlm n g m m b u tw i t ha i rd r a g t h ee f f e c t o fr e l e a s eh e i g h to nt h r o w i n gd i s t a n c ei sn o ts i g n i f i c a n t t nt h i s p a p e r a l l s i m u l a t i o n sw e r eu n d e rt h ec o n d i t i o n so f z e r oa t t a c ka n g l e s ot h ea i r d r a gw a s t h es m a l l e s tw i t h o u ti n i t i a la t t a c ka n g l e a n dt h ea c t i o n so f p i t c h i n gm o m e n t w a ss m a l la f t e r l e l e a s i n g s o t h ee f f e c t so nt h r o w i n gd i s t a n c ew e r en o t s i g n i f i c a n tw i t ha n dw i t h o u ta i rd a m p i n gf o r c e k e yw o r d s j a v e l i n r i g i db o d yd y n a m i c s c o m p u t e rs i m u l a t i o n f i n i t e e l e m e n tm e t h o d f e m a e r o d y n a m i c s r e l e a s e p a r a m e t e r s 太原理工大学硕士学位论文 符号说明 在此 先对本文中所使用的各种符号进行一下说明 a 表示矢量的坐标列阵 厅表示矢量 a 表示投射角 a b 表示距离 c 表示阻力系数c 表示升力系数 c 表示俯仰力矩系数 d 表示二阶张量 d 表示张量的坐标列阵d 表示标枪阻力的k 分量 表示单位矩阵e 基矢量列阵 瓦 表示i 坐标系的第五个荩矢量 g 表示重力加速度 h 表示高度 m 表示质量 p 表示密度 r 表示位置矢量列阵 西表示角速度矢量 y 表示空气的升力 g 表示动量矩 表示标枪升力的x 分量 m 表示标枪的俯仰力矩 r 表示位置矢量 1 表示在i 坐标系的矢量列阵 表示空气的阻力 其余的符号如未说明 则使用通常的符号命名约定 各个符号的单 位都是采用国际单位制 查堕翌三奎堂堡主兰垡丝苎 一 第一章文献综述 1 1 掷标枪的历史 掷标枪是一项很古老的运动 在古时候 劳动人民为了求得生存 在与大自然作斗争的过程中 用一种类似标枪的器械作为猎取食物的武 器 同时也作为 一种投掷器械 但它的构造 形状 重量和长度都与现 在不同 到了奴隶社会 它就被统治阶级用作训练l 兵 镇压奴隶 掠 夺财富和进行战争的一种武器 最早的标枪怂把石头磨尖 装在一根杆 的顶端 到后来为了追击野兽 又把枪头改成余属的 掷标枪的方法也 不相同 如古代n j 以在枪杆上缠上皮带帮助j h j 用手指项在枪的尾端 进行投掷 除了有助跑投远 还有原地投准的运动 掷标枪在古希腊奥运会上被列为比赛项 j 1 8 8 6 年 在斯堪的纳维 亚国家 芬兰 瑞典 举办的运动会上 瑞典运动员以3 5 8 1 米的成绩首 创了男子标枪的世界纪录 在1 9 0 6 年第四届奥运会上 掷标枪被正式列 为比赛项目 女子标枪则是在1 9 2 0 年推广的 开始是用8 0 0 克重量的标枪 到1 9 2 6 年才改用现在规定的标准重量 男子标枪重为8 0 0 克 女子标枪为6 0 0 克 到1 9 3 2 年第十届奥运会上 才正式列为比赛项目 当时的最好成 绩是4 3 6 8 米 由美国运动员创造 从二十世纪五十年代以后 出现了 滑翔标枪 标枪投掷成绩得到 了迅速提高 但对最后用力与标枪纵轴的一致性提出了更高的要求 从掷标枪正式成为阡 径运动项目起 运动员就丌始重视了身体素质 的训练 而且也科学地改进和掌握现代掷标枪技术 因此成绩不断提高 我国男子掷标枪比赛是在1 9 2 4 年旧中国第二届全运会上二开始的 当 时的最好成绩是4 3 7 8 米 解放前男子标枪的最高成绩是5 3 8 4 米 女子 r 太原理工大学硕士学位论文 标枪运动开展得更晚 到1 9 3 2 年第五届全运会上 才开始有女子参加的 掷标枪比赛 解放前的最高成绩才是3 2 2 7 米 新中国成立以后 我国的各项体育运动都得到了蓬勃开展 掷标枪 的成绩也提高的很快 1 9 7 8 年在北京举行的中日田径对抗赛中 我国运 动员申毛毛以8 1 6 8 米的优异成绩取得了冠军 这个成绩也是目前亚洲的 最好成绩 同年在曼谷举行的第八届亚运会上 申毛毛以7 9 2 4 米获得标 枪冠军 我国运动员姚瑞英以5 7 2 2 米的成绩获得了第八届亚运会女子标 枪冠军 她曾在同年创造了5 9 米的亚洲最好成绩 随着田径运动实践和体育科学研究的不断发展 以及科学技术在田 径运动中的运用 掷标枪的技术也逐渐完善起来 出过去的 自由式 发眨到现侥的直线助跑投掷 携枪跑的技术 由肩下携枪发展为肩上携 枪助跑 投掷步由过去的 单足跳 后交叉 发展为现代的 前交叉 标枪的握法 也由古老的钳式握法发展为现在的现代式握法 现代的掷 标枪技术 不但有利于投掷步的加速 表现出良好的超越器械 也加长 了标枪投掷的工作距离 而且能很好地沿着标枪的纵轴用力 事物总是 在不断的发展 人们也在不断探讨更为合理的投掷技术 而且尽可能使 掷标枪技术符合人体解剖结构的形式和运动生物力学的原理 研究更新 的投掷方法 由于掷标枪技术的迅速发展 男子标枪的世界纪录到8 0 年代已达到 9 6 7 2 米 女子掷标枪运动的历史虽然不长 但成绩的提高也是很快的 由第一个4 3 6 8 米的世界纪录 迅速提高到6 9 3 2 米 投掷器械的改进 有效促进了标枪成绩的提高 由于标枪成绩的不断提高 这个项目已经 丌始对同一场地的其它阳径运动项目有了一定的威胁 而且使裁判的裁 定比赛成绩的工作也有了一定难度 增加了裁判的个人主观因素 因此 国啪 田联在1 9 8 7 年将标枪的重心作了调整 标枪的重心向枪尖d 口移4 厘 9 太原理工大学硕士学位论文 米 并对标枪的外型作了严格的限制 使标枪的投掷距离有了较大的缩 短 现在的男子和女子标枪纪录分别是9 8 4 8 米和8 0 米 1 1 2 掷标枪的技术原理 投掷运动是人类得以生存的基本技能 在田径运动中也占有重要的 地位 用径项目的器械在构造 形状 重量上都大不一样 投掷的方法 和规则也各不相同 但技术要求都是将器械掷得越远越好 都是通过测 量远度来作为投掷的成绩 在第八届亚运会上 我国运动员取得了优异 的成绩 为祖国和人民争得了荣誉 在竞技体育上丌始小露头角 但是 我f fj 也应浚看到 由于我国运动员在投掷技巧 运动训练的方式和方法 上还不够科学 有关的科学测验仪器还欠缺 有关的资料也较少等方面 原闲 导致投掷类项目的成绩还不是很理想 大家部知道 标枪飞行的远度主要取决于标枪 叶j 手时器械的初速度 和出f 角度 出手高度以及空气对标枪作用的阻力等因素 其中决定运 动成绩的主要因素是标枪出手的初速度 这一点大家都深有体会 但是 决定标枪投掷结果的因素是很多的 还包括 运动员个人技术水平的高 低 个人体质的好坏 标枪自身的空气动力学特性如何 以及投掷标枪 时的环境怎样 现在运动员在训练中 无论是对影响动作速度的身体素质 还是以 运动生物力学规律为基础的动作技术和技巧 都在不断地发展和提高 运动员在体育竞技技能方面的提高 是完全可以通过运动员本人的不断 加强训练获得的 标枪投掷时 运动员依据所学到的运动学规律 努力在最后出手的 阶段加长作用于器械的路线 并在最短的时阳j 内完成这一动作 持枪臂 向后伸 并与肩齐甲 七体向后倾斜与扭转 以及z i 腿弯屈的动作 都 可以加民作用力的距离 同时 合理利用助跑的惯性 借助两腿的加速 o 太原理工大学硕士学位论文 动作并向后倾斜身体 都有助于提高投掷成绩 缩短作用于器械的时间 取决于运动员神经冲动的力量和速度 而神经冲动的力量与速度又取决 于运动员个人情绪和全身肌肉参加运动并能协调的能力 所有这些因素 决定了标枪投掷时的个人技术 同时 还应包括正确的出枪动作 出手 角度通常为2 9 3 6 度 高度为1 7 0 2 2 5 米 能否准确地沿标枪纵轴用 力 对于标枪的飞行远度 也有非常重要的意义 因为若不沿纵轴用力 会使标枪产生振动 因为上述大多数因素都取决于运动员利用助跑惯性的能力 所以有 人认为 技术的好坏应以助跑掷标枪和原地掷标枪之间的成绩差来作为 评定的依据 高技术水平的优秀运动员这种差距在2 0 3 0 米之间 女子 的差距比男子的要小些 下面让我们研究一下掷标枪过程中所包括的基本技术动作 握枪一般都是用拇指和食指 或用拇指和中指握枪 其他手指起 辅助控制标枪的作用 采用何种握枪的方法是要看引枪的方式和用力动 作是否方便而定 用拇指和中指扣住把手的后缘 是最适宜的 因为这 两个手指比其他手指的力量大得多 在以 自由臂 引枪时 只能采用 第一种握枪的方法 任何一种握枪法都应该保证手和手臂处于放松的状 态 并保证在枪出手时能控制枪的角度和出手速度 如果握枪时手有点 紧张 就不能做出 鞭打式 的投掷动作 就会影响最终的投掷成绩 所以在投掷训练中 这种情况是一定要避免的 在助跑时应把枪举在肩上 枪尖与眼齐平 采用 自由臂 引枪时 持枪的手臂要向后伸直并与耳朵齐平 在以弧形向后上方引枪时 枪应 高出头部 助跑助跑可分为预跑段和结束段 根据运动员的平跑速度水平和 技术水平 在预跑段应达到适宜的助跑速度 一般为6 8 2 米 秒 在结 太原理工大学硕士学位论文 束段要完成引枪 并借助跑的惯性形成最有利的投枪姿势 然后把枪投 出去 在这一阶段 运动员在投掷弧前停止了自己的向前运动 助跑的结 束段人们通常称为投掷步 助跑的全长一般为2 0 一3 5 米 女子运动员的较短 其中预跑段为 1 5 2 3 米 1 0 1 4 步 结束段为1 2 米 女子一般为8 9 米 为了在助跑 中保持自然而放松的动作 需要用前脚掌着地跑 这时 左臂像平跑那 样的方式摆动 而持枪的右臂以较小幅度前后摆动 助跑通常从左腿开始 助跑的特点是逐渐加速 在引枪标志的前几 步达到最大的速度 为了使投掷步中的动作比较自然而迅速 又不失去 控制 在做投掷步时不能有任何停顿 所有动作都应在行进中完成 在 预跑段步频改变的情况下 从放松的助跑转入结束段的投掷步 当前 广泛采用直接向后引枪的四步投掷法 但在实践中还常遇到 两步投掷步 斯图尔特 五步投掷步 鲁西斯 以及六步投掷步 涅 迈特 的掷枪法 但是 所有的投掷法都是要完成同一个任务 即充分 引枪和毫不延迟地完成投枪动作 在投掷步中 重点是向前送髋 身体 重心的上下起伏尽量小 投掷步应有弹性 为了增强身体的弹性和韧性 运动员在训练中有时要采用3 5 步带有跳跃特点的助跑投掷练习 把这 种步法机械地搬到完整的掷标枪技术中 将是很大的一个错误 引枪要从右腿的向前跨步开始 图1 2 1 的第2 幅画 运动员向右 转肩并顺着肩轴向后伸出持枪臂 做投掷步的第二步时 要完全把持枪 臂伸直 并将身体左侧转向投掷方向 枪尖保持在与眼睛齐平的位置 图 1 2 1 的第4 幅画 但芬兰的专家却主张 不仅在投掷步的第二步 而 且在第三步 交叉步 都应使枪尖低于下颌 为了保持已获得的速度 躯干要保持垂直姿势 在实践中会观察到 太原理工大学硕士学位论文 9 1 0i i 图1 2 1 涅迈特的投掷过程 太原理工大学硕士学位论文 有些人在前步中躯干向后倾斜 这就导致在第四步以前明显降低了助跑 速度 因而就不能在最后用力中充分利用助跑的惯性 标枪运动员的所 有动作 无论是引枪 还是投掷步 都应该是连贯的 可以说是一环扣 一环的 而交叉步是助跑与最后用力之间的联系环节 这一点是早已被 人们所公认了的 第二步完成的如何决定着交叉步的正确与否 在迈出 第二步时 两腿应该积极而大幅度地分开 图1 2 1 的第1 1 幅画 然 后又积极地向前并拢 以便在左脚落地之前使右膝靠近左膝 图1 2 1 的第1 3 幅画 迅速地把右大腿向前上方摆出 将身体重心移到左脚上 以及左腿充分地蹬直 都会使髋和两腿产生更大的加速度 这样两腿就 可以超越身体的上部 图1 2 一l 的第1 4 1 5 幅画 在这一步中 运动 员不仅要向助跑的相反方向倾斜 而且还应进一步向右转肩 如果左臂 在胸前屈肘 将更有助予躯干的扭转 图1 2 1 的第1 5 幅画 最后用力随着左跨步的开始 掷标枪的准备就结束了 当身体重 心通过支撑点后 便开始了最后用力的动作 图1 2 1 的画面1 9 2 3 为使掷标枪的过程中承担主要负荷的肩带肌拉紧 应在左脚着地前 把 弯曲的右大腿向内转 持枪手旋后 而另一手臂则旋前 最后用力的这 部分动作称为 擒枪 图1 2 1 的画2 2 制动掷标枪的结束部分是着力脚迅速地从左脚转移到右脚上 两 臂和脚相应地做补偿动作 使运动员能尽快地做出制动动作 所有上面提到的动作在投掷时 要尽可能一气呵成 否则投掷成绩 是不会理想的1 2 j 上面是从运动员个人技术方面 对标枪的投掷过程进行了一下简单 的介绍 下面将从力学的角度对投掷运动作一分析 使大家可以对标枪 投掷原理有一个大致的认识 图1 2 2 表示投掷者在出手高度为h 的a 点上 以投射角a 出手 奎垦堡三查堂堡圭兰垡笙茎 速度为v 投出器械 器械就会沿一条曲线经过与a 点同高的b 点而落于 地面上的c 点 根据运动学可知 在不考虑空气阻力的情况下 这条曲 线将近似为抛物线 为简单起见 我们先按抛物线轨迹来分析标枪的运 动 我们把运动轨迹分为a b 段和1 3 c 段 其中a b 段是主要阶段 器械由a 点投出 经过最高点而落到与a 点同高的1 3 点 根据运动学的斜抛运动 可知 水平投掷距离为 a b s v 2 s i n 2 c t 1 2 1 j 彳 b 彳 r i 一 趴 图1 2 2 标枪运动示意图 器械由b 运动到c 的水平距离d c 我们可以近似地把曲线b c 看 成是直线 其斜角近似等于投射角a 因此得 d c s 尘一 1 2 2 t a n e t 所以 总的投掷距离为 s s s v z s i n 2 c t 上一 1 2 3 gt a n a 其中g 为重力加速度 g 9 8 米 秒2 由式 1 2 3 可知 影响投掷距离最起码的因素有v a 和h j 实际上 影响投掷距离的因素不仅有出手速度 出手角度和出手高度 太原理工大学硕士学位论文 而且还与标枪本身有关的参数 以及空气的密度 温度 粘度等有关参 数 具体的分析在后面的章节中详述 1 3 文献综述 掷标枪作为一个正式的田径运动项目 已经有一百多年的历史了 很久以来 世界上许多国家 地区的个人和组织就一直致力于如何提高 标枪投掷成绩的研究 不管是运动员训练技术和技巧方面 还是投掷器 械本身的影响方面 或是标枪在空气中运动的力学特性方面 以及其它 影响标枪投掷成绩的方面 都有许多人们在进行研究 并且研究已经十 分深入了 但有些观点 仍需要商讨 比如投掷标枪时是否一定要沿标 枪的纵轴用力 出手角度的最佳范围也有一定争议 所以仍需要更深入 和全面地分析和研究标枪的投掷技术 下面将按论文发表时间的先后顺 序对所有研究掷标枪的国外和国内文献和资料进行一下综述 国外1 9 6 6 年 m i c h a e lgw a d e 对使用芬兰式投掷标枪的方法和使用英 国式的投掷方法在考虑空气动力影响的情况下进行了比较研究 他认为 芬兰式投掷标枪的方法是比较好的 投掷h e l d8 0 标枪是当时比较盛行 的 因为该标枪有利于提高投掷成绩 芬兰方法的主要目标是使h e l d8 0 和c u s t o m8 0 级标枪获得一个合理的空中飞行 要求有较低的攻角 为 1 4 度 因为对h e l d8 0 级标枪来说 它的表面积是最大的 而且尾部又 特别的细小 如果以当时的出手角2 8 3 0 度的角度投掷的话 作用在标 枪上的升力就会变大 这样标枪就会尾部先着地 4 1 9 6 7 年 r i c h a r dvg a n s l e n 对标枪的空气动力学进行了研究 他使 用交叉流理论来分析标枪的空中飞行 同时对有关空气动力学的术语进 行了解释和说明 他还对标枪进行了风洞实验 测定了标枪的阻力系数 和举力系数 在2 0 度出手和8 0 英尺 秒的出手速下 分别为0 1 8 和0 2 5 升阻比为1 6 1 9 实验测定风压中心的位置 提出了标枪俯仰力矩对投 太原理工大学硕士学位论文 掷成绩的重要性 这在当时是研究标枪空气动力学的一大进步 不过 他使用的阻力系数和升力系数是作用于标枪上面的阻力和升力除以标枪 的面积乘以一个比例系数 其中面积是指标枪的横截面积p j 1 9 7 2 年 j a t e r a u d s 对竞赛标枪的空气动力学和弹道力学特性进 行了研究 首先 他测量了1 1 支竞赛使用标枪的几何和物理参数 几何 参数包括 重量 长度 轴向不同点处的直径 横截面积 表面积和体 积 物理参数包括 标枪的重心位置 标枪的横向转动惯量以及标枪的 一阶和二阶振动 其次 通过做风洞实验 测量了这些标枪攻角范围在0 度到5 0 度时的升力 阻力和俯仰力矩 基于测量的数据 计算了不同攻 角下的法向力 轴向力和风压中心的位置 同时阐述了下面的几个问题 1 在不同的攻角下 对标枪的空气动力特性参数 升力 阻力 俯仰 力矩 法向力 轴向力 风压中心和升阻比进行了解释和说明 2 在不 同的出手速度和不同的出手角度的情况下 标枪可以飞行的水平距离是 多少 3 标枪的一阶和二阶振动是什么 4 标枪的横向转动惯量是多 少 最后 设计了气动标枪发射装置 对标枪在不同出手速度和出手角 度组合情况下进行了发射试验 确定了标枪在不同出手速度下的最优出 手角度 得出了一些重要的结论 1 在任何攻角下 标枪都有阻力 而 且升力和阻力随着攻角的增加而变大 2 对于稳定的标枪 风压中心总 在标枪重心的后面 随着攻角的变化 风压中心的位置沿着标枪的纵轴 移动 3 为了获得更佳的投掷距离 如果标枪的出手速度较大 可以适 当降低标枪的出手角度 每增加1 英尺 秒的速度 大约要降低1 5 度最 优1 6 1 1 9 7 3 年 d lr o n n dl w i t c h e y 使用摄影技术和b m d 0 2 r 步进回归 计算程序 对标枪投掷的平均水平距离与其它影响标枪成绩的因素的相 关性进行了研究 这些因素包括 1 最后用力阶段身体的倾斜度数 2 最 一太原理工大学硕士学位论文 瑟是力开始除段褰鼹的承乎速度 3 挫手对撂检憋顿斜角度 4 如手时标 枪翡镢角与密手速度方商焦能差角 5 整手露左膝关繁角 6 最翳瘸力除 段投掷臂的尉关节角 便是 德没有时箕它彩确标枪授掷成绩静西索遴 行考虑 比如 标枪的撒手 原因魑他们当时认为标枪瀚把手有助于更 好地沿轴向用力 而对标枪投掷成绩的影响并不显著 风速和风向 心 理因素 力量因素以及骨盆的横向转动等因索也没有考虑 结论是影响 栝枪投掷成绩的因素是多方颇的 一些影响因素可以通过力学 运动学 的原理来鳃释 如果考虑空气和设螽等因素魄话 就会加深问题的复杂 性 该研究的六个方强是相互影响躲 露显投掷括枪也不止这六个因素 最后耀力除段右靛熬水平速度是与标枪水平距离成歪相关性戆 嚣囊被 认为是影晌标枪水平距离的鬣重簧的影桶因素1 1 1 9 7 5 年 tc s o o n g 推导了基于方向余弦的描述标枪飞行的五个非 线性幼力学方程组成的方程组 包括风的作用 并以向疑迭代的方法对 其进行了数值求解 同时 对1 9 7 2 年在西德举行的奥林匹克运动会上标 捻哑颦的投掷动作进行了分析 结论是如果他以出手角为4 2 度和标枪的 倾斜建为3 5 度投掷鸵话 那他载可以成为冠军 可以比嚣军多投3 t 3 l 米 9 l 1 9 7 7 年 w e r e d 军妥a j z o g a i b 研究了投掷标枪的密手速度和出 手角度两者之闻的关系 通过计算和拟合曲线 得到了两者酌定董表达 式 v 0 1 2 7 0 f 3 4 9 m s 当0 f 3 5 时 v 0 3 0 4 5 m s 投掷标枪时 应尽可能使出手角度在3 5 3 8 度的范围内 这样可以取得比较好的成绩 城小从风压中心到重心的距离 可以在一定攫度上提离投掷成绩 但会 出现水乎投掷鼹阅题 导致成绩无法测量f 1 0 l 1 9 8 0 年 k a yf l a t t e n 扶运魏学聚理或生物力学髹瑾 对掷檬捻静全 过程遴行了分析 氢括韵施 过渡步和崮手 觚运动技巧方褥对掷标枪 太原理工大学硕士学位论文 运动进行了详细的说明 具体细节可参见 j 1 9 8 3 年 r m b a r t l e t t 使用摄影技术 对标枪运动员从侧面使用2 0 0 帧每秒的p h o t o s o n i c si p i 进行了投掷摄影 分析了在投掷过程中 身体各 个关键部位所应具有的角度以及位置变换所使用的时间i l 1 9 8 4 年 m o n th u b b a r d 和h a r r o l dj r u s t 首先推导了描述标枪的动 力学方程组 并且把从风洞实验中得到的空气作用力和力矩应用到该方 程组中 结果是使用实验的数据比通过理论近似的数据明显效果好 同 时 编制了求解该方程组的算法程序 得到了在无风时的最佳出手参数 为 出手高度为2 米 出手速度为3 1 l 米 秒 出手角度为3 0 1 1 度 攻 角为5 8 5 度 俯仰角速度为 9 2 度 秒 另外 他还将出手角度 速度 高度 攻角和俯仰角速度作为投掷距离的影响因素 建立了描述投掷距 离和选择的出手参数为因变量的函数 并在一定理论简化条件下 对该 函数进行了定性和定量的计算和优化 得到了一系列的给定条件下的优 化参数值 同时也讨论了标枪的质量 转动惯量 空气的密度和风速对 投掷标枪的影响 1 3 1 4 1 9 8 7 年 m h u b b a r d 和l w a l a w a y s 对改变了空气动力学特性的新 规则标枪初始条件进行了研究 由于改变了标枪的俯仰力矩 而俯仰力 矩是标枪攻角的函数 所以新规则的标枪的最优出手条件也就相应地发 生了改变 最终导致了标枪投掷成绩的改变 他们对标枪在2 0 3 5 米 秒 的范围内研究了标枪最优化出手条件 而且在这个速度范围内 标枪的 出手角度仍然在3 0 度左右 而最优的攻角和俯仰角速度将随着出手速度 的变化而改变 新规则带来的主要影响是 1 在以3 0 米 秒速度出手的 情况下 由于不能完全利用标枪的较大的空气升力 所以投掷距离会降 低1 0 左右 2 使得标枪的飞行对初始条件的依赖不敏感 1 5 1 1 9 8 8 年 r m b a r t l e t t 和r j b e s t 对有关掷标枪的科学文献和体育 太藤理工夫学礤 学位论冀 方蔼鹃论文逡孝亍了文黻综述 在1 9 8 6 年潮舔困联慰鬓予椽捻豹撂准逃牙 了修改 妇于标准改变而弹敬标枪空气动力特性的俯仰力矩敬交 阍时 他也考虑了风速 空气密度 重量 标稔的自转和掇动 避一步综述了 利用计算机仿真和场论数据对标枪出手参数的优化 评价了出手参数 出 手离度 速发 角度 初媲硬角和如手俯伸角速度 对投掷成续鲍影响 讨论了从摄影推导出来的有关掷标枪技术的数据 对实验程序也进行了 弹售 叙述了助跑 过渡除段 交叉步零跨步对残凌投掷懿霾要牲 最 瑟 颧测了掷标鲶这个复杂投掷颚爨擦来熊矮究方向f j 6 j 1 9 8 9 年 m h u b b a r d 帮l 碱a l a w a y s 开发了一套用来快速测慧标枪 拐始条件的系统 它诃菝戳2 0 0 犊簿移的速度鱼动数字傀采样标枪浅手 后0 1 0 2 秒x 和y 的位鬣 预测标榆在x 和y 位鼹时的五个出手参数 并以图形的方式将这蝗参数照示绘运动员 不过 这个装蛩只是研究垂 直平颇内的运动 篡它平面的运动 它都将忽略搏 1 7 1 9 9 3 年 r j b e s t r m b a r t l e t t 襄c j m o r r i s s 馊建三绂摄影技术 对挺捻的投掷技术分时段进行了分掇比较 势且謦鞋 维摄影技术褥剽敬 数据作了对魄分橱 溺嚣重氇研究了标稔窭手参数在窝闯运动酾平瑟运动 辩的麓剐 惩是 在三缭分橱孛 没有考虑溺罄环壤对称枪豹影桶 魄 如 风速 风向和标枪自身的振动等因素 l s 1 9 9 5 年 j b r u s s e l l r m b a r t l e t t 辅r a s a w y e r 通过对标枪进行 建模 优化以及仿真计算 研究了男子和女子新 j 目规则标枪的摄优化 出手参数 熊寒 歇采用的模型依然是二维载运动模型 对于个戥标捻运 动员寒说 使用不同的标枪就会肖不同的最饯出芋参数 嚣且最优魄出 手参数是髓著标枪运动员令入的麟范纯密乎逮度 霭菠交懿 继稻逶l 遘对 毙实际测爨投掷静数据秘遥避模型仿赛计算靛数据 发瑗该仿真计算在 一定黻度内成立 在实验测爨误麓允许的范阐内 这样的二维模挺其有 太原理工大学硕士学位论文 足够高的精度 但对于偏航角的测量 需要在可测量的风洞实验基础上 来确定 也需要在将来的仿真中包括标枪出手的三维分析u 1 9 9 8 年 y o s h i t a k ay a m a m o t o r u t s um a t s u o k a y o s h i h i s a i s h i d a 和k a z u i c h is e k i 生产了x e n o n 多暴光光源设备来记录标枪的飞 行轨迹 对一些标枪模型做了风洞实验来分析标枪的飞行特性 通过风 洞实验测定和计算了标枪模型的升力系数 阻力系数和俯仰力矩系数 而且 使用高速摄影来记录每一个标枪运动员投掷标枪的过程和投掷姿 态 确定投掷标枪的最佳条件首先是建立标枪飞行的动力学方程 然后 对其求解 并在求解时使用从风洞实验获得的参数值 在同一张底片上 记录标枪的位置和姿势是很有效的研究标枪运动的方法 通过高速摄影 可以研究标枪投掷距离和运动员投掷参数间的关系 通过使用实验得到 的参数值和高速摄影分析标枪运动参数的这种组合方法是有效的1 2 国内由于掷标枪运动项目在我国起步较晚 所以国内对于掷标枪运动 项目的研究也比较晚 而且研究的论文也没有国外的丰富 研究的主要 内容包括 掷标枪的个人投掷技术分析 掷标枪的运动训练方法 标枪 的空气动力特性 标枪的风洞实验研究 标枪的实验空气动力学特性和 标枪运动的生物力学分析和计算机仿真研究等方面 下面将从国内对掷 标枪运动研究的论文做一下综述 1 9 8 9 年 周继和和石玉琴对国际田联改型后的男子标枪 也称为低 重心标枪 测量了几何和物理参数 并进行了风洞实验 他们认为 标 枪重心和风压中心之间的距离值和出手速度的关系不大 而与标枪出手 时的攻角 迎角 变化有较大的关系 升阻比也和出手速度的关系不大 它随攻角的变大而增大 迎角2 5 度时最大 低重心标枪比旧标枪的俯仰 力矩的绝对值增大 可适当减小出手攻角来获得适宜的空气动力效应 2 1 9 9 2 年 周继和在对标枪进行风洞测力实验基础上 建立标枪飞行 2 l 太原理工大学硕士学位论文 模型 并对其进行计算机优化 得到了有规律的结论 同时结合投掷标 枪的实践分析了标枪出手的适宜条件 在出手速度为2 5 3 0 米 秒的范围 内 最佳出手条件是 投掷角度为4 0 度 攻角为一1 1 度 从实际投掷标 枪考虑的话 负攻角比零攻角好 零攻角又比正攻角好 低重心标枪俯 仰力矩值比旧标枪的大 低重心标枪出手条件不好控制 而且投掷的成 绩也比旧枪下降的幅度要大 一般情况下投掷角度不能过小 而攻角的 绝对值也不能太大 这样的话 投掷标枪的成绩会好些 投掷标枪不能 沿纵轴用力 也不可能沿纵轴用力 标枪以不为零的攻角出手是获得空 气动力效率的充分必要条件1 2 1 9 9 3 年 宁自衡等用洪湖1 6 r a m 高速摄影机拍摄了3 1 0 名中国优秀 男子标枪运动员试掷的技术动作 利用路径分析方法对各参数间的关系 进行了深入和全面的研究 并对解析出的身体环节和出手的运动学参数 进行评价 结果表明 身体各主要环节速度之间 身体各环节和出手参 数与投掷远度之间存在复杂的相互影响的关系 2 3 1 1 9 9 4 年 卢兆铭 杨怀英 杨娟华对8 5 8 6 型标枪作了较为系统的 研究 测定了一些牌号的新型标枪的数据 推导了标枪飞行的理论公式 并利用计算机进行数据处理 得到了标枪的飞行轨迹 同时 以六运会 男子标枪冠军纪占政和山东省运动员任军的投掷动作为例进行了计算 通过对运动员投掷参数的分析 从理论上为运动员指出了提高成绩的方 法 对提高标枪投掷成绩作了具体的建议 2 4 1 9 9 5 年 卢竞荣对李荣祥在1 9 9 5 年太原举行的全国田径锦标赛标枪 比赛上投出6 9 8 4 米的试掷动作进行高速摄影 并与国内外优秀选手技术 动作进行了比较分析 表明 李荣祥在 交叉步 投掷过程中 左肩 左臂出现上翘 上体过早后仰以及两腿 剪绞 动作存在不合理现象是 造成交叉步投掷中身体重心腾起过高 步幅偏小和最后用力步幅偏大的 太原理工大学硕士学位论文 主要原因 并最终影响了最后用力的动作效果 2 5 m 6 1 9 9 6 年 郑贵忠和宋树国对曾创造过世界纪录 欧洲和亚洲纪录的 1 6 名著名标枪运动员在创造最佳成绩时的技术录像为研究资料 对他们 左腿支撑始角和末角进行了合理性分析 分析表明理想的始角男子应在 5 0 度左右 女子应在5 5 度左右 理想的末角男子应在7 0 度左右 女子 应在7 5 度左右 理想的始末角差均应在2 0 度左右 2 同年 郑贵忠对 掷标枪技术中的纵轴用力技术进行了详细的探讨 标枪投掷技术中的沿 纵轴用力技术 直接制约着标枪的投掷效果 因而在标枪技术的教学中 首先要抓好纵轴用力技术 在技术要求上 要使学生掌握合理的出手角 度 掌握正确的鞭打方法和方向 掌握合理的用力方式 发挥左侧支撑 的积极作用 这几方面是保证纵轴用力的主要环节 技术在不断发展 技术的表现形式也在不断地变化 但不论采用那种技术类型 共同点是 把力量集中在标枪前进的方向上 2 8 1 9 9 7 年 王其宁 申毛毛 陈耀庆等采用常规方法测量了标枪的几 何和物理参数 通过理论分析求标枪静压中心位置 分析标枪的空气动 力特性 建立基于刚体运动的标枪动力学模型 并对建立的动力学方程 组进行数值求解 通过在一定条件下简化变量 探讨标枪不同初始条件 组合下的最佳组合规律 对飞鹿8 0m 级标枪 最佳的出手条件是 出手 速度为2 8 米 秒 出手高度为2 米 出手角度为3 9 度 攻角为 3 度 俯 仰角速度为 1 0 度 秒口9 1 1 9 9 7 年 张健和郑亚平从三维力学角度对掷标枪最后用力技术中躯 干动作特征进行了分析研究 指出了躯干最后用力动作是影响标枪投掷 成绩的主要因素 并从力学的角度对其进行了详细的技术动作分析口0 1 1 9 9 8 年 孙光对投掷标枪最后用力时的左侧支撑技术进行了研究 在最后用力的过程中 左侧支撑轴所起的作用是否正确 关系到能否将 太原理工大学硕士学位论文 支撑反作用力更好地依次传递到标枪的纵轴上 能否将身体重心升到必 要的高度 以及标枪能否在合理的出手高度上沿着合适的角度掷出 揭 示了掷标枪技术最后用力过程中如何使左侧支撑起到更好的作用 对教 学和训练有一定的参考价值 3 l 同年 向武军对标枪投掷技术中的超越 器械技术进行了研究 超越器械动作在标枪投掷技术中是非常重要的 他对体育专业在学习标枪投掷技术时常出现的错误动作进行了分析 指 出了他们的