新规则女子标枪及气动力特性与投掷技术

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1、对3支新规则女子标枪进行气动力风洞试验，通过试验发现新规则女枪的升阻比有所减小，在相同攻角下低头力矩较大，从而使标枪的飞行性能有所下降。但这些变化使标枪裁判工作的客观性和准确性大大增加了。文中还对改进女子标枪的投掷技术进行了分析并提出了建议。　　国际田联规定，自1999年4月1日起，将在所有正式田径比赛中使用新规则女子标枪(以下简称新枪)，表1是新、旧规则(1988年规则)女子标枪的规格。由于标枪是一个细长体，标枪重心位置的变化对标枪飞行时的气动力产生影响，并最终影响标枪的飞行远度。为了了解标枪重心位置的变化对标枪飞行时

2、的气动力参数的影响和新枪的性能，有必要对新枪的气动力特性进行深入的研究，以指导运动训练的实践。表1　新旧标枪的规格　单位：cm,g　全长重心至枪尖距离比赛重量枪身最大直径旧标枪新标枪220～230220～2309592605～6256002.52.5表2　六分量应变天平的量程和静校精度　单位：M.m分量轴向力法向力侧向力滚动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年国际田径竞赛规则后，我们及时与国内生产标枪的厂家联系，在各厂家的大力

3、支持下，我们获得了3支符合1999年国际田径比赛规则规定的女子标枪，对女子标枪进行了有关参数的测试，并于1998年10月在航天部701所FD-09低速风洞进行了标枪的气动力风洞试验，试验使用的是六分量应变天平，试验风速为24m/s和26m/s，试验攻角范围为-30°～40°，间隔5°。查阅了近年来国际、国内公开发表的有关掷标枪技术的论文与资料，收集了有关数据，并据此对投掷新枪的技术进行了初步分析。2　分析与讨论　　从表3中可见，3个厂家制造的新规则女子标枪均符合1999年国际田联比赛规则的规定，标枪重心距离标枪尖的最大距

4、离均小于92cm，且相互之间的差异较小，但值得注意的是，3支标枪的重量有一定差距，运动员在选择标枪时应使用重量较轻的标枪。表3　新规则女子标枪的部分几何参数　单位：mm,g标枪全长重心至枪尖距离重心相对位置重量飞鹿皇冠天成22242219221591691591441.19%41.23%41.26%607.5617.5619.0　　从图1中可见，新枪的升阻比(升力与阻力的比值)有较大差异，旧标枪的升阻比值较大，最大可达到2.48，而新女枪只能达到2左右。与旧枪相比，新枪的升阻比有较显著的下降。新标枪升阻比下降的原因是由于

5、自1988年以来，国际田径比赛规则经过数次变化，现在新规则女子标枪的尾部较1988年规则的旧标枪有较大增粗，导致阻力上升的缘故。由于升阻比上升，将使新规则标枪的飞行性能有所下降，在相同的出手速度和其它飞行初始条件下，新标枪的飞行远度将会有所下降。图1　国产飞鹿牌女子标枪的升阻比　　标枪飞行时，由于空气动力的合力作用点(压力中心)并不一定与标枪重心位置重合，因而会产生一个使标枪围绕其质心横轴旋转的力矩，由于这一力矩会使标枪在飞行时产生俯仰运动，因而称其为俯仰力矩。当俯仰力矩系数为正时，力矩的方向向上，其作用使标枪在飞行时抬

6、头。当俯仰力矩系数为负值时，力矩的方向向下，其作用使标枪在飞行时低头。为了进一步分析俯仰力矩与攻角的关系，可将其变换为无量纲的系数。从图2中可见，新、旧飞鹿牌女子标枪的俯仰力矩系数有很大差异。在0°～5°的攻角内，新旧标枪的俯仰力矩系数的值均较小，因而对标枪飞行时的俯仰作用的影响也较小。当攻角增至10°以后，旧枪的俯仰力矩系数的数值有所变化，但幅度较小，而新枪的俯仰力矩系数的值却有显著变化，表现为出现一个较大的低头力矩。这一变化对标枪飞行远度的影响是当标枪以较大攻角飞行时，会有一个较大的低头力矩使标枪在飞行时过早低头而降

7、低飞行远度，见表4。图2　国产飞鹿牌女子标枪的俯仰力矩系数表4　新枪对不同水平女子标枪运动员成绩的影响原来成绩30m40m50m60m70m预计下降幅度0～1%2%～3%3%～4%4%～5%5%～6%　　根据目前对标枪技术的研究，影响掷标枪成绩的因素有标枪飞行的初始条件，标枪的几何物理参数和天气因素。当后两者的因素确定时，运动员掷标枪的技术影响着标枪飞行的初始条件，从而决定了运动员的投掷成绩，见图3和图4。图3　影响标枪飞行远度的因素图4　影响标枪飞行初始条件的因素　　通过实践和研究证明，对标枪飞行远度起决定作用的因素是

8、标枪的初速度。在其它条件不变的情况下，标枪的初速度每增加1m/s，飞行远度大约增加5m。由于目前尚没有对新规则女子标枪进行计算机模拟计算，我们根据男子标枪的有关数据和对新女枪的实际试投成绩情况，对新女枪的飞行远度做了一个初步估计，见表4。　　由于标枪的初速度对远度的影响是第一位的，而新枪的‘滑翔’性能有所下降，因此要