体　育　科　学
TIYU KEXUE
SPORT SCIENCE
Journal of China sports Science Society
1998年 第2期 No.2 february 1998
科技期刊

跳台滑雪空中飞行初始姿态的实验研究
王志选　李　润(吉林工业大学测试中心，长春　130025)
关佐恒　(吉林省体育科研所)
吴德义　(吉林市跳雪队)
摘要　跳台滑雪运动与空气动力学因素密切相关。采用运动员进入风洞吹风实验的方法，并首
次采用自制的力传感器，与发射、接收器组成了遥控测量系统，进行了实验测试。经分析计算
之后，对跳台滑雪空中飞行的初始动作姿态提出一些建议。
关键词　跳台滑雪 初始姿态 风洞实验 起跳力遥控测量
1 引言
　　跳台滑雪运动是冬季奥运会比赛项目之一。体育界人士认为，这项运动比较适合我国运动
员的素质和体能特点。故提出在冬奥会的雪上项目中，应以跳台滑雪为突破口［1］。为此，吉
林工业大学生物力学组、吉林省体育科研所和吉林市跳雪队联合成立了科研组，在国家自然科
学基金连续二次的资助下，对跳台滑雪运动的技术动作进行了系统的实验研究和理论分析。本
文内容仅对影响跳台滑雪运动空中飞行初始姿态(也称起跳动作)的实验研究与分析计算进行概
述。
2 实验内容与方法
2.1 风洞实验
　　跳台滑雪与空气动力学因素密切相关。国外对跳台滑雪进行过风洞实验研究［2］，都是采
用缩比模型进行的模拟实验。本研究让运动员进入风洞室进行吹风实验，这样不仅模拟真实、
误差小，而且可按要求随时改变动作姿态，并能使运动员更好地体会空气动力的作用。实验在
航空航天部第627空气动力研究所进行。FL-3风洞的实验段大小为3.5 m×2.5 m。风速选用18.2m/s。
实验时通过特殊的装置将运动员的滑雪板与机械六分力天平固连。机械六分力天平将运动员所
承受的空气动力和力矩经电磁元件转换为电信号，由7066数字电压表实时采集后输入计算机。
为了使测量的数据更准确，对每种姿态均进行了3次重复性测量。而每次的数据测量值都是由
7066数字电压表6次循环检测的平均值。
2.2 无线遥控测量
　　为测量运动员在起跳时起跳力(垂直雪板方向)的大小，实验采用了由自制的力传感器和信
号发射器、信号接收器及磁带数据记录仪构成的遥控测量系统。其中力传感器重120 g最大量
程5 000 N，重复误差1%。信号发射和信号接收器是从日本进口的MRT-200 A。发射器重22 g ，
电池重20 g。磁带数据记录仪为日产TEAC-R81。实验时将力传感器装在雪鞋与雪板之间前脚掌
和后脚跟位置，信号发射器同电池固定在雪鞋前端的雪板上。信号接收器和磁带数据记录仪置
于跳台台端一侧，接收天线沿助滑道一侧平行伸展至出发点。
2.3 高速摄影和录像
　　整个测试过程都进行了高速摄影和录像，高速摄影机型号为日产E-10，速度选用300张/s，
录像机型号为日产DXC3000-P，可变焦距。
3 实验结果与分析
3.1 3种助滑姿态的比较
　　助滑风洞实验的3种姿态，即卵式、平背式和前扶腿式如图1所示。表1给出了3种助滑姿态
的测量数据。从阻力及流态观察来看，卵式和平背式几乎没有明显的差别。而前扶腿式的阻力
却明显增大。这是因为前扶腿式的迎风面积较卵式和平背式大。手臂又破坏了运动员身体上气
流的流动状态，虽然前扶腿式有助于起跳动作，但阻力增加会引起助滑速度的损失。对3种姿
态的升阻比进行比较可看出：卵式升阻比最小，这是因为采用卵式姿态时出现了不大的负升力，
这对运动员长时间平稳滑行有利，但阻力稍大于平背式。平背式在助滑中有较大的升阻比，且
助滑与起跳之间动作连贯。是较理想的起跳初始姿态。

图1 3种助滑姿态
表1 助滑风洞实验数据
姿　势风速(m/s)阻力(kg)升力(kg)升阻比
卵　式
平 背 式
前扶腿式18.2
18.2
18.24.42
4.18
5.88-0.197
0.317
2.39-0.044
0.076
0.406

3.2 起跳过程分解动作比较
　　起跳的9个分解动作如图2所示。从表2中可以清楚看出，阻力和俯仰力矩随姿态角的增加
而增大。升力及升阻比在姿态8前具有与阻力相同的趋势。而姿态8以后，升力开始出现下降。
姿态8非常接近运动员起跳时离开地面瞬间的实际姿态。保持在这个姿态下离开地面，对增大
跳跃距离有利。
3.3 起跳力的作用
　　运动员在起跳过程中，受到了图3所示的外力作用。图中Fr、Fn、Fμ和P分别为升力、阻力、
摩擦力和重力。N为滑道对运动员的反力(起跳力)。坐标轴x为水平方向，y轴为铅垂方向。起跳
速度方向的确定：由动量定理，将各力在垂直台端方向的y'轴上投影有


(1)
　　式中υy'是起跳结束时质心沿y'轴的速度，υoy'是起跳开始时质心速度在y'轴上的投影。Fy
'是作用在运动员身上所有外力在y'轴上的投影之和，m是运动员和雪板的总质量。由于在起跳
过程中升力、阻力是变化的，故采用分段线性化的方法进行计算，即将起跳过程分为9个姿态，
对应每个姿态的升力和阻力便可视为常数，这姿态取等时间间隔Δt=0.15/qs，注意到初动量在
y'轴上的投影为零，则由(1)式得


(2)
式中 Fiy'的计算方法如下



图2 起跳过程的9个分解动作姿态
表2 起跳过程的9个分解动作风洞实验数据
参　数分解动作
123456789
阻力(kg)
升力(kg)
俯仰力矩(kg.m)
升阻比4.0
0.55
1.03
0.1384.59
0.96
0.83
0.2096.10
2.93
1.20
0.486.83
3.16
1.82
0.468.49
4.39
5.10
0.5178.58
3.81
9.58
0.449.17
4.22
13.7
0.499.68
4.72
13.79
0.499.93
4.26
15.1
0.429

　

图3 起跳过程受力分析
　　升力Fir和起跳力N可从表2和表3中查得，由(2)式解得。设合成速度方向与台端滑道间的夹
角为θ，则

　　注意到台端滑道与水平有-10°的夹角，故合成速度与水平轴的夹角α为
α=θ—10°
　　计算结果与高速摄影解析所得到的结果是吻合的。由抛物体运动规律可知，若要想达到最
佳的飞行距离，起跳角是重要的因素之一。起跳力的大小将直接影响起跳角。因此，增加起跳
力是提高运动成绩的办法之一。
4 结论与建议
4.1　助滑段要尽量减小风阻。平背式助滑姿态较为理想。在不影响起跳动作的前提下，重心尽
量低且将两手置于臀后，手心向上伸展以使驱体尽量成流线型。
4.2　起跳时，膝关节弹出动作要快，而且要先于髋关节。这对减小风阻、获得较大的出台速度
和理想的起跳角有利。因此要重视腿部爆发力的训练。
4.3 跳离台端的瞬时，其姿态应达到图2中姿态8所给定的姿态，以获得大的升阻比，增加空中
飞行时间。这样也有利于缩短空中姿态的调整过程。
4.4　起跳方向应以垂直滑道稍偏向前一些更为合理。这样也便于和飞行姿态衔接。
4.5　起跳前，运动员不能过早抬高重心。否则会导致起跳无力而影响成绩。
6 参考文献
1 关佐恒. 跳雪应是突破口. 吉林体育学院学报，1985(1)
2 Ward-Smith, A.J.& Clemonts.D.(1982) Experimental determination of the aerodynamic characteristics 
　of ski-jumpers. Aeronatical Journal, 1986：384~391
3 王志选，等. 跳台滑雪起跳力的测试及其对运动成绩影响的研究. 试验技术与试验机，1991(4)
4 关汝华、李 润，等. 用数学规划的方法优化跳台滑雪的起跳动作. 应用数学和力学，1992；13(7)

1997—03—11收稿，1997—09—05修回责任编辑：王大卫
