網球地面速率檢測試驗裝置在網球場地標準測試中的應用

網球場可分為室外和室內兩種，且各有不同的球場表面。草地網球是zui基本的戶外場地，網球場的性能取決于球場表面類型。球場表面狀況影響到比賽選手的運動和球的回彈，快速適應場地是選手取得成績的關鍵。但是，由于草地球場對草的特質、規格要求*，加之氣候的限制以及保養與維護費用昂貴，很難被推廣到世界各地。目前每年的寥寥幾個草地職業網球賽事幾乎都是在英倫三島上舉行，且時間集中在六、七月份，溫布爾登錦標賽是其中zui古老也zui負盛名的一項。

季節的限制、天氣的無常和高昂的維護費用，迫切需求一種新的運動場地來代替天然草地。于是，土場應運而生。這種場地zui早使用沙土做成的，造價低廉且有土地的舒適，但排水是一個大問題。在20世紀初，歐洲人發明了快干場地，即在場地表面鋪上一層碎磚末或火山灰等物，這樣水就會很快滲下，地表干燥的速度就快了很多。大洋對岸，美國人發明了綠土場，即把本土產天然的綠石塊粉碎鋪在場地表面，而不像歐洲那樣用磚末。這兩種場地就是現在所謂的土場。在降雨多或地下滲水條件不好的地區，排水可以修建地下排水系統解決；在干燥地區，相反的就要修建地下的灌溉系統。zui典型的代表是紅土場地的法網公開賽。此種場地特點是球落地時與地面有較大的摩擦，球速較慢，球員在跑動中特別是在急停急回時會有很大的滑動余地，這就決定了球員必須具備比在其他場地上更出色的體能、奔跑和移動能力，以及頑強的意志。之后又出現了混凝土場地、瀝青場地和木制場地，隨著合成材料的發展，塑膠場地、地毯場地和人造草場地相繼進入人們視線。不同場地具有不同特點，不同賽事也會選擇不同類型的場地。因此，為滿足不同賽事的需求，需要對各種場地提出一個統一的評估標準。

1. ITF品質概念的級別和測試內容

ITF根據網球在球場表面的回彈速度將網球場地分為五類（如圖1），一種產品要想獲得ITF場地分類認證，需要到ITF的實驗室進行表面速率試驗測定。ITF場地分類認證程序如圖2。

圖1 網聯關于網球地認證分類

圖2 ITF場地分類認證程序

2.ITF品質概念的測試方法

網球場測試標準分為：場地朝向、外觀、尺寸規格；場地固定物、基礎、排水及照明設施；場地坡度、平整度和場地表面物理機械性能的測試。

2.1 實驗室測試

實驗室測試內容包括回彈值、滑動阻力、沖擊吸收、地面速率和滲水性。實驗室測試內容和指標如表1所示：

表1.實驗室測試內容和指標

測試樣品尺寸：

600×600 mm，共4塊（測3塊、存檔1塊）

標樣：硬質混凝土面層，至少300×300×50 mm

測試環境：

場地測試：zui常見的環境溫度和濕度

實驗室測試：（樣品放置在標準環境中3h后測試）

溫度：23±2℃

濕度：無特殊要求。如果樣品對濕度敏感，需將樣品置于相對濕度為50±5％的條件下88h

1）回彈值測試

如今使用的網球回彈試驗標準是在1925年制定的。試驗時將網球一定高度垂直落下，測量其在試樣和表樣上的回彈高度。標準要求所有類型網球的回彈高度在53～58英尺（1.35～1.47m）之間，對于比賽用球的回彈高度要求在48～53英尺（1.22～1.35m）之間。

回彈值測試方法是ITF CS 02/02，測試裝置見圖3。將標準網球從2.54±0.01 m的高度自由落體，測量其在拋光大理石板上的回彈高度（BHTref），重復試驗5次；將標準網球從同樣高度自由落體，測量其在測試樣品上的回彈高度測求在樣品和標樣上的回彈高度(BHTtest)，重復試驗5次。根據ITF規定，BPR應不小于80，且同一樣品的差值不大于10。

回彈值：

BPR —網球回彈值

BHTtest—網球在樣品上的回彈高度，m

BHTref—網球在標樣上的回彈高度，m

圖3回彈值測試裝置

2）滑動阻力測試

滑動阻力以防滑性能差異來表示。滑動阻力試驗儀器如圖4所示。試驗時擺錘高度為125±1mm，先做3次適應性擺動再測試。試驗至少要重復5次，試驗數據取平均值。

防滑性能差異：

圖4滑動阻力測試

3）沖擊吸收測試

試驗裝置如圖5所示，沖擊重物為20kg。

圖5沖擊吸收測

表2 沖擊吸收ITF指標

DELTA德爾塔儀器——塑膠跑道沖擊吸收檢測儀

DELTA德爾塔儀器——塑膠跑道沖擊吸收檢測儀主要用于塑膠運動場地的沖擊吸收性能測試。儀器重錘模擬人體作用效果沖擊合成面層，通過計算機計算出測試結果。本儀器試驗能力強、移動靈巧方便，便于各種環境下的測試。試驗精度高，數據重復性好。塑膠跑道沖擊吸收檢測儀滿足標準BS EN14808-2005《運動場地面層沖擊吸收測定方法》；GB/T 14833-2011《合成材料跑道面層》；GB/T 22517.6-2011《體育場地使用要求及檢驗方法　第6部分：田徑場地》；GB/T 19851.11-2005《中小學體育器材和場地 第11部分 合成材料面層運動場地》；GB/T 19995.2-2005《天然材料體育場地使用要求及檢驗方法 第2部分：綜合體育場館木地板場地》；GB******-****《中小學合成材料面層運動場地(征求意見稿)》等標準規定試驗要求。

4）地面速率測試（ITF場地分類認證）

網球場地面速率的測試方法被規定為ITF CS 01/01，該方法在1997年出版的ITF網球場表面測試標準中提及。網球場地面速率的測試系統被稱之為Sestée（圖6），該系統使用內置的激光技術能呈現網球的彈射和反射軌跡。網球是彈出時與水平面呈16°的離出角，以30m/s的速度由氣動發射器發射出去。地面速率主要由網球與場地表面的摩擦力（摩擦系數，COF）決定，此外還與場地的彈性(回彈系數，COR)有關。摩擦力越大，反射速率越小；回彈系數越大，減速越明顯。

圖6：Sestée系統

地面速率的計算：

入（反）射速度分量：        

Vix=Vicosθ；Viy=Visinθ

Vfx=VfcosΦ；Vfy=VfsinΦ

Vi— 網球的入射速度，m/s

Vf— 網球的回彈速度，m/s

θ— 網球的入射角度，°

Φ— 網球的回彈角度，°

5）滲水性（率）測試

滲水性測試方法為：測試單位時間下降的水位高度。內圈為測試區，外圈防止內圈水側漏，如圖7。

滲水率：

η —滲透率，mm/min      

h—下降的水位，mm

t—滲水時間，min

圖7滲水性測試

2.2場地測試

場地測試內容包括場地速率、恢復系數、滑動阻力、能量償還、地形尺寸和一致性測試。

滑動阻力測試的是球與場地表面相對運動的阻力。

阻力系數是水平阻力與場地法向垂直力的比值。粗糙場地摩擦力系數大，球在水平方向的速度遞減大。在這種場地打球，會感覺到比較慢。

能量償還指的是球場表面回彈回來的能量。能量償還表現在球撞擊場地后豎直方向上能量的減小。

回彈系數（COR）表示的是回彈后豎直方向的速度與回彈前豎直方向速度之比。回彈系數大的場地網球速度慢，選手有更多的時間擊球。

地形尺寸包括場地表面的規整性（平整度）、場地的傾斜度與平面度和場地相對位置的標志線。

一致性指的是場地全部運動區的均一性與隨時間、使用和維護的穩定性。

場地速率和回彈值測試至少要在場地四個不同位置進行，如圖8所示。四個不同測試點分別代表高頻、中頻、低頻使用區和球場界線。

圖8 場地測試位置點

1）場地速率測試

場地速率測試（CPR）是表征網球和場地相互作用的一種方法，包括兩個方面：阻力測試和垂直回復，前者主要表征球擊地后速度水平方向分量的減少，后者主要表征連續彈跳的時間間隔。

圖9 場地速率測試和發球機

CPR方法的理論模型假設擊地過程中球和場地是剛性的，且球以一定速率一定角度無旋轉（或≤3r/sec）的射出，球速測試儀器(如圖所示)誤差要求小于± 0.05 m/s。測試時球的入射角為16 ± 2°，入射速率為30 ± 2 m/s。測試用數網球為三個，每個網球測試三次，測試過程中，若測試點場地損害應改變測試點或等場地復原后繼續測試。

圖10場地速率測試儀器

數據處理

vix：網球水平方向入射速率(m/s)
viy：網球垂直方向入射速率(m/s)
vfx：網球水平方向反射速率(m/s)
vfy：網球垂直方向反射速率(m/s)
e：恢復系數 (COR)
μ：摩擦系數 (COF)
a：速率常數(150)
b：主恢復系數

CPP：場地速率

根據場地速率，球場被分成5類如表：

表3.場地速率類型

根據摩擦系數和恢復系數，球場被分成以下3類如表4：

表4.恢復系數和摩擦系數

CPR與COP和COF間的轉換見圖11，隨著摩擦系數和恢復系數的減小，CPR增大，網球在場地的運動速率加快。

圖11.CPR與COP/COF轉換關系

2）回彈值測試

ITF關于場地回彈值測試方法同實驗室測試方法。同一場地不同測試點BPR的波動為zui大的BPR與zui小的BPR之差。

3）平整性測試（ITF CS 02/02）

平整性測試的方法是ITF CS 02/02

表5.ITF場地平整性測試標準

注：PPA：主運動區域；TPA：全場

3）斜度和平整性測試

理想的網球場應表面平整且在同一水平面上。即使為了便于排水，場地有所傾斜，但場地也應該保持在同一水平面上。場地傾斜度應盡量減小對比賽的影響，當場地必須傾斜以便于排水時，場地的傾斜方向如圖12所示。

網球場地的測試方法是ITF CS 03/02，ITFTU推薦的斜度和平整性如表6。

圖12場地的傾斜方向

表6.ITF推薦斜度和平整度