手枪速射技术的动力链研究
许在华
（南京森林警察学院，江苏 南京 210023）
摘 要： 射手在战斗过程中的如何实现快而准的射击，成为决定战斗成败的关键。本研究以运动生物力学为依据，利用实验模式展开系列研究，采用三维高速摄像机观测技术，实现了对技术动作特征的量化分析与测试。通过对特警优秀射手和普通射手两者间在速射动作过程中身体各部位加速度和角速度差异分析，并比较身体各部位的动力链曲线差异，从动力链曲线中发现，优秀射手右手腕、左手腕的X、Z轴的加速度大于普通射手；从三轴方向来看，普通射手在出枪瞬间手腕用力不足因而影响固定，而造成Z轴方向的受力波动过大，因而产生过多失误。
关键词： 速射；动力链；加速度；角速度
1 研究对象与方法
1.1 研究对象
优秀特警射手由南京市公安局龙虎突击队3名射手和无锡市公安局特警支队雷豹2名组成，队员均获得江苏省特警射击比赛前10名。普通射手，由南京森林警察学院特警专业2015级5名学员组成。
1.2 研究方法
运用红外三维运动动作捕捉系统对双手等腰式快速射击动作的动力链进行测试分析，动力链包括准备动作→助跑急停→向前跨出支撑动作→瞬间出枪→重心转移→恢复动作。
（2）专业合作社连接型。即“公司+专业合作社+农户”型发展模式，以专业合作社为中介，对内组织农户按区域进行农产品生产，对外与农产品加工、营销龙头企业连接。
1.2.1 选身体各肢段加速度值与角速度值之动作稳定性比较分析：身体各肢段修正的资料要与手枪相同，萃取资料的画数也依照手枪所检定出来得为主，手枪与身体资料相同比较才有一致性；除了将每个射手的右手腕、右手肘、左手腕、左手肘、腰部、右膝、左膝加上手枪共8个位置的资料分开，再将每个位置资料中的X、Y、Z三轴资料分开分析比较；将分开的X、Y、Z三轴资料分别计算出最大值、平均值、总功率，并整理成一个资料表。其计算方式如下。（1）将每个射手的加速度值（或角速度值）算出平均值。（2）将全部的射手加速度值（或角速度值）分别求出平均值+95%信赖区间值与平均值-95%信赖区间值。（3）以求面积的方法，将平均值+95%信赖区间值与平均值-95%信赖区间值所围成的环状面积切割成很多块，每一块就像梯形一样。（4）环状面积计算说明：梯形公式面积的计算：（上底+下底）×高/2。
1.2.2 在身体各肢段的数据用最大值、最小值、平均值与总功率资料表的处理：将每位射手的同一肢段的资料分成萃取与未萃取整理放在同一个表格上；用ANOVA分析应用于只针对优秀射手分析，若P 值<0.05表示有差异（若P 值>=0.05表示无差异，可不用做LSD分析），建立LSD比较表，可以看出优秀射手中谁有较佳平均值；再用最大值、最小值、平均值与总功率的X、Y、Z三轴的LSD比较表可明显看出射手的差异性；最后将LSD比较表，分成最大值、最小值、平均值与总功率4类，整理成LSD射手总表。将总表资料统计分为：（1）X、Y、Z轴LSD差异分析：以X、Y、Z值的加总，所以会有0～3的数值，3表示两位射手间X、Y、Z轴均有差异，动作很接近。而X、Y、Z比对出现0表示2位射手间X、Y、Z轴均无差异，动作相同。（2）X、Z轴LSD分析：在X、Z轴方向的关系来做比较发现X、Z轴有较大的值产生，有0～2的数值产生，2表示2位射手间X、Z轴均有差异，动作很接近。X、Z比对出现0表示2位射手间X、Z轴均无差异，动作相同。
1.2.3 最后将X、Y、Z三轴t 检定表与X、Z两轴t 检定表分4个区域统计：优秀射手比较；优秀射手与普通射手之比较；普通射手比较。
2 结果与分析
3.2 从动力链来看，以各肢段受力时间依序排列为左膝、右膝、右手肘、腰部、左手腕、右手腕、左手肘。以双手等腰式速射姿势的重心转移来看，双脚移动、快速支撑、重心由后往前移、瞬间出枪、往前加速、射击、收枪，以它们两者之间来看是无太大差异。
2.2 优秀射手与普通射手，经过RMSE检定找出优秀的E射手与普通Q射手这两位射手在MSE检定中三轴的平均次数都很优秀因此用他们来分析两者的差异。
(1)状态1(t～t0)：电路工作在稳定状态，直流电源与主开关S1、S4及负载构成稳定回路，Sa1与Sa2处于开通状态，且初始条件为uCr=0，iLr=0.
2.1 找出优秀射手与普通射手各1名，并将其15次动作资料，经RMSE检定后，找出一次最佳动作资料，从手枪、右手腕、右手臂、左手腕、左手轴、腰部、右膝与左膝共8个位置。
表1 动力链各肢段加速度值分析表
3.1 以各肢段三轴间，找出每一个肢段的第一波高点的受力时间，作为动作起始的时间，最大加速度值来分析优秀与普通射手动力链（表1）。
3 结 论
2.3 根据开放式动力链由近端到远端原则，分析的顺序为左膝、右膝、腰部、左手肘、右手肘、左手腕、右手腕到手枪。以手腕Z轴值第一波高点为校正0点，分析如下。（1）左膝：反光球装置于左大腿左前方接近左膝位置，利用红外三维运动动作捕捉系统加速测量测其三轴加速度值，量测的数据经截取后做成散布图发现：①优秀与普通射手在曲线中出现四波动最高点，第一、二波高点为双脚在移动中所出现的波动，第三波动的值特别大代表正在出枪动作，最后一波为落地的动作；②优秀射手在第三个波动明显的特别大，有别于普通射手的第三次波动，显示优秀射手在瞬间用力时左膝的稳定情况是优于次优秀射手；③优秀射手与普通射手两者最大加速度值分别为33.20m/s2、22.35m/s2时，从数据得知在瞬间出枪的时间是无差异而在加速度上优秀射手比普通射手更佳。（2）右膝：感测器装置于右大腿右前方接近右膝位置，利用红外三维运动动作捕捉系统加速规则测其三轴加速度值，量测的数据所示。①优秀射手与普通射手在三轴曲线，以Y轴为主要受力的方向，次要轴为X、Z轴，曲线中优秀射手Y轴出现两波高点时间为-114ms、12ms，普通射手时间为-191ms、-41ms。②从时间来看第一波高点可预测他移动所产生的波动，第二波高点是右膝受力的情况，可从加速度值来看出施力的大小。③其次要X、Y轴曲线分析，优秀射手的X轴最大时间为-145ms，Z轴最大波动时间为-195ms；其次优秀射手X轴最大波动的时间为-175ms，Z轴最大波动的时间为-245ms，比较之下两轴的波动时间与加速度值都比次优秀的优异。④以曲线来看，优秀射手的三轴波动曲线比较密集，代表瞬间出枪是右膝的反作用力比较长这样才能维持整个重心转移与身体的转动；以优秀射手三轴的曲线来看，第一波动的施力与第二波动的施力时间过长，可见右膝受力的力量中断，使得力量削减，连带各膝关节带动力量转移到身体上并传导到枪上，因此左右膝关节的加速度是不可或缺。（3）腰部：感测器装置要不右侧位置，利用红外三维运动动作捕捉系统加速规则来量测三轴加速度，优秀与普通射手的曲线在腰部动作比较类似，普通射手Y轴第一波时间加速度值为31.68m/s2，优秀射手第一波时间加速度值为18.95m/s2。从曲线发现，次优秀在腰部发力的部位上有两段波动，其表示次优秀射手在腰部旋转上分成两段是发力不像优秀射手在腰部旋转的力量控制得很好，没有太多浪费的动作。（4）左上臂：感测器装置于左上臂接近左手肘位置，利用红外三维运动动作捕捉系统来测量三轴加速度值，以曲线来看两者的X轴为主要施力轴，明显看出受力大小与三轴加速规的方向。两者的差异于：①优秀射手在三轴的曲线都往负方向为高点，从曲线看出优秀射手在瞬间，左手肘X轴最大值为-18.65m/s2，明显看出左手肘在双手等腰式速射动作中是用来支撑手枪瞬间后坐力的稳定性。②虽然普通射手X轴加速度值-167.60m/s2大于优秀射手的-18.65m/s2，表示普通射手在出枪的过程中左手肘过于用力，会降低据枪的稳定性。③在出枪时间上优秀射手在113ms产生最大值，而普通射手在7ms中出现最大值，从时间来看普通射手瞬间出枪时间较晚，使得左手肘需要很大的力量来支撑，相反的优秀射手出枪时间较早因而左手肘不需要过度的用力。（5）右上臂：感测器装置于右上臂接近右手肘的位置，利用红外三维运动动作捕捉系统来测量三轴加速度值，以数据来看两者的X轴为主要施力轴，明显看出受力大小与三轴加速规的方向。两者的差异于：①优秀射手曲线有2个波动，其第一波动时间为-70ms最大值为114.47m/s2，第二波动的时间为28ms，最大值为131.60m/s2。反观，普通射手也有2个波动时间为-80ms、12ms，其最大值为145.87m/s2、277.19m/s2。②从曲线判断Y、Z轴不是主要的施力轴向。③其优秀射手与普通射手X轴波动来看，两者的第一波的是瞬间出枪的瞬间，而第二波动是击发后加速收枪动作的波动。④在双手等腰式速射动作上右手肘不是最大受力部位，手肘是在控制手枪的稳定与方向，从普通射手曲线数值大于优秀射手可知，普通射手右手肘过于用力造成。（6）左前臂：反光球装置于左上臂接近左手腕的位置，利用红外三维运动动作捕捉系统测三轴加速度值，从数据来看，①优秀射手的X轴时间为-12ms，Z轴时间为-12ms；普通射手X轴的时间为5ms。这2个轴是主要施力的方向轴。②优秀射手与普通射手的X、Z轴有明显区别，代表他们瞬间出枪是左手腕有向前发力，可是普通射手的加速度值较小。③普通射手左手腕瞬间发力时，过度的用力造成力量没办法传到手枪上，也会影响其他各部位的表现。（7）右前臂：感测器装置于右前臂接近右手腕的位置，利用红外三维运动动作捕捉系统测三轴加速度值，值得注意的是优秀射手第一波高点几乎在校正0点（手掌Z值第一波高点）上，在优秀射手Z轴向为0点123.89m/s2与普通射手Z轴为0点92.63m/s2。从0点来看几乎没有差异，差别在于Z轴加速度值的大小不同。如果我们从X轴向来看可以发现，优秀射手的X轴第一波高点时间在1ms，加速度为271.37m/s2，普通射手X轴第一波高点时间在10ms，加速度为-179.67m/s2。从曲线得知，普通射手出枪时施力过早导致力量提前减弱，因而影响其他轴向的施力连带影响各部位的表现。
优秀射手与普通射手加速度动力链分析动力链曲线。本研究以优秀射手组与普通射手在手枪、右手掌、右手腕、右手肘、左手腕、左手肘、腰部、右膝、左膝共10个部位，配载红外三维运动动作捕捉系统的反光球进行实验，以双手等腰式快速射击动作，成功完成15次快速拔枪射击，并传回的各肢段X、Y、Z三轴加速度的数据来分析优秀射手与普通射手差异。（表1）
式中：δf为复合材料的弯曲强度(MPa)；P为最大载荷(N)；L为跨距(mm)；b和h分别为复合材料试样的宽度和厚度(mm)。
3.3 从动力链曲线中发现，优秀射手右手腕、左手腕的X、Z轴的加速度大于普通射手；从三轴方向来看，普通射手在出枪瞬间手腕用力不足因而影响固定，而造成Z轴方向的受力波动过大，因而产生过多失误。
本文通过采取状态维修与预防维修相结合的维修方式，能够有效解决目前单设备维修存在的不足，为设备维修计划的优化提供科学理论指导。由于在对设备集群进行维护时，各设备每次维修时机的不同会导致其频繁停机，从而影响整个系统工作效率，增加维护成本。为此，后续研究中会考虑根据设备间的维修相关性将其进行分组，调整归并多维修作业任务，建立基于机会成组维修的多设备动态不完全预防性维护经济优化模型，确定各设备合理的机会维修可靠度阈值和相应的最优维修策略与成组维修时机。
3.4 因为实验对象都是经过训练的射手，基本的技能都不错，所以各肢段最大加速度差距不大。普通射手有时会过早或过度用力，如腰部、右手肘、左手肘加速度值都超过优秀射手，但无法将力量确实传递在每一个肢段上，来带动手枪向前的加速度。而优秀射手在出枪时会运用身体的协调性，如手臂放松利用躯干的联动带动整个身体，控制出枪指向，来提升稳定性与射击精度。
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中图分类号： G871
文献标识码： A
文章编号： 1674-151X（2019）01-155-03
doi： 10.3969/j.issn.1674-151x.2019.03.078
投稿日期： 2018-12-13
基金项目： 南京森林警察学院预研项目：警察手枪速射技术的动力链机制研究（编号：LGY201606）；2017年度江苏省公安厅软科学理论课题：手枪动态快速射击技术的运动学研究（编号：2016LX010）。
作者简介： 许在华（1975—），副教授，硕士。研究方向：警务技战术教学与训练。
标签：速射论文; 动力链论文; 加速度论文; 角速度论文; 南京森林警察学院论文;