网球地面速率检测试验装置在网球场地标准测试中的应用

网球场可分为室外和室内两种，且各有不同的球场表面。草地网球是最基本的户外场地，网球场的性能取决于球场表面类型。球场表面状况影响到比赛选手的运动和球的反弹，快速适应场地是选手取得成绩的关键。但是，由于草地球场对草的特质、规格要求极高，加之气候的限制以及保养与维护费用昂贵，很难被推广到世界各地。目前每年的寥寥几个草地职业网球赛事几乎都是在英伦三岛上举行，且时间集中在六、七月份，温布尔登锦标赛是其中最古老也最负盛名的一项。

季节的限制、天气的无常和高昂的维护费用，迫切需求一种新的运动场地来代替天然草地。于是，土场应运而生。这种场地最早使用沙土做成的，造价低廉且有土地的舒适，但排水是一个大问题。在20世纪初，欧洲人发明了快干场地，即在场地表面铺上一层碎砖末或火山灰等物，这样水就会很快渗下，地表干燥的速度就快了很多。大洋对岸，美国人发明了绿土场，即把本土产天然的绿石块粉碎铺在场地表面，而不像欧洲那样用砖末。这两种场地就是现在所谓的土场。在降雨多或地下渗水条件不好的地区，排水可以修建地下排水系统解决；在干燥地区，相反的就要修建地下的灌溉系统。最典型的代表是红土场地的法网公开赛。此种场地特点是球落地时与地面有较大的摩擦，球速较慢，球员在跑动中特别是在急停急回时会有很大的滑动余地，这就决定了球员必须具备比在其他场地上更出色的体能、奔跑和移动能力，以及顽强的意志。之后又出现了混凝土场地、沥青场地和木制场地，随着合成材料的发展，塑胶场地、地毯场地和人造草场地相继进入人们视线。不同场地具有不同特点，不同赛事也会选择不同类型的场地。因此，为满足不同赛事的需求，需要对各种场地提出一个统一的评估标准。

1. ITF品质概念的级别和测试内容

ITF根据网球在球场表面的反弹速度将网球场地分为五类（如图1），一种产品要想获得ITF场地分类认证，需要到ITF指定的实验室进行表面速率试验测定。ITF场地分类认证程序如图2。

 图1 国际网联关于网球地认证分类

图2 ITF场地分类认证程序

2.ITF品质概念的测试方法

网球场测试标准分为：场地朝向、外观、尺寸规格；场地固定物、基础、排水及照明设施；场地坡度、平整度和场地表面物理机械性能的测试。

2.1 实验室测试

实验室测试内容包括反弹值、滑动阻力、冲击吸收、地面速率和渗水性。实验室测试内容和指标如表1所示：

表1.实验室测试内容和指标

测试样品尺寸：

600×600 mm，共4块（测3块、存档1块）

标样：硬质混凝土面层，至少300×300×50 mm

测试环境：

场地测试：最常见的环境温度和湿度

实验室测试：（样品放置在标准环境中3h后测试）

温度：23±2℃

湿度：无特殊要求。如果样品对湿度敏感，需将样品置于相对湿度为50±5％的条件下88h

1）反弹值测试

如今使用的网球反弹试验标准是在1925年制定的。试验时将网球一定高度垂直落下，测量其在试样和表样上的反弹高度。标准要求所有类型网球的反弹高度在53～58英尺（1.35～1.47m）之间，对于比赛用球的反弹高度要求在48～53英尺（1.22～1.35m）之间。

反弹值测试方法是ITF CS 02/02，测试装置见图3。将标准网球从2.54±0.01 m的高度自由落体，测量其在抛光大理石板上的反弹高度（BHTref），重复试验5次；将标准网球从同样高度自由落体，测量其在测试样品上的反弹高度测求在样品和标样上的反弹高度(BHTtest)，重复试验5次。根据ITF规定，BPR应不小于80，且同一样品的差值不大于10。

反弹值：

BPR —网球反弹值

BHTtest—网球在样品上的反弹高度，m

BHTref—网球在标样上的反弹高度，m

图3反弹值测试装置

2）滑动阻力测试

滑动阻力以防滑性能差异来表示。滑动阻力试验仪器如图4所示。试验时摆锤高度为125±1mm，先做3次适应性摆动再测试。试验至少要重复5次，试验数据取平均值。

防滑性能差异：

图4滑动阻力测试

3）冲击吸收测试

试验装置如图5所示，冲击重物为20kg。

图5冲击吸收测

表2 冲击吸收ITF指标

DELTA德尔塔仪器——塑胶跑道冲击吸收检测仪

DELTA德尔塔仪器——塑胶跑道冲击吸收检测仪主要用于塑胶运动场地的冲击吸收性能测试。仪器重锤模拟人体作用效果冲击合成面层，通过计算机计算出测试结果。本仪器试验能力强、移动灵巧方便，便于各种环境下的测试。试验精度高，数据重复性好。塑胶跑道冲击吸收检测仪满足标准BS EN14808-2005《运动场地面层冲击吸收测定方法》；GB/T 14833-2011《合成材料跑道面层》；GB/T 22517.6-2011《体育场地使用要求及检验方法　第6部分：田径场地》；GB/T 19851.11-2005《中小学体育器材和场地 第11部分 合成材料面层运动场地》；GB/T 19995.2-2005《天然材料体育场地使用要求及检验方法 第2部分：综合体育场馆木地板场地》；GB36246-2018《中小学合成材料面层运动场地》等标准规定试验要求。

4）地面速率测试（ITF场地分类认证）

网球场地面速率的官方测试方法被规定为ITF CS 01/01，该方法在1997年出版的ITF网球场表面测试标准中首次提及。网球场地面速率的测试系统被称之为Sestée（图6），该系统使用内置的激光技术能精确呈现网球的弹射和反射轨迹。网球是弹出时与水平面呈16°的离出角，以30m/s的速度由气动发射器发射出去。地面速率主要由网球与场地表面的摩擦力（摩擦系数，COF）决定，此外还与场地的弹性(回弹系数，COR)有关。摩擦力越大，反射速率越小；回弹系数越大，减速越明显。

图6：Sestée系统

地面速率的计算：

入（反）射速度分量：        

Vix=Vicosθ；Viy=Visinθ

Vfx=VfcosΦ；Vfy=VfsinΦ

Vi— 网球的入射速度，m/s

Vf— 网球的反弹速度，m/s

θ— 网球的入射角度，°

Φ— 网球的反弹角度，°

5）渗水性（率）测试

渗水性测试方法为：测试单位时间下降的水位高度。内圈为测试区，外圈防止内圈水侧漏，如图7。

渗水率：

η —渗透率，mm/min      

h—下降的水位，mm

t—渗水时间，min

图7渗水性测试

2.2场地测试

场地测试内容包括场地速率、恢复系数、滑动阻力、能量偿还、地形尺寸和一致性测试。

滑动阻力测试的是球与场地表面相对运动的阻力。

阻力系数是水平阻力与场地法向垂直力的比值。粗糙场地摩擦力系数大，球在水平方向的速度递减大。在这种场地打球，会感觉到比较慢。

能量偿还指的是球场表面反弹回来的能量。能量偿还表现在球撞击场地后竖直方向上能量的减小。

回弹系数（COR）表示的是反弹后竖直方向的速度与反弹前竖直方向速度之比。回弹系数大的场地网球速度慢，选手有更多的时间击球。

地形尺寸包括场地表面的规整性（平整度）、场地的倾斜度与平面度和场地相对位置的标志线。

一致性指的是场地全部运动区的均一性与随时间、使用和维护的稳定性。

场地速率和反弹值测试至少要在场地四个不同位置进行，如图8所示。四个不同测试点分别代表高频、中频、低频使用区和球场界线。

图8 场地测试位置点

1）场地速率测试

场地速率测试（CPR）是表征网球和场地相互作用的一种方法，包括两个方面：阻力测试和垂直回复，前者主要表征球击地后速度水平方向分量的减少，后者主要表征连续弹跳的时间间隔。

图9 场地速率测试和发球机

CPR方法的理论模型假设击地过程中球和场地是刚性的，且球以一定速率一定角度无旋转（或≤3r/sec）的射出，球速测试仪器(如图所示)误差要求小于± 0.05 m/s。测试时球的入射角为16 ± 2°，入射速率为30 ± 2 m/s。测试用数网球为三个，每个网球测试三次，测试过程中，若测试点场地损害应改变测试点或等场地复原后继续测试。

图10场地速率测试仪器

数据处理

vix：网球水平方向入射速率(m/s)
viy：网球垂直方向入射速率(m/s)
vfx：网球水平方向反射速率(m/s)
vfy：网球垂直方向反射速率(m/s)
e：恢复系数 (COR)
μ：摩擦系数 (COF)
a：速率常数(150)
b：主恢复系数

CPP：场地速率

根据场地速率，球场被分成5类如表：

表3.场地速率类型

根据摩擦系数和恢复系数，球场被分成以下3类如表4：

表4.恢复系数和摩擦系数

CPR与COP和COF间的转换见图11，随着摩擦系数和恢复系数的减小，CPR增大，网球在场地的运动速率加快。

 图11.CPR与COP/COF转换关系

2）反弹值测试

ITF关于场地反弹值测试方法同实验室测试方法。同一场地不同测试点BPR的波动为最大BPR与最小BPR之差。

3）平整性测试（ITF CS 02/02）

平整性测试的方法是ITF CS 02/02

表5.ITF场地平整性测试标准

注：PPA：主运动区域；TPA：全场

3）斜度和平整性测试

理想的网球场应表面平整且在同一水平面上。即使为了便于排水，场地有所倾斜，但场地也应该保持在同一水平面上。场地倾斜度应尽量减小对比赛的影响，当场地必须倾斜以便于排水时，场地的倾斜方向如图12所示。

网球场地的测试方法是ITF CS 03/02，ITFTU推荐的斜度和平整性如表6。

图12场地的倾斜方向

表6.ITF推荐斜度和平整度