本發(fā)明涉及一種羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈陀鹈颉?/p>

背景技術(shù)：

采用人工材料代替天然鵝鴨羽毛來制作羽毛球是產(chǎn)業(yè)界和羽毛球運動界的一個理想。因為鵝鴨毛羽毛球的耐打性太差，導(dǎo)致運動員頻頻換球，并使打球成本大大提高；同時鵝鴨毛羽毛球生產(chǎn)工藝繁雜、材料本身的成本也較高。但是，這種材料替換所隱藏的技術(shù)困難決非一般人所能想象。從公開的資料可以查到上世紀60年代就有相關(guān)人工羽毛球的專利申請，比如于昭和36.10.12（1961年10月12日）公布的昭36-19067。稍晚些，上世紀80年代就有獨立式人工羽毛的專利申請，比如于昭和57.11.1（1982年11月1日）公布的昭57-177782等。產(chǎn)業(yè)界開展相關(guān)的研究工作已經(jīng)超過50年，但到目前為止，還沒有任何一種人工材料代替鵝鴨毛制成的羽毛球在綜合性能上達到優(yōu)質(zhì)鵝毛羽毛球的水平?，F(xiàn)有整體球裙的尼龍羽毛球（也叫塑料羽毛球）雖然耐打性超好，但其綜合性能根本滿足不了水平稍好的業(yè)余選手的技術(shù)要求，更是被專業(yè)運動員所遺棄。直到2007年，才開始出現(xiàn)具有實用價值的用于羽毛球的人工羽毛（簡稱人工羽毛）；到2010年初，才有采用人工羽毛制成的羽毛球上市。但這種采用人工羽毛制成的羽毛球仍然存在超重和旋轉(zhuǎn)速度不夠的問題，還是沒有完全達到優(yōu)質(zhì)鵝毛球的水準。

羽毛球是一項對球品的技術(shù)細膩度要求非常高的產(chǎn)品。運動員在長期的練習和比賽中，已經(jīng)培養(yǎng)出了非常細膩的擊打體驗。這種擊打體驗以優(yōu)質(zhì)的天然鵝毛球為基礎(chǔ)，包括重量、球速、旋轉(zhuǎn)、高遠球飛行軌道、高遠球飛行穩(wěn)定性、放小球的穩(wěn)定性、搓球翻滾、擊球手感、擊球回頭反應(yīng)速度、擊球聲音、落點準確度、耐打性等等。人工材料羽毛球就是要在這些因素上盡最大可能的接近天然鵝毛球。

羽毛球的使用條件是極其嚴酷的，需要承受常人難以想象的沖擊力。羽毛球的擊球速度是目前所有球類運動中最快的，國際羽聯(lián)承認的速度記錄是332公里/小時，由中國運動員傅海峰創(chuàng)造。而在非正式的比賽中，則有超過400公里/小時的速度記錄出現(xiàn)。業(yè)余愛好者也可以打出200公里以上的時速。相對而言，網(wǎng)球的速度記錄是澳大利亞人格羅斯創(chuàng)造的263公里/小時。棒球的速度則很難超過200公里/小時。而從擊發(fā)來球再回頭加速到最高速，往往只要千分之幾秒，這個過程，羽毛球要承受幾十個g甚至上百個g的加速度。相比較而言，航空航天火箭的加速度一般都在20個g以下，載人航天火箭的加速度則一般在10個g以內(nèi)。在同等速度和加速度條件下，喇叭型球比圓球形球所承受的風阻力會更大；而羽毛球的懸臂形羽毛部要能承受如此高的加速度和風阻力，其結(jié)構(gòu)強度要求決非常人所能想象。天然鵝毛羽梗具有天然的內(nèi)部泡孔結(jié)構(gòu)，重量輕強度好，其比強度（同等重量條件下的機械強度）超過了目前幾乎所有人工材料。也正是這個原因，羽毛球的仿真工程歷經(jīng)幾十年而未能成功。

影響羽毛球綜合性能的，至少有七大要素：重量、重量分布、重心位置、球體支撐強度、正面風阻力（或稱軸向風阻力）、繞軸風阻力和抗擊打耐力。相應(yīng)地就產(chǎn)生三大技術(shù)難關(guān)：材料關(guān)、結(jié)構(gòu)關(guān)和工藝關(guān)。這七大要素和三大技術(shù)難關(guān)的任何一項不能達標，羽毛球就不能被運動員所接受，也就難以在商業(yè)上取得成功。因此在考核一種羽毛球新技術(shù)是否實用時，要從上述七大要素三大難關(guān)進行綜合評判。換句話說：小小的羽毛球?qū)嶋H上是一個系統(tǒng)工程，包含了多個子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)之間緊密關(guān)聯(lián)，相互制約、相互影響，任何一個子系統(tǒng)的微小調(diào)整都會帶動全系統(tǒng)綜合性能的改變。從檢索到的跨度超過20年的專利說明書來看，絕大部分是針對某一子系統(tǒng)的單獨改造，而且大都是基于理論假想的設(shè)計，未經(jīng)實際驗證。所以幾乎全部都不具有實用性、或者無法實現(xiàn)。也正是這個原因，才歷經(jīng)50余年，截止到2007年，除了鵝鴨羽毛球和性能有缺陷的塑料羽毛球之外沒有任何具實用價值的新型羽毛球出現(xiàn)。

其中重量、重量分布和球體強度之間的矛盾是目前球體材料人工化過程中最難解決的要素。

一個標準天然羽毛球包括16根羽毛，一般整球重量在4.74克到5.40克之間，這種重量范圍并非是允許誤差的概念，而是在不同的海拔高度或不同的大氣壓下有不同的重量要求。重心大約落在球頭和球體的連接部分附近。其中：單根毛片的重量在0.13克以下，優(yōu)質(zhì)鵝毛的單根重量在0.10克左右。16根羽毛的總重最好控制在2.00克以下，其中構(gòu)成風阻球裙部的羽片區(qū)（包括羽梗上部）總重量一般要控制在1.1克之內(nèi)，最好在0.90～1.0克之間。球裙部分的重量超標時，羽毛球的飛行性能就會快速下降。

羽毛球?qū)χ亓康淖兓浅Ｃ舾校涿舾卸冗_到0.1克數(shù)量級，也就是說在一些關(guān)鍵部位，只要0.1克的重量改變就會引起羽毛球整體性能的重大變化。而對于單片羽毛的羽片區(qū)來說，對重量的敏感度則達到了0.01克，也就是說，每片羽毛如果增加0.01克，則整球裙部將至少增加0.15克，這樣的重量改變將嚴重破壞羽毛球的飛行性能?，F(xiàn)有的塑料羽毛球和人工羽毛的球裙部分大都超重。羽毛球的重心最好落在球頭和球體連接部附近。如果裙部太重，重心上移，羽毛球極易翻滾，而越靠近羽毛球裙部頂端位置，對超重就越敏，因為這個位置的力矩最大；如果裙部過輕，重心過于下移，則球頭下墜，也影響性能。但從工程技術(shù)上來講，羽毛球裙部的重量越輕越好，因為在保證羽毛球球體有足夠支撐強度的前提下把產(chǎn)品做得更輕是一個高難的技術(shù)問題，而掌握了超輕的裙部制造技術(shù)后，再進行配重則是很容易解決的。有些人工材料羽毛球為了減重，就把球裙支桿做得很細、球裙做得很薄。重量是達標了，但強度不夠了，球也不旋轉(zhuǎn)了。羽毛球是否能穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)是非常關(guān)鍵的。繞軸風阻力就是用來推動羽毛球繞軸旋轉(zhuǎn)的。羽毛球飛行時繞軸旋轉(zhuǎn)不但可以穩(wěn)定其飛行過程，而且能有效消耗部分飛行動能，在羽毛球被大力扣殺時，有一定的減速作用，使其飛行速度更符合運動的要求。

另外，影響羽毛球飛行性能還有一個不常被人注意的但又很關(guān)鍵的因素：風阻力突變現(xiàn)象——如果球裙部分支撐剛性不足，則羽毛球裙部在被大力擊打瞬間會出現(xiàn)劇烈變形，隨即又恢復(fù)正常，在這一縮一張的過程，風阻力產(chǎn)生劇烈變化，使羽毛球飛行速度產(chǎn)生瞬間突變，就象被卸力了一樣。一般愛好者也許感覺不到這種速度的變化，但可以明顯體會到羽毛球的飛行和標準羽毛球是有區(qū)別的——出球感覺會變得怪異、落點會不準確。這也是人工材料羽毛球不被運動員所接受的重要原因之一。

就球體強度來講，總是存在剛性強度、韌性和重量之間的極難調(diào)和的矛盾——這由材料本身的性質(zhì)所決定，在絕大多數(shù)情況下，當一種材料的剛性強度提升時，相應(yīng)的韌性就會下降，材料會變脆而不耐沖擊。比如針對羽梗材料，提升其剛性時，則相應(yīng)韌性下降，重量增加，導(dǎo)致容易被打斷和超重。如果采用更細的羽梗來減輕重量，則羽梗的支撐力又不夠了，從而出現(xiàn)上述所說的風阻力突變現(xiàn)象。同樣，對羽片來說，羽片兩翼需要較好的支撐剛性。當增加羽片厚度時，可以提升兩翼支撐剛性和耐打性，但會超重，從而導(dǎo)致羽毛球性能急劇下降。反之，當降低厚度來減重時，則羽片兩翼支撐剛性和耐打性又不夠了，而羽片兩翼支撐剛性太低又會嚴重影響羽毛球的飛行性能。針對現(xiàn)有的人工羽毛羽片，在不改變厚度的情況下，還可以采用提高其發(fā)泡倍率的方法來減重，但這同樣會導(dǎo)致羽片兩翼支撐剛性和耐打性雙雙下降。現(xiàn)有的人工羽毛羽梗在剛性強度上還達不到天然鵝鴨羽毛羽梗的水平，而重量則要比天然鵝鴨羽毛羽梗略重。現(xiàn)有的人工羽毛羽片重量比天然鵝鴨羽毛的羽絲更重的多。而強度足夠、重量更輕的羽片替代材料還沒有出現(xiàn)?？梢哉f，在人工羽毛特別是羽片區(qū)的重量問題上，每取得一毫克的減重都是難能可貴的。

所以說，人工材料羽毛球的開發(fā)永遠面臨七大要素、三大難關(guān)的互相制約，只考慮某一方面的性能是不行的。更重要而困難的是，人工羽毛球的任何構(gòu)件都不是簡單的工程結(jié)構(gòu)件，而是在需要承受得住高速高沖擊的同時，又要能夠滿足上述擊打體驗的功能件——包括重量、重量分布、重心位置、球速、旋轉(zhuǎn)、高遠球飛行軌道、高遠球飛行穩(wěn)定性、放小球的穩(wěn)定性、搓球翻滾、擊球手感、擊球聲音、擊球回頭反應(yīng)速度、落點準確度、耐打性等十多個功能要素。而這些功能要素和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)又大都是隱性的。因此對于人工羽毛球的任何結(jié)構(gòu)改進都不能也無法簡單地以靜態(tài)的或宏觀的機械支撐結(jié)構(gòu)或機械聯(lián)動關(guān)系去評判。

目前出現(xiàn)一種三段式羽毛球，采用塑膠成型的植毛架代替部分羽毛的羽梗，較短的羽毛再插植于植毛架的植毛管內(nèi)。發(fā)明專利200910044168.1就是這種羽毛球的典型方案。這種方案雖然還是存在植毛架偏軟的缺陷，會出現(xiàn)風阻力突變現(xiàn)象，但也獲得了不錯的技術(shù)效果。由此方案制成的羽毛球基本可以達到普通鴨毛球的性能水平。

植毛架方案也可以和人工羽毛相結(jié)合，制成整體性能尚可的人工材料羽毛球。由于當前技術(shù)的限制，總體上目前的人工羽毛仍然存在超重和羽梗偏軟的缺點。

在無數(shù)次的不同材料試驗過程中，意外地發(fā)現(xiàn)原來被否定的碳纖維增強桿和皮包芯結(jié)構(gòu)的碳纖維增強桿應(yīng)用到植毛架方案時，獲得了良好的效果。在傳統(tǒng)方案中，碳纖維增強材料制成的羽梗比較脆，在承受打擊力時，極易折斷。

1987年6月24日公開的專利說明書cn85108694中涉及采用碳纖維制作人工羽毛。但在在發(fā)明專利2008100344704中，實際上否定了采用碳纖維及其增強材料制作人工羽毛的方案。因為“用碳纖維增強材料制成的羽梗比較脆，在承受打擊力時，極易折斷。”實際試驗表明，碳纖維增強材料作為羽梗制成的羽毛球，確實很容易被打斷，而且斷裂部位大部數(shù)出現(xiàn)在下道腰部線圈附近。正因如此，采用皮包芯結(jié)構(gòu)的碳纖維增加材料桿件實際上是被排除在2008100344704的技術(shù)方案之外的。

由于碳纖維增強材料的剛性非常好，可以做得很細，所以重量也能夠得到較好的控制，所以如果不是容易斷裂，則其制成的羽毛球性能非常好。因為這種細長的碳纖維增強材料桿件，完全滿足重量輕而剛性好的特點。不過，由于碳纖維增強桿只能通過拉擠工藝制作，因此，無法制成錐度。也就是說，羽梗頂部和根部都是同樣的粗細。這就帶來一種外觀上的巨大缺陷：根部羽梗太細。如果增粗羽梗，則嚴重超重。碳纖維桿還有一個很難克服的外觀缺陷：碳纖維桿本身為黑色，而且不容易上色。

更不利的是，碳纖維桿還有一個嚴重的安全隱患：當碳纖維桿被打斷時，其細碎的纖維絲會飛散在空中。而這種細碎纖維絲碰到皮膚，會很癢，甚至過敏。若細碎纖維絲進入眼睛，則會帶來嚴重后果。

因上述各種原因的存在，碳纖維增強材料制成的桿件在人工羽毛上始終未獲得成功的實際應(yīng)用。

當采用皮包芯結(jié)構(gòu)的碳纖維增強桿件和植毛架方案結(jié)合后，獲得的結(jié)果非常令人意外：首先，這種羽毛球的擊打體驗很好，飛行穩(wěn)定，綜合性能優(yōu)異。關(guān)鍵是羽梗不再容易被打斷。同時，由于下部采用植毛架方案，羽毛部的羽梗細桿也并不影響外觀。并且，由于采用皮包芯結(jié)構(gòu)，外皮可以采用韌性很好的尼龍等類似材料，又可以調(diào)制成不透明的白色，所以就解決了原本難以解決的黑色問題。更重要的是，有了這層韌性外皮，碳桿即使被打斷，其斷頭仍然包裹在外皮中，不會掉到外部環(huán)境，更不會飛散開來，徹底解決了細碎纖維絲的安全問題。

本發(fā)明方案的推出，還解決了羽毛球生產(chǎn)的標準化問題。傳統(tǒng)制球工藝中，沒有任何兩根天然鵝鴨羽毛是相同的，因此，要花費大量的人力、物力來分毛。而且制成球以后，還要進行人工調(diào)毛，以盡量使16根羽毛在圓周排列和重量分布上都達到均勻狀態(tài)。這是傳統(tǒng)羽毛球工藝中最受人詬病的地方。人工羽毛則可以做到標準化生產(chǎn)和應(yīng)用。另外，傳統(tǒng)羽毛球腰部線圈的勾線工藝也是較浪費人工的工序。采用植毛架方案，則不再需要勾線工藝。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供性能優(yōu)異的羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈?，本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題是提供性能優(yōu)異的人工羽毛制成的羽毛球。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈ㄓ鸸：陀鹌鸸Ｊ怯蓛?nèi)芯和外包層構(gòu)成的一種皮包芯結(jié)構(gòu)，外包層采用高分子材料制成，其特征在于，所述的內(nèi)芯是采用碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料制成的。

所述的皮包芯結(jié)構(gòu)的內(nèi)芯最好是采用拉擠工藝制成的線材（細桿）。為獲得更佳的力學(xué)性能和裝配牢固度，所述內(nèi)芯的橫截面最好做成橢圓形或帶圓角的長方形，也可以是其它形狀。

所述皮包芯結(jié)構(gòu)的外包層，采用白色的高分子材料制成。最佳的制作材料是尼龍材料。

為適應(yīng)植毛架方案，并獲得更好的耐打性，所述羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈拈L度可以控制在40mm到60mm之間。所述羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈膬?yōu)選長度是45mm到55mm之間。所述羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈淖罴验L度是48mm到52mm之間。這個長度完全區(qū)別于傳統(tǒng)羽毛的76mm長度。

本發(fā)明的羽毛球，包括球頭、植毛架和人工羽毛，其特征在于，所述人工羽毛采用的是上文所述的人工羽毛。所述植毛架包括植毛管、連接筋和球頭連接部，所述植毛管用來插植所述人工羽毛。

本發(fā)明的羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈哂兄谱骱唵?，重量輕、剛性好的特點。采用上述植毛架配合本發(fā)明羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈桨钢谱饔鹈?，使原來易斷的碳纖維增強復(fù)合材料羽梗的耐打性大大提高，從根本上解決了耐打性問題。制成的羽毛球性能優(yōu)異，生產(chǎn)簡單，成本更低。本發(fā)明羽毛球具有飛行穩(wěn)定、不易變形的優(yōu)點，綜合性能可以達到傳統(tǒng)優(yōu)質(zhì)鵝毛球的同等水平。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。

圖1是一種本發(fā)明的羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈疽鈭D。

圖2是本發(fā)明羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈鸸５臋M截面圖。

圖3是本發(fā)明羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈鸸５慕Y(jié)構(gòu)剖面示意圖。

圖4是一種配合本發(fā)明羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈闹裁苷晥D。

圖5是采用本發(fā)明羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈Y(jié)合植毛架制成的羽毛球示意圖。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，本發(fā)明的羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈ㄓ鸸?1和羽片32。

如圖2所示，羽梗31又是由內(nèi)芯311和外包層312構(gòu)成的一種皮包芯結(jié)構(gòu)，外包層312采用白色尼龍制成，內(nèi)芯311是采用拉擠成型的碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料線材制成。所述內(nèi)芯311的橫截面是帶圓角的長方形。上述羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈目傞L度為50mm。

實施例2

本實施例的羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈蛯嵤├?相比，唯一的區(qū)別是內(nèi)芯311的橫截面是橢圓形。

如圖3所示，是本發(fā)明羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈鸸５慕Y(jié)構(gòu)剖面示意圖。羽梗31由內(nèi)芯311和外包層312構(gòu)成一種皮包芯結(jié)構(gòu)，外包層312采用白色尼龍制成，內(nèi)芯311采用拉擠成型的碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料線材制成。所述內(nèi)芯311的橫截面是橢圓形。上述羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈目傞L度為50mm。

實施例3

如圖5所示，本發(fā)明的一種羽毛球，包括球頭1、植毛架2和人工羽毛3。所述人工羽毛3采用的是上述實施例1或2的羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈?/p>

如圖4所示，所述植毛架2包括植毛管21、連接筋22和球頭連接部23，所述植毛管21用來插植所述羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈?/p>

采用上述植毛架配合本發(fā)明羽毛球?qū)Ｓ萌斯び鹈桨钢谱饔鹈?，使原來易斷的碳纖維增強復(fù)合材料羽梗的耐打性大大提高，從根本上解決了耐打性問題。制成的羽毛球性能優(yōu)異，生產(chǎn)簡單，成本更低。