Современные луки с блоками: устройство и принципы работы

Введение

Тип лука для стрельбы из лука

В современной стрельбе из лука блочный лук – это лук, использующий систему рычагов, обычно тросов и блоков, для изгиба плеч. Блочный лук был впервые разработан в 1966 году Холлесом Уилбуром Алленом в Северном Канзас-Сити, штат Миссури, а патент США был выдан в 1969 году. Блочные луки широко используются в тренировочной стрельбе и охоте. Система блоков/кулачков обеспечивает пользователю механическое преимущество, поэтому плечи блочного лука значительно жестче, чем у рекурсивного или длинного лука. Эта жесткость делает блочный лук более энергоэффективным, чем традиционные луки, поскольку меньше энергии рассеивается при движении плеч. Более высокая жесткость и передовая конструкция также повышают точность, снижая чувствительность лука к изменениям температуры и влажности. В литературе начала 20-го века, до изобретения блочных луков, композитные луки описывались как "блочные".

Строительство

Центральная часть лука, на которой крепятся другие компоненты (плечи, прицелы, стабилизаторы и колчаны), называется подъемником (ризером). Подъемники разрабатываются с максимальной жесткостью. Центральный подъемник составного лука обычно изготавливается из алюминия, магниевого сплава или углеродного волокна, при этом многие изготовлены из алюминиевого сплава 7075. Плечи изготавливаются из композитных материалов на основе стекловолокна и способны выдерживать высокие растягивающие и сжимающие нагрузки. Плечи накапливают кинетическую энергию лука – энергия не накапливается в шкивах и тросах. Диапазон веса вытягивания для составных луков для взрослых составляет от … до …, что позволяет достигать скорости стрелы в … . В наиболее распространенной конфигурации на конце каждого плеча находится кулачок (кам) или колесо. Форма кулачка может незначительно отличаться в зависимости от конструкции лука. Существует несколько различных концепций использования кулачков для накопления энергии в плечах, и все они относятся к категории, называемой эксцентриками лука. Четыре наиболее распространенных типа эксцентриков – это одинарный, гибридный, двойной и бинарный. Однако существуют и другие, менее распространенные конструкции, такие как Quad Cam и Hinged. Кулачки часто описываются с помощью их показателя "сброса усилия" ("let off"). По мере вращения кулачка сила, необходимая для удержания лука в положении, достигает пика, а затем уменьшается по мере приближения лука к максимальному растяжению (позиция, известная как "стена"). Процентное различие между максимальной силой, испытываемой при натяжении, и силой, необходимой для удержания лука в полностью растянутом положении, и есть "сброс усилия". Это значение обычно составляет от 65% до 80% от пикового веса для недавно разработанных составных луков, хотя некоторые старые модели обеспечивали сброс усилия всего 50%, а некоторые новые конструкции достигают сброса усилия более 90%. Когда тетива натягивается, кулачок поворачивается и передает усилие для сжатия плеча. Изначально лучник использует "короткую" сторону кулачка, где рычаг создает механический недостаток. Поэтому требуется большой вход энергии. Когда почти достигнуто полное натяжение, кулачок повернулся до предела, лучник получил механическое преимущество, и для удержания плечей в изогнутом состоянии требуется приложить минимальное усилие к тетиве. Это и называется "сбросом усилия". Меньший вес удержания позволяет лучнику удерживать лук в полностью натянутом состоянии и тратить больше времени на прицеливание. Этот сброс усилия позволяет лучнику точно стрелять из составного лука с гораздо большим пиковым весом натяжения, чем из других луков (см. ниже). Однако существуют и составные луки, ориентированные на молодежь, с низким весом натяжения, которые не имеют сброса усилия и имеют максимальную длину натяжения, намеренно установленную дальше, чем большинство молодых стрелков могут достичь. Это фактически заставляет лук функционировать очень похоже на рекурсивный, где длина натяжения определяется предпочтительной точкой упора стрелка. Это устраняет необходимость регулировать длину натяжения лука или использовать другой лук для разных стрелков (или менять лук по мере взросления стрелка). Примером такого лука является Genesis, который является стандартным оборудованием в программе National Archery in the Schools Program в США. Тетивы и тросы составных луков обычно изготавливаются из полиэтилена высокой модульности и предназначены для обеспечения высокой прочности на растяжение и минимальной растяжимости, чтобы лук максимально эффективно и долговечно передавал свою энергию стреле. В более ранних моделях составных луков тросы часто изготавливались из стали с пластиковым покрытием.

A bow's central mount for other components (limbs, sights, stabilizers and quivers) is called the riser. Risers are designed to be as rigid as possible. The central riser of a compound bow is usually made of aluminum, magnesium alloy, or carbon fiber and many are made of 7075 aluminum alloy. Limbs are made of fiberglass based composite materials and able to withstand high tensile and compressive forces. The limbs store the kinetic energy of the bow – no energy is stored in the pulleys and cables. Draw weights of adult compound bows range is between , which can create arrow speeds of
In the most common configuration, there is a cam or wheel at the end of each limb. The shape of the cam may vary somewhat between different bow designs. There are several different concepts of using the cams to store energy in the limbs, and these all fall under a category called bow eccentrics. The four most common types of bow eccentrics are Single Cam, Hybrid Cam, Dual Cam and Binary Cam. However, there are also other less common designs, like the Quad Cam and Hinged. Cams are often described using their "let off" rating. As a cam is rotated, the force required to hold the bow in position reaches a peak and then decreases as the bow approaches maximum extension (a position known as "the wall"). The percent difference between the maximum force encountered during the draw and the force required to hold the bow in full extension is the "let off". This value is commonly between 65% and 80% of the peak weight for recently designed compound bows, although some older compound bows provided a let off of only 50% and some recent designs achieve let offs in excess of 90%. As the string is drawn the cam turns and imparts force to compress the limb. Initially, the archer has the 'short' side of the cam, with the leverage being a mechanical disadvantage. High energy input is therefore required. When near full draw is reached, the cam has turned to its full extent, the archer has gained mechanical advantage, and the least amount of force needs to be applied to the string to keep the limbs bent. This is known as "let off". The lower holding weight enables the archer to maintain the bow fully drawn and take more time to aim. This let off enables the archer to accurately shoot a compound bow with a much higher peak draw weight than other bows (see below). However, there are some youth oriented compound bows with low draw weights that have no let off and have a maximum draw length deliberately set farther than the majority of young shooters would reach. This effectively makes the bow function very similar to a recurve, with the draw length determined by the shooter's preferred anchor point. This removes the necessity to adjust the bow draw length or use a different bow for different shooters (or to change bows as the shooter gets older). An example of this type of bow is the Genesis, which is standard equipment in the U. S. National Archery in the Schools Program. Compound bow strings and cables are normally made of high modulus polyethylene and are designed to have great tensile strength and minimal stretchability, so that the bow transfers its energy to the arrow as efficiently and durably as possible. In earlier models of compound bows, the cables were often made of plastic coated steel.

Технические преимущества

Функция систем эксцентриков (известных как "эксцентрики") заключается в максимизации накопления энергии на протяжении всего цикла натяжения и обеспечении сброса в конце цикла (меньший вес удержания при полном натяжении). Традиционный рекурсивный лук имеет очень линейную кривую усилия натяжения, что означает, что по мере оттягивания лука сила натяжения увеличивается с каждым дюймом (и становится максимальной при полном натяжении). Поэтому в первой половине цикла натяжения накапливается мало энергии, а во второй, когда усилие натяжения наибольшее, – гораздо больше. Композитный лук работает с иным профилем усилия, достигая пикового веса в первые несколько дюймов натяжения и оставаясь более плоским и постоянным до конца цикла, когда эксцентрики "отпускают" и позволяют уменьшить вес удержания. Это изменение пикового веса на протяжении всего цикла натяжения (осуществляемое эллиптической формой эксцентриков, которые изменяют плечо и механическое преимущество) является причиной того, что композитные луки накапливают больше энергии и стреляют быстрее, чем рекурсивные или длинные луки с эквивалентным пиковым весом. Конструкция эксцентриков напрямую контролирует ускорение стрелы. Так называемый "мягкий эксцентрик" будет ускорять стрелу более плавно, чем "жесткий". Начинающие лучники обычно используют мягкие эксцентрики, в то время как более опытные могут выбирать жесткие для увеличения скорости. Луки могут быть оснащены различными эксцентриками, в широком диапазоне от мягких до жестких. Некоторые системы блоков используют один эксцентрик в нижней части плеч и гладкое колесо в верхней части вместо двух идентичных эксцентриков. Такая конструкция устраняет необходимость в отдельном управляющем тросе и вместо этого использует одну длинную тетиву, которая начинается с эксцентрика в нижней части плеч, проходит через колесо сверху и возвращается к нижнему эксцентрику. Отдельный трос затем соединяет нижний эксцентрик с верхним плечом. При натяжении композитного лука плечи притягиваются друг к другу тросами, в отличие от длинного лука или рекурсивного лука, где плечи изгибаются в направлении тетивы. Это различие позволяет современным композитным лукам иметь плечи, расположенные ближе к горизонтали, а не под углом. Горизонтальная или "параллельная" конфигурация плеч минимизирует отдачу и вибрацию, ощущаемые лучником при выпуске стрелы, поскольку силы, направленные вверх в верхнем плече и вниз в нижнем, компенсируют друг друга. Система блоков обычно включает резиновые упоры, служащие стопами для натяжения. Они обеспечивают твердую "стену", к которой лучник может упереться при натяжении. Эти стопы можно регулировать в соответствии с оптимальной длиной натяжения лучника, что помогает ему достичь постоянной точки упора и постоянного усилия, передаваемого стреле при каждом выстреле, что еще больше повышает точность.

The function of the cam systems (known as the 'eccentrics') is to maximize the energy storage throughout the draw cycle and provide let off at the end of the cycle (less holding weight at full draw). A traditional recurve bow has a very linear draw weight curve meaning that as the bow is drawn back, the draw force becomes heavier with each inch of draw (and most difficult at full draw). Therefore, little energy is stored in the first half of the draw, and much more energy at the end where the draw weight is heaviest. The compound bow operates with a different weight profile, reaching its peak weight within the first few inches of the draw, and remaining more flat and constant until the end of the cycle where the cams "let off" and allow a reduced holding weight. This manipulation of the peak weight throughout the draw (accomplished by the elliptical shape of the cams that change leverage and mechanical advantage) is why compound bows store more energy and shoot faster than an equivalent peak weight recurve bow or longbow. The design of the cams directly controls the acceleration of the arrow. What is termed a "soft cam" will accelerate the arrow more gently than a "harder" cam. Novice archers will typically shoot a soft cam whereas a more advanced archer may choose to use a harder cam to gain speed. Bows can be had with a variety of cams, in a full spectrum from soft to hard. Some pulley systems use a single cam at the bottom of the bow and a round idler wheel at the top of the bow instead of two identical cams. This design eliminates the need for a separate control cable and instead uses a single long string that begins at the cam on the bottom of the bow, travels over the wheel on top, and back to the bottom cam. A separate buss cable then connects the bottom cam to the top limb. When a compound bow is drawn, the limbs are pulled in toward each other by the cables, unlike a longbow or recurve where the limbs flex in the direction of the bow string. This difference allows modern compounds to have limbs that are closer to horizontal instead of angled. The horizontal, or "parallel" limb configuration minimizes the recoil and vibration felt by the shooter when the arrow is released, as the forces going upward at the top limb and downward at the bottom limb cancel each other out. The pulley system will usually include some rubber covered blocks that act as draw stops. These provide a solid "wall" that the archer can draw against. These draw stops can be adjusted to suit the archer's optimum draw length, which helps the archer achieve a consistent anchor point and a consistent amount of force imparted to the arrow on every shot, further increasing accuracy.

Технические недостатки

Относительно большое количество движущихся частей требует дополнительного обслуживания и создает больше потенциальных точек отказа. Сухой выстрел с большей вероятностью может повредить или уничтожить блочный лук из-за большего количества накопленной и высвобождаемой энергии. В отличие от традиционных луков, замена тетивы или тросов, а также регулировка усилия натяжения или длины растяжки часто требуют использования лукового пресса – специализированного инструмента для сжатия плеч, снимающего напряжение с тросов и тетивы. Стрельба из блочного лука пальцами повышает вероятность скручивания тетивы и, как следствие, схода тетивы с блоков, что часто требует использования механического отпуска. Обычно блочные луки тяжелее рекурсивных луков и луков традиционной конструкции.

Обычные преимущества

Для удержания и отпуска тетивы часто используется механический релиз. Он крепится к тетиве вблизи точки, где крепится стрела, – точки постановки стрелы, и позволяет лучнику отпустить тетиву, сжав спусковой крючок или слегка увеличив натяжение. Использование релиза обеспечивает более стабильное отпускание, чем использование пальцев на тетиве, поскольку оно минимизирует колебания стрелы, которые неизбежны при непосредственном отпускании тетивы пальцами. В турнирах правила соревнований для лучников, использующих блочные луки, допускают луки с системой прицеливания, состоящей из "пип-сайта", установленного в тетиве и выполняющего функцию заднего прицела, однако передние прицелы, крепящиеся к рукоятке, разрешены в других классах. Некоторые передние прицелы увеличительные и/или регулируемые для целей на разных дистанциях. Некоторые прицелы имеют несколько "пинов", настроенных для целей на разных дистанциях.

Недостатки обстоятельств

Относительно небольшой вес удержания составного лука по сравнению с рекурсивным делает его более чувствительным к определенным ошибкам в технике стрельбы, когда лучник находится в полном натяжении тетивы. В частности, стрелку легче скручивать лук вокруг вертикальной оси, что приводит к отклонениям влево или вправо, а также резкий или неконтролируемый отпуск может сильнее повлиять на точность.

Технические характеристики

AMO (Archery Manufacturers and merchants Organization, прежнее название организации, теперь известной как Archery Trade Association) стандартная длина натяжения – это расстояние от тетивы при полном натяжении до самой низкой точки на рукоятке плюс. Поскольку усилие натяжения может увеличиваться более или менее быстро, а затем снова снижаться по мере приближения к пиковому усилию, луки с одинаковым пиковым усилием натяжения могут накапливать разное количество энергии. Норберт Муллани определил отношение накопленной энергии к пиковому усилию натяжения (S. E./P. D. F.). Обычно это значение составляет около, но может достигать. Эффективность луков также варьируется. Как правило, от 70 до 85% накопленной энергии передается стреле. Эта накопленная энергия называется потенциальной энергией. При передаче стреле она называется кинетической энергией. Произведение S. E./P. D. F. и эффективности можно назвать коэффициентом мощности. Существует два стандарта измерения этой величины – ATA и скорость IBO. ATA определяется как начальная скорость стрелы весом при выстреле из лука с пиковым усилием натяжения и длиной натяжения. Скорость IBO определяется как начальная скорость стрелы весом в фунт усилия натяжения. Хотя многие производители измеряют скорость IBO, используя усилие натяжения и длину натяжения, стандарт IBO допускает усилие натяжения до, и не определяет длину натяжения. Средняя скорость IBO для большинства блочных луков на рынке составляет примерно 310–320 футов в секунду. Высота плеча (brace height) – это расстояние от точки опоры рукоятки до тетивы в состоянии покоя. Как правило, меньшая высота плеча приводит к увеличению рабочего хода, но это достигается за счет снижения терпимости лука к ошибкам стрелка и более резкого удара тетивы.

Стрелы

Стрелы, используемые с блочными луками, не сильно отличаются от стрел, используемых с рекурсивными луками, и обычно изготавливаются из алюминиевого сплава, углеродного волокна или композита из этих двух материалов. Деревянные стрелы редко используются с блочными луками из-за их хрупкости. Большинство современных стрел изготовлены из углеродного волокна. Важным отличием между стрелами для рекурсивных и блочных луков является их жесткость (spine). Блочные луки и рекурсивные луки с центральной полкой и вырезом для стрелы, как правило, менее требовательны к выбору жесткости стрелы. Современные блочные луки обычно оснащаются значительно более жесткими стрелами, чем рекурсивные луки с аналогичной длиной и силой натяжения. Еще одним преимуществом центральной полки является то, что стрела не должна сильно изгибаться вокруг нее во время выстрела (или изгибаться вообще). Тонкая настройка может быть выполнена путем регулировки подставки для стрелы или точки на тетиве, а не путем изменения длины стрелы или веса наконечника. Производители выпускают стрелы разных моделей, отличающиеся весом, жесткостью и длиной, чтобы соответствовать различной силе натяжения и длине растяжки, а также стилю, предпочтениям и физическим данным лучников. Жесткость стрелы (spine) – важный параметр для подбора стрел, обеспечивающих точную стрельбу из конкретного лука (см. Парадокс лучника), и она меняется в зависимости от конструкции и длины стрелы. Важно также учитывать, что IBO (Международная организация охоты с луком) рекомендует использовать стрелы, вес которых составляет не менее 50% от силы натяжения лука в качестве запаса прочности. Это означает, что для лука с силой натяжения, например, 60 фунтов, требуется стрела весом не менее 30 фунтов с установленным наконечником. Использование стрел легче этого значения может привести к повреждению лука, аналогичному сухому выстрелу, что, в свою очередь, может привести к травмам лучника или находящихся рядом людей. Использование слишком легких стрел также аннулирует большинство гарантий производителя.