Введение

Важный аспект стрельбы из лука

В стрельбе из лука обычно под формой лука подразумевают его вид сбоку. Эта форма – результат сложного взаимодействия напряжений в материале, спроектированный лукоделом. Она, учитывая плечи лука, разрабатывается с учетом используемых материалов, требуемых характеристик и предполагаемого назначения лука. Существует множество различных форм луков, однако большинство из них относится к трем основным категориям: прямым, рекурсивным и комбинированным. Прямые и рекурсивные луки считаются традиционными. Если плечо лука «прямое», его эффективная длина не меняется при натяжении тетивы. То есть, тетива идет непосредственно к натежнику в натянутом (закрепленном) положении. Материалы должны выдерживать эти напряжения, накапливать энергию и быстро и эффективно отдавать ее. Многие луки, особенно традиционные цельные, имеют примерно прямую форму в профиль. Длинные луки, использовавшиеся английскими лучниками в Средние века в битвах, таких как Креси и Азенкур, были луками с прямыми плечами. В рекурсивном луке концы плечей изгибаются в сторону от стрелка при натяжении тетивы. По одному из определений, рекурсивный лук отличается от других тем, что тетива касается части плеча при натяжении. Рекурсивные луки из композитных материалов использовали, в частности, персы, парфяне, скифы, гиксосы, венгры, болгары, гунны, турки, монголы и китайцы.

Факторы проектирования

Если плечо "прямое", его эффективная длина остается неизменной при натяжении тетивы. То есть, тетива идет непосредственно к желобку в натянутом (закрепленном) положении. Когда плечо изогнуто (кончик плеча отходит от лучника), тетива касается плеча, прежде чем достигнет желобка. Следовательно, эффективная длина плеча в начале натяжения короче. Однако, по мере натяжения лука, рекурсивный изгиб "разворачивается", плечо становится фактически длиннее, и механическое преимущество лучника возрастает. Одновременно с этим, в материалах плеч накапливаются напряжения. Брюшко лука (ближе к лучнику) испытывает сжатие, спинка (дальше от лучника) – растяжение, а линия между ними – сдвиг. Материалы должны выдерживать эти напряжения, накапливать энергию и быстро и эффективно отдавать ее. Количество накопленной энергии определяется величиной выдерживаемых напряжений и формой плеча, от ненатянутого положения до натянутого (считается предварительно напряженным), а затем – дальнейшей деформацией до полного натяжения, когда рекурсивный изгиб разворачивается. Эти базовые принципы изменения механического преимущества для эффективного накопления большей энергии и передачи ее для ускорения стрелы были хорошо известны в древности, что подтверждается следующими примерами.

Прямые луки

Многие луки, особенно традиционные самодельные, изготавливаются примерно прямыми в профиле бокового вида. Их обычно называют прямыми, несмотря на незначительные изгибы натуральной древесины и "усадку" или кривизну, которую деревянный лук приобретает после использования. Когда лучник начинает натягивать тетиву, механическое преимущество достигает максимума, а плечи лука лишь предварительно напряжены до положения с натянутой тетивой; следовательно, усилие натяжения минимально. Однако усилие натяжения быстро возрастает, поскольку механическое преимущество уменьшается (представьте, что тетива тянет все более и более прямо на плечи) и в плечах накапливаются напряжения. В результате усилие натяжения "нарастает" (очень быстро увеличивается). При отпускании происходит обратное: стрела ускоряется максимальной силой, и эта сила быстро уменьшается. Следовательно, стрела должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать такое ускорение, и, поскольку тетива может замедляться, стрела может сорваться с тетивы преждевременно, что неэффективно. Длинные луки, использовавшиеся английскими лучниками в Средние века в таких битвах, как Креси и Азенкур, были луками с прямыми плечами, обычно изготавливаемыми из тиса и обладавшими большим усилием натяжения, применявшимися массово. Стрелы также были длинными и тяжелыми.

Стрелы с рекурвирующими луками

В рекурсивном луке плечи изгибаются от стрелка, когда лук не натянут. По определению, отличие рекурсивного лука от других заключается в том, что тетива касается части плеча, когда лук натянут. Рекурсивный лук накапливает больше энергии и передает её более эффективно, чем лук с прямыми плечами той же мощности, обеспечивая стреле большую энергию и скорость. Рекурсивный лук позволяет использовать более короткий лук для заданной энергии стрелы, и эта конструкция часто предпочиталась лучниками в условиях, где длинное оружие было бы неудобным, например, в зарослях, лесу или верхом на лошади. Изогнутые плечи также создают большую нагрузку на материалы, из которых изготовлен лук, и могут вызывать больше шума при выстреле. Сильный изгиб плеч делает лук неустойчивым при натяжении. Ненатянутый рекурсивный лук может иметь сложную форму, и многие луки коренных американцев, оторванные от своих первоначальных владельцев и культур, были неправильно натянуты в обратном направлении и сломаны при попытке стрельбы. В современном лучничестве термин "рекурсивный лук" или просто "рекурв" обычно относится к типичному современному рекурсивному луку, используемому лучниками на Олимпийских играх и многих других соревнованиях.

Рефлекторные луки

Рефлекторный лук – это лук с изогнутыми или закрученными плечами, которые отклоняются от стрелка по всей своей длине. В ненатянутом состоянии вся длина лука изгибается вперед от брюшка (в сторону от стрелка), напоминая букву "С"; это отличает рефлекторный лук от рекурсивного, у которого от стрелка отклоняются только внешние части плечей. Такая форма создает большее напряжение в материалах лука, позволяя относительно короткому луку иметь большой силу натяжения и большую длину хода тетивы. Это позволяет луку, значительно короче рекурсивного или длинного лука, стрелять с той же или большей скоростью и мощностью. Рефлекторные луки стали классическим оружием конных лучников, неоднократно завоевывавших большую часть Азии и Европы; их компактный размер по сравнению с более длинными луками делал их идеальными для стрельбы с лошади. Однако материалы и качество изготовления должны быть очень высокими. Луки из традиционных материалов с выраженным рефлексом почти всегда являются композитными, изготовленными из классических трех слоев: рога, дерева и сухожилий; обычно они имеют рекурсивную форму. Композитные луки с высоким уровнем рефлекса до сих пор используются в Корее и были распространены в традиционной турецкой и индийской стрельбе из лука. В некоторых случаях для сильно рефлекторных луков могут потребоваться специальные методы натяжения и установки тетивы, а также инструменты, такие как доска для натяжения.

Декорбные луки

Декурвный лук – это лук, у которого плечи изогнуты или закручены на концах в сторону лучника. Такая форма лука снижает напряжение на него при использовании, и лук может не испытывать никакого напряжения в натянутом состоянии, что позволяет держать его в постоянной готовности к применению. Она также уменьшает энергию, накапливаемую в луке, и скорость стрелы. Эта конструкция редко встречается в современных или исторических луках, но иногда использовалась народами, например, мохаве, у которых не было легкого доступа к качественной древесине для луков. Это позволяло им изготавливать эффективное охотничье оружие из доступного некачественного материала. Изображение декурвного лука можно увидеть на наскальной живописи с плато Тассили в Сахаре.

Дефлексные луки

Дефлексный лук – это лук, плечи которого изогнуты или закручены у основания таким образом, чтобы при расслаблении тетивы они направлялись к стрелку. Такая конструкция лука снижает напряжение на плечи и уменьшает запасенную в оружии энергию. Большинство современных рекурсивных луков изготавливаются с той или иной степенью дефлекса. Иногда дефлекс применялся и в традиционных луках, например, для создания лука, имитирующего внешний вид традиционного рогового лука, без использования настоящего рога.

Смешанные луки

Комбинированный лук, который не следует путать с композитным, – это современный лук, использующий систему рычагов, как правило, тросов и блоков, для изгиба плеч. Плечи комбинированного лука значительно жестче, чем у рекурсивного или длинного лука. Эта жесткость плеч делает комбинированный лук более энергоэффективным, чем другие типы луков, благодаря совместной работе с блоками/эксцентриками. В типичном комбинированном луке тетива крепится к блокам (эксцентрикам), и к одному или обоим блокам прикреплены один или несколько тросов, ведущих к противоположному плечу. Когда тетива оттягивается, она заставляет блоки вращаться. В начале натяжения лучник имеет меньшее механическое преимущество, но по мере вращения эксцентриков во время натяжения, лучник получает механическое преимущество над изгибающимися плечами, что позволяет накопить больше энергии по сравнению с другими луками.

Формование и коническое уменьшение

Луки обычно сужаются от рукояти к наконечникам. Сужение уменьшает массу на внешней плече и рассеивает напряжения в плече, что увеличивает скорость движения наконечников и, следовательно, ускоряет полет стрелы. Формы могут быть оптимизированы для различных целей, особенно для достижения максимальной скорости стрелы; детали этой оптимизации являются предметом активных исследований. Узкие луки обычно сужаются равномерно. Однако сужение плоских луков может варьироваться. Рабочие плечи луков типа "paddle" (лопасть) сохраняют ширину почти на всей длине плеча, луки типа "пирамида" сужаются равномерно от рукояти к узкому наконечнику, а луки типа "Холмегаард" сохраняют полную ширину примерно на две трети длины плеча, а затем резко сужаются. Луки типа "Эйфелева башня" сужаются резко, но плавно, к очень узкому внешнему наконечнику. Оптимальное поперечное сечение изгибающейся части плеча лука – прямоугольное, и почти все современные луки имеют плечи такой формы. Однако многие, возможно, большинство традиционных луков имели поперечное сечение, более близкое к круглому, при этом использовались всевозможные вариации. Современные определения традиционного длинного лука требуют приближения к D-образной форме поперечного сечения.