问题

复合弓的原理是怎么样的?

回答
复合弓,顾名思义,它是一种由多种不同材料和部件组合而成的弓。它的核心在于通过一系列精巧的机械设计,将拉弓时储存的能量更有效地转化为箭的动能,从而实现比传统长弓或反曲弓更远的射程和更强的穿透力。

想象一下,你拿着一把复合弓,手指搭在弓弦上,开始往后拉。这个过程不仅仅是拉动一根绳子,而是牵动着两端连接着弓臂的轮子(专业术语叫做“滑轮”或“凸轮”)。这些轮子并非简单的圆形,而是带有特殊弧度的非圆形设计,就像两个不同大小的齿轮。当你开始拉弓时,弓臂会弯曲,就像任何一把弓一样储存能量。但关键在于,滑轮的特殊形状使得在拉弓的过程中,弓弦的移动距离与滑轮的旋转角度之间存在一个动态的比例关系。

在拉弓的初期,滑轮的较大半径会先被拉动,你感觉到的阻力会逐渐增加。但随着弓被拉开,滑轮逐渐旋转,它会进入一个“减力”(letoff)的阶段。这时候,滑轮的半径相对而言会“变小”,或者说,弓弦从滑轮上绕过的长度比例在变化,使得你维持弓被拉开状态所需的力气大幅度减小。这就好像你搬一个很重的箱子,一开始很费力,但一旦找到一个好的支撑点,就能轻松很多。这种“减力”设计是复合弓最显著的特点之一,它允许射手更长时间地瞄准,而不会因为肌肉疲劳而影响精度。

储存在弯曲弓臂中的能量,并不是在箭射出后就瞬间释放干净。滑轮的设计还充当了一个“加速器”。当您松开弓弦时,滑轮会以更快的速度旋转,并通过它连接的弓弦,将储存的能量更集中、更快速地传递给箭。由于滑轮的半径在弓弦松开的瞬间仍然在变化,它能够产生一个比传统弓更高的箭速。弓臂储存的能量,一部分通过弓臂本身的弹性释放,另一部分则通过滑轮的旋转和弓弦的收紧,以一种“杠杆”效应,更有效地驱动箭向前飞出。

除了滑轮和弓臂,复合弓还有许多其他辅助部件。弓片(limb)通常由玻璃纤维或碳纤维制成,这不仅增加了弓臂的强度和弹性,还能有效减少弓臂弯曲时产生的振动,让射击更稳定。弓弦(string)和箭绳(cable)则是由高强度、低弹性的材料制成,以确保能量的有效传递。瞄准器(sight)则帮助射手在不同距离上进行精确瞄准,稳定器(stabilizer)可以吸收弓身产生的震动,减少晃动,进一步提升射击精度。甚至弓把(riser)的设计也十分讲究,它通常采用金属材料,不仅提供了坚固的支撑,还能通过其形状和配重来调整弓的重心,优化射手的握持感。

总而言之,复合弓的工作原理就是通过滑轮和非圆形凸轮的联动,巧妙地利用了杠杆原理和能量转换的物理定律。它将拉弓时储存的机械能,通过滑轮系统的加速作用,更高效地转化为箭的动能,并在整个过程中通过“减力”设计优化了射手的体验,最终实现射程更远、精度更高、威力更大的射击效果。

网友意见

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b站搜索“赞兴弓箭”,这位Up主对复合弓的结构,轮组都做了详细的解释。

我自己是一个业余的复合弓开发爱好者,尤其对轮组很感兴趣,简单来说,如果仅仅是两端是两个普通的滑轮的话,那么大家都可以很容易理解运作原理,那么它有什么缺点?或者说达不到什么要求导致我们不会仅仅用两个滑轮来做复合弓?下面尽量不用让人眼花的公式和名称,就接地气的简单聊聊。

OK,首先我们需要知道弓片的功能是什么,弓片是储能的,弯曲它,它就存储了弹性势能,随着压缩量增加,弹性势能呈指数增长。

下图是一个由我DIY的简易的弓片挠度测试仪,它的功能是记录弓片每个弯曲度下的磅数

经过这个仪器我就能分析出我所需要了解的弓片数据:

1.它什么时候会断?(开裂)

2.弯曲的形态?(中间弯曲?尾部弯曲?梢部弯曲?)

3.达到我的预弯量时候的磅数。(没有拉弦时候弓片的弯曲状态称为预弯。)

4.最终弯曲量时候的磅数。(弓拉满的弓片变形状态)

我记录完弓片的数据后,就可以设计轮组了。

回到上面的问题,为什么不用两个简单的滑轮?

弓片随着弯曲增加,磅数会越来越大,前期弯曲10mm,磅数增加可能30磅,而后期可能弯曲1mm就会增加30磅;如果仅用滑轮,你可以把这个蓄力曲线拉宽变扁,因为动滑轮可以降低拉力和延长拉锯,但不具备设定拉力曲线和限定拉锯的功能。

设计轮组时候,首先要考虑以下几点。

1.轮组结构(不同的弓片组合方式,推弓点,分弦方式和成本以及产品定位问题,会考虑不同的轮组结构,不赘述结构了)

2.副轮走线量,副轮的其中一个功能就是控制弓片的弯曲量。

3.主轮存弦量,主轮的存弦量会关乎到拉锯,设计主轮时候,需要结合副轮形状来设定拉力曲线,依靠杠杆原理,同时也会结合线速度(主轮转速大于副轮)。

当利用几个函数公式,或者结合Excel表这种工具,把你要的拉锯,拉力曲线,弓片挠度输入后,就基本计算出主副轮比例关系,然后根据设计师经验做些细微调整。(不在工作室,没有拍Excel表格图片)

当轮组设计初稿后,就需要做出样品,结合弓片来验证拉力曲线设定的是否正确了。

因为样品的粗糙和获取数据的对比度高,可能拉力曲线会比较抽象,与我们常见的不一样,获取了样品拉力曲线后,如果哪里有细微不满意,就对轮组设计的细节再修改,基本修改两次就能达到满足要求的拉力曲线了。

说明一下和复合弓箭速高低相关的地方

1.拉力曲线的饱满程度,拉力曲线下方就是蓄力面积,同样单位下蓄力面积越多,箭速越高。

2.省力比,省力比越低,相对箭速越高。

3.线速度,提高线速度的方法就是,缩小副轮直径,增加主轮直径。换句话说,就是保持推力的前提下,提高推速。

4.转换效率,现代复合弓基本上,可以把输入拉力中的45-85%的能量转换给箭;提高转换效率的方法是:增加弓片材料回弹速度,减少各部件重量,提高润滑系数。

和复合弓精度相关的地方

1.人员本身的动作一致性。

2.复合弓本身制造精度。

3.箭只的一致性。

4.环境稳定性。(温度湿度风速)

其他问题可以留言,抽空可以回复

我是一个由兴趣滋生的业余复合弓研究小学生。

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