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複合弓

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複合弓構造圖

複合弓是一種現代的弓具，構造上的特點是弓臂上和結合滑輪。雖然射箭是個歷史悠久的活動，但是複合弓是在1969年才由美國人Holless Wilbur Allen所發明。

複合弓的弓臂較反曲弓和長弓硬，堅硬的弓臂使複合弓的能量更為強大，但也使複合弓引弓的難度較其他弓具困難。複合弓的弓弦跨過上下弓臂的滑輪上，另有一至多條索線附在滑輪上。引弓時弓弦帶動滑輪，滑輪帶動索線，索線增大對弓臂的施力，藉以儲存能量。

因為複合弓特殊的槓桿系統，使引弓力量的變化曲線在引弓初期需要較大的力量，但在定位所需的力量則較小。

複合弓對於溫度和溼度的敏感度較小，和其他的弓比較起來，有較高的精準度、速度和較遠的距離。

傳統弓因為使用的材料，也稱為複合弓，現代複合弓的英文為Compound bow，在20世紀初期的文學作品中，也會出現以Compund bow稱呼傳統複合弓。傳統複合弓的英文為composite bows。

目录

[编辑] 構造

中央弓身處常使用鋁或鎂作為材料，許多弓身選用飛機等級的6061鋁合金製成。握把設計的基本原則就是越堅固越好，以弓身為中心向外安裝其他設備，例如弓臂、瞄準器、安定桿和箭袋等。

弓臂是以具有具有拉伸和壓縮複合的材料製成，引弓時所儲存的能力是存於弓臂上，而非滑輪和索線。

普遍的設計是上下弓臂各一個凸輪或圓輪，不用的弓可能使用不同形狀的凸輪。利用凸輪來將能量儲存於弓臂的概念有數種，這些概念都屬於弓的偏心輪原理。最常用的四種輪型是Single Cam、Hybrid Cam、Dual Cam和Binary Cam，當然也有其他的不同的設計，例如Quad Cam and Hinged。

  • Single Cam:
這種輪型的弓，上弓臂使用圓輪，僅在下弓臂使用凸輪。理論上無法提供完全垂直於弦的放箭路徑(nock travel),引弓較費力且同樣磅數下能達到的箭速比Twin Cam低, 但調整上較簡單, 不會有凸輪同步的問題。有較明確的滿弓停止點。
  • Hybrid Cam:
Single Cam與Twin Cam的變形,可產生較Single Cam高的箭速,調整的複雜度與需要調整的頻率不會像Twin Cam那麼高。
  • Dual Cam:
也稱twin Cam，意即在上下弓臂末端皆使用凸輪裝置,假設上下弓臂的凸輪正時吻合, 同步旋轉無滑差,Twin Cam可提供垂直於弦的完美放箭路徑(nock travel),更彈性的Caming與較佳的能量效率,從而提升準確度與箭速。基於這些特性, A2A較短的Twin Cam有機會比長A2A的Single Cam更為forgiving。然而無法避免的弓弦潛變(creep)與振動, 甚至不平衡的上下弓臂都會影響凸輪同步, 必須定期校正上下弓臂的凸輪正時,才能使Twin Cam複合弓保持在最佳狀態。同步不良的twin cam system會有噪音及振動變大,放箭路徑跑掉而影響準確度等問題。
  • Binary Cam:
上下弓臂都有凸輪,不同於其他Eccentric System以弓臂為地桿,Binary Cam的地桿為另一個凸輪,且主副弦的交叉配置方式,可使兩組凸輪透過副弦跟隨彼此的動作, 再同步帶動弓臂, 理論上可以自動修正滑差,也能吸收上下弓臂彈力不均與弓弦潛變等因素造成的淨誤差與不平衡。具有Twin Cam的所有優點,但幾乎沒有有凸輪同步的問題。

複合弓的弓弦和索線常選用高模量聚乙烯，並設計為具有高度伸長強度和最小擴張力，為了讓弓有效率地將能量傳達到箭，弦線的材質越耐用越好。在早期製造的複合弓中，較常選用塗覆塑膠的鋼線作為索線的材料。

[编辑] 特性

[编辑] 優點

複合弓基於以下特性, 能以較高的動能輸出和較佳的瞄準功能達成較高的射擊精度和威力, 因此有效射程也較遠.

紅線反曲藍線複合
  • 較輕的瞄準拉力(holding weight)
複合弓藉由凸輪傳動改變拉力-拉弓行程曲線(force-draw curve), 理論上可將拉弓力量的峰值移到引弓行程中的任何位置, 使射手能以較低的拉力(通常在最大磅數的%20~%35之間)進行瞄準, 從而改善準確度. 反曲弓, 長弓和傳統弓等等無凸輪或槓桿裝置的弓, 最大拉力出現在滿弓位置, 射手瞄準時須撐住100%最大磅數的拉力, 穩定瞄準的難度較高.
  • 較高的動能輸出(箭速)
承上, 低瞄準拉力的特性也使得複合弓在一定的 holding weight限制下, 能夠以更高的磅數在拉弓行程中儲存更多的能量, 提供較高的箭速.
  • 較緊緻的外型
複合弓在一定的holding weight限制下, 能發揮更高的最大引弓力量, 因此可以採用剛性更強, 能量密度更高的材料與設計來製作弓臂, 而以較小的體積儲存比反曲弓更高的能量. 雖然不是所有人都喜愛短弓, 但如果有必要, 複合弓能夠設計得非常便攜且靈活. 相較於反曲弓動輒 170cm 以上的全長, 市場上大部份複合弓的長度多落在 78~130cm 之間.
  • 平行弓臂設計的可能(Parallel Limbs)
傳統構型的弓在拉弓時, 弓臂受弦向後牽引, 放箭後上下弓臂都向前彈回帶動弦與箭, 會產生較大的反作用力和噪音, 影響手感和箭的飛行軌跡. 複合弓由於凸輪傳動與弓臂短小的關係, 在結構配置上可以擁有較多的彈性, 其中之一便是平行弓臂. 採用這種設計的複合弓, 上下弓臂在引弓前就處於平行或夾角非常小的近平行狀態, 拉弓時透過凸輪的傳動, 上下弓臂同時往箭的方向內摺, 放箭後上弓臂向上, 下弓臂向下同時回彈, 再透過凸輪帶動弦與箭往前. 大部分的反作用力都以垂直分力的形式上下互相抵銷, 大幅降低放箭時的噪音和振動.
  • Centershot
複合弓藉由弓身設計與滑輪配置, 能使放箭的路徑通過弓身的中心平面, 使箭受到的推力線與理想飛行軌跡重合, 可降低箭身剛性(spine)選用不當的影響. 如此配置也能將箭和弓身的干涉減到最小, 配合適當的放箭器, 更有機會完全消除箭羽接觸, 不僅可提升箭羽壽命, 對箭飛行軌跡的干擾也較小, 且對射手姿勢的瑕疵也比較不敏感.
  • 放箭器的使用
複合弓使用扳機機構的放箭器, 能減少射手每次放箭動作的差異和不正確動作的影響, 提高射擊穩定性.
  • 瞄具的使用
複合弓以覘孔配合前準星的瞄準方式, 可使射手自動修正一些姿態上的誤差, 從而提高射擊穩定性. 在一些情況下也使用有放大倍率的光學瞄具, 可有效提高對長距離目標的射擊精度.

[编辑] 缺點

  • 由於 holding weight較輕且弓長度較短, 對射手姿勢不完美較敏感, 譬如施力不均時容易轉弓
  • 活動部件多, 調整和保養比反曲弓和傳統弓複雜, 對污染較敏感


[编辑] 複合弓的重要規格

複合弓1969年在美國被發明後市場規模快速的成長, 目前已成為當地射箭運動的主流. 持有複合弓產業主要市場版圖的幾間大廠都在美國(剛好是地球上最冥頑不靈的英制經濟體), 因此用以描述複合弓的規格也都是英制, 常用的幾個單位與台灣和世界上其他地方慣用的公制 (SI unit) 換算方式如下:

長度: 英吋, 1" = 2.54cm, 1cm = 0.394"
質量: 1 grain = 0.0648 公克(gram) , 1 gram = 15.43grain. 常用於描述小口徑武器的彈頭和火藥質量.
力量: 1 lb-wt = 4.448 N = 0.454 kgw, 1N = 0.225 lb-wt = 0.102 kgw
動能: 1ft-lb(fpe) = 1.357joule, 1 joule = 0.737 fpe

[编辑] IBO 箭速 (IBO speed)

這個規格描述複合弓射箭的動能輸出. 和彈簧類似, 弓儲存的能量大致可看成拉力*拉距的總和, 拉開越硬的弓臂需要的拉力越大, 拉弓的長度越長儲存的能量越多, 而越重的箭攜帶能量的效率越好. IBO Speed 便是一個固定上述變數的規格標準, 測試條件是以最大磅數 70lb 的弓臂, 30"的拉距, 發射重350 grain的箭量得的速度. 350 grain 的箭正好是 IBO 規範的箭重下限-- IBO weight = 5 grain / lb, 也就是說箭重/ 磅數至少要大於等於 5.
值得注意的是 IBO speed作為一個量測標準, 並不代表每隻弓都能在 70lb 30"的拉距下操作, 即使可以, 350 grain的箭重也不見得適用. 買弓時決定箭重與其他規格時, 仍須以實際情況做考量.
另一個類似的規格是 AMO speed, 與 IBO speed不同的地方是以 60lb 的弓臂, 發射 540 grain的箭.

[编辑] 最大磅數 (Peak Draw Weight)

弓臂能承受的最大磅數. 大部分的複合弓可調範圍在 10lb左右, 購買時可依需求選用不同磅數的弓臂, 每組弓臂可再往下調整 10lb, #70的弓臂適用範圍為 60lb ~ 70lb, #50的弓臂適用範圍為 40lb~50lb, 依此類推. 也有極少數的特例可以在不更換弓臂的情況下提供非常大的調整空間, 例如 09 Diamond Razor Edge(twin cam)的兩組弓臂, 調整範圍分別為 #29: 15lb~29lb, #60: 30lb~60lb.
超過磅數使用弓臂非常的危險且昂貴, 輕則了錢, 重則受傷. 現代複合弓的弓臂能以極小的體積儲存龐大的能量, 斷裂時高速碎片四散, 如同小型的破片手榴彈. 複合弓的使用者必須隨時注意弓臂的狀況, 如果發現弓臂有裂痕千萬不可再繼續使用. 幾家大型的複合弓製造商都有對第一購買者提供終生保固服務, 只要對原廠提出申請幾乎都能獲得免費更換, 但運費必須自行負擔.

[编辑] Let-off ratio

這個規格描述拉弓行程中最低拉力磅數與最高磅數的關係, #70, 80% let-off 的弓在瞄準時的最低拉力為 70lb * (100%-80%) = 14lb, #50, 65% let-off的弓瞄準拉力則為 50lb * (100%-65%) = 17.5lb. 在大部分的複合弓上, let-off ratio都可以在標示的範圍內做調整, 目前市場上常見的規格在%65~80%之間, 少數的產品只有 50%, 也有高達 89%的特例 (Monster Bow Dragon).
很明顯的, 較高的 let-off ratio能讓射手以較輕的拉力進行瞄準, 但較輕的拉力代表在拉弓行程的末段儲存的能量也較少, 因此一把 70lb的弓, 在 %65 let-off的設定下箭速通常會較 %80 let-off下為高, 您的力氣不會白費. 關於 let-off和磅數對箭速的影響, 在後面的 force-draw curve 章節會有更詳細的討論.

[编辑] 拉距(draw length)

滿弓的拉距, (實際物理意義, 與wall的關係?), 由弓弦鬆弛點至滿弓的引弓長度, 拉距越長箭受弦加速的時間越長, 速度也越高。需視射手體格與習慣作調整,調整的起點可粗略以兩手張開寬度除以2.5決定。

[编辑] Brace Height

握把到弓弦鬆弛位置的距離, 為 Power Cycle的理論終點, 越小箭受加速的時間越長, 但受射手姿勢/放箭等誤差影響的時間也越長, 因此短的 Brace Height有助提高箭速,但對射手的不完美操作較敏感(less forgiving)。以箭速為訴求的獵弓 Brace Height約在5.5"~7.5"之間, 以準確度與 Forgiveness為訴求的 Target Model 則常見大於8"的 Brace Height。目前市場主流約在取折衷的 7"附近。通常不可調整或調整的範圍極為有限。

[编辑] A2A length

描述弓的長度, 定義為上下弓臂末端凸輪/滑輪的軸距。 長的A2A對弓身的偏擺俯仰與滾轉穩定性都有幫助, 通常也更 forgiving。Spot或3D用的弓, A2A多在38"以上,A2A 32"以下的產品則較常見於靈活好攜帶的獵弓。不可調整或調整的範圍極為有限。


[编辑] 複合弓的個性:拉力-拉距曲線 (Force-Draw curve)

在開始之前, 我們先看一下幾支複合弓的規格:


這幾支弓的最大磅數都是70磅, IBO speed 卻有 298fps到 350fps的巨大差距. 在 IBO speed 對於測量時弓臂磅數拉距和箭重等變數的明確規範下, 造成如此差距很重要的一個因素, 就是本節要介紹的 Force-Draw Curve.

典型的複合弓 force-draw curve 如下圖: (縱軸是力量lb, 橫軸是拉弓長度inch)

Force-Draw Curve

圖的左邊藍色區線是射手拉弓的力量, 右邊是放箭時箭受到的推力. 曲線下方到橫軸之間夾住的面積便是拉弓時弓臂儲存的能量(左邊)或放箭時箭接收的能量(右邊).

雖然在距離軸上兩邊的形狀大致一樣, 但是以時間來看, 左邊較慢, 右邊是很快的. 值得注意的是右邊的最大值和曲線下方的面積都較左邊為小, 這代表弓臂儲存的能量並沒有 100%轉換為箭的動能. 有一定比例的能量會因弓臂內磨擦, 手指或放箭器/nock與弦接觸摩擦, 以及弓臂運動受到的空氣阻力等等因素, 以熱的形式損失掉.

拉弓行程中, force-draw curve 各階段的行為如下:

1: 開始拉弓
2: 在拉到peak weight之前, 拉力持續增加, 這段的行為類似反曲弓
3: 最高拉力(peak weight)出現的區段, 標示 70lb的弓, 70lb只出現在這一段
4: 過了最高拉力區之後, 開始朝let-off點前進, 拉力漸減, 進入所謂的 valley
5: let-off點, 拉力最低, 過了這點後拉力會急遽上升
Wall: let-off點之後明顯感到拉力上升的地方, 上升的速度越快 wall的感覺越明確, 也越利於維持每次一致的拉弓長度.

凸輪的輪廓決定 force-draw 的特性, 市面上的產品大概可分為以下三種:

Hard cam的2.和4.會比較陡, 拉力維持在峰值的行程(3.)也較長, 因此射手會覺得拉起來比較硬, 但相對儲存的能量多, 箭速也高. Hard cam的 valley 通常很窄 (aggressive valley), 有些強調高速的弓在 let-off 點之前半吋到一吋(12.7~25.4mm)的地方就是最大拉力, 很容易因為持弓方式不正確, 射手疲勞, 或甚至風吹/手晃了一下就進入高拉力的區域而被迫放箭, 操作時必須很小心. Hard Cam的外觀特徵為凸輪的 Profile能提供非常大的偏心量, 並且在某個角度急遽的變小.

Soft cam的峰值抽一下就過, 射手會覺得拉弓較為輕鬆平順, 寬廣的 valley也比較沒有走火的顧慮, 射手有很大的空間尋找精確的 let-off點, 但相對的箭速較低. Soft Cam外觀上最大偏心量較小, 且整個凸輪 Profile較為平順, 比較接近圓輪.

Medium cam則是兩者的折衷.

除了磅數和 let-off, 一些複合弓也提供調整 force-draw curve的可能, Diamond Razoe Edge 單組弓臂的 30lb調整範圍便是以改變 force-draw特性的方式達成, 在 30lb的設定下長得像 soft-cam, 在 60lb的設定下則變成 valley非常窄的 Hard cam, 產生 308fps的 IBO speed. 2008年以前的 Bowtech系列則是以交換凸輪模組(Speed cam箭速高, Smooth cam好拉)的方式改變 force-draw curve.

[编辑] 複合弓的週邊配備

[编辑] 搭箭器 (arrow rest)

  • Shoot-Through Arrow Rest
  • Containment Arrow Rest
  • Maglev Arrow Rest
  • Drop-Away Arrow Rest


[编辑] 放箭器

  • 手握式放箭器
  • 腕立式放箭器
  • 手握卸力式放箭器

[编辑] 安定桿 (stabilizer)

安定桿的作用在降低各種擾動對弓身的影響, 目前市面上的產品採用的原理有以下三種:

  • 增加弓身的轉動慣量, 降低各種擾動對弓身的影響
由輕量化的剛性長桿與末端的配重塊組成, 這樣的組合可以大幅提高弓身的轉動慣量, 鈍化弓身對射手抖動, 風吹, 放箭反作用力等各種擾動的反應, 從而提高穩定性. 靠近弓身的重量力臂不夠, 對穩定的助益有限, 因此長桿是越輕越好, 最好沒有重量. 另外, 如果作為力臂的長桿剛性不夠, 放箭的快速動負荷會因長桿變形而無法有效傳遞到遠方的配重塊, 配重塊也就無法幫忙穩定弓身. 作為核心的長桿是否輕量高剛性, 決定了整套系統的表現.
產品例: B-Stinger(碳纖桿+不鏽鋼Disc, 8.5", 12", 24", 30"), Cartel Balkan
  • 以吸震阻尼材質吸收能量, 衰減振動
常見於要求靈活與便攜的獵弓, 重點在減輕放箭反作用力對弓身的動態影響, 對風吹手晃等慢速擾動的作用不大.
產品例: Limbsaver Sims S-Coil
  • 以反向活塞運動抵消反作用力
同上, 用於不便裝置長桿型剛性穩定器的場合, 可降低噪音和振動.
產品例: Octane

目前也有在長桿上加上吸震材質的作法, 在稍微增加一些整體重量的代價下, 可再加強對放箭反作用力的衰減.

[编辑] 減震器 (dampener)

裝在弓臂上的吸振膠塊, 可吸收多餘的能量, 避免弓臂破壞, 延長使用壽命. 由於會增加弓臂整體重量, 安裝弓臂減振器會稍微降低箭速.

[编辑] 弓弦減震器 (string silencer, string leech)

裝在弓弦上的吸振橡膠或流蘇, 可降低弓弦噪音. 會稍微降低箭速.

[编辑] 瞄具

  • 瞻孔
  • 前準星
  • 光學瞄具

[编辑] 箭

[编辑] Weight

  • Shaft Weight
  • Point Weight

[编辑] Spine Rating

[编辑] 箭羽 (Fletching)

  • 羽毛 (Feather)

自古以來最佳的箭羽材質, 能以極輕的質量提供大型安定面優越的穩定性,4"的羽毛三片重量只有 8 grains.使用大型 Broadhead的場合, 由於偏心量大且氣動力效應較複雜, 需要較大的箭羽面積( 5"或以上)提供額外的穩定性, 只有羽毛能在不增加太多重量的情況下滿足需求.這點塑膠羽片至今仍很難趕上.缺點是脆弱及怕水.

  • flu-flu

流蘇型的箭羽, 不一定呈明顯的葉片型, 主要是靠龐大的阻力拉直箭的運動軌跡.軌跡收斂快但速度衰減也快的特性, 適合近距離使用.

  • 塑膠羽片 (Plastic Vane)

現代塑料製成的羽片, 為目前市場主流. 比羽毛重但較堅固且耐侯性佳. 常見的輪廓有拋物線形(parabolic)與盾形(shield)兩種, 盾形穩定性較佳,拋物線形風切噪音較低. 依照葉片的型狀和角度, 又可分成以下三種:

-直羽片 (Straight Vane)
葉片平面黏合處與箭身平行, 施工簡單, 風阻低, 穩定能力一般, 使用射穿式搭箭器(shoot-through arrow rest)的耗損較低.
-斜羽片 (Offset Vane)
葉片平面黏合處與箭身呈 4至 11度斜角, 施工較難, 阻力較大, 放箭後因箭身後方阻力大穩定較快, 且可藉自旋進一步提升軌跡穩定性. 使用射穿式搭箭器(shoot-through arrow rest)會快速磨損, 建議使用落下式搭箭器(fall-away arrow rest).
-捲捲葉 (Helical Vane)
葉片平面黏合處與箭身呈螺旋狀或很大的斜角, 施工困難, 阻力較大, 穩定性較斜羽片更佳. 使用射穿式搭箭器(shoot-through arrow rest)會快速磨損, 建議使用落下式搭箭器(fall-away arrow rest).
  • FOB

由三片斜羽片與環型外罩構成的塑膠箭羽, 全長約 0.5". 外罩及葉片的翼剖面設計與高剛性葉片可在飛行時提供較傳統羽片為佳的穩定性,消除葉片與箭身抖晃, 降低阻力. 由於長度很短側面積小, 抗風偏能力較傳統羽片為佳. 比 4"塑料羽片輕且安裝簡單. 必須使用落下式箭座.

[编辑] Tip

  • Practice Tip/Field Tip
  • Hunting Tip/Broad Head

[编辑] 發展趨勢

  • IBO Speed的進步
  • 平行弓臂
  • 其它技術創新 
Elite Archery: Cam system
Bowtech: Binary Cam, Center Pivot, Ceter Trac


[编辑] 影片欣賞

THE PSE X-FORCE CHALLENGE TESTS 複合弓拆解

[编辑] 參考資料

維修調整相關

performance http://www.archerytalk.com/vb/showthread.php?t=886859 string position http://www.archerytalk.com/vb/showthread.php?t=891883 cam lean http://www.archerytalk.com/vb/showthread.php?t=879848 right tear http://www.archerytalk.com/vb/showthread.php?t=891777 arrows http://www.archerytalk.com/vb/showthread.php?t=879666 roller guard grinding each other http://www.archerytalk.com/vb/showthread.php?t=892790

取自"http://zh.archery.wikia.com/wiki/%E8%A4%87%E5%90%88%E5%BC%93"
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