andrewbek_1974 (andrewbek_1974) wrote,
andrewbek_1974
andrewbek_1974

Categories:

Лук. Ликбез для чайников. Часть 1.

Оригинал взят у mihalchuk_1974 в Лук. Полет стрелы сквозь тысячелетия. Ликбез для чайников. Часть 1.
Лук один из древнейших видов оружия/орудия охоты известных человечеству. Лук и стрела появились не менее, чем 10 000 лет назад.
для начала давайте приведем определение что такое лук. Хоть и моветон, но используем "наше фсе" - Википедию. Итак:
Лук — разновидность метательного оружия, предназначенная для стрельбы стрелами. Стрельба происходит за счет мышечной силы стрелка, которую лук накапливает в упругую энергию согнутой дуги и затем, распрямляясь, быстро преобразует в кинетическую энергию стрелы.


Современные луки
Современные луки не намного эффективнее древних. Сила их натяжения намного меньше, а стрелы легче, поскольку мишени теперь не защищены доспехами. Это и стало их главным отличием. Широкое применение сплавов алюминия и других конструкционных материалов, обладающих недоступными древним мастерам свойствами позволило создать луки значительно более надёжные, точные и удобные. Приспособленные для спортивной стрельбы или любительской охоты, современные луки рассчитаны на физически менее подготовленного стрелка. На страницах многих спортивных клубов особенно подчеркивается что заниматься у них и стрелять из современных композитных луков могут даже дети (это не относится к «классическим», в том числе спортивным, лукам). Современные луки обеспечивают большую точность и комфорт при стрельбе за счет потери боевых характеристик самих луков и стрел. Они, в общем случае, сообщают стреле меньшую кинетическую энергию, чем их древние собратья. Однако, за счет использования множества разнообразных приспособлений и, главное, значительно лучших материалов, современные луки сообщают стреле всё таки большую энергию при той же силе натяжения. Главные преимущества современных материалов и конструкций луков следующие:
* Они меньше подвержены влиянию погодных условий, например, древние цельнодеревянные луки могут сломаться зимой на морозе, а тетивы намокнуть в дождь. Современные луки из алюминиевых сплавов с синтетической тетивой, практически всепогодны.
* Они сконструированы таким образом, чтобы использовать очень легкие стрелы и достигать относительно высоких скоростей полета стрелы. Сила натяжения даже спортивных луков составляет при этом от 18 до 25 килограмм. Древние луки были куда мощнее в этом плане, если вы достаточно развиты физически.
* Прицелы, релисы (специальные приспособления для удерживания и спуска тетивы) , гасители вибрации и т.д. и т.п. позволяют достичь большей точности при определенной практике. В то же самое время эти устройства сильно замедляют темп стрельбы.
* Они служат дольше и не требуют утомительного обслуживания.


На рисунке выше современный блочный лук ("компаунд"). Благодаря вращающимся элементам на концах лука натянуть тетиву стало проще, а специальный гаситель вибрации тетивы позволяет сделать выстрел максимально точным. Предусмотрены также модификации для левшей. Скорость полета стрелы из такого лука может достигать 300 м/с!!! Вес от 1,2 до 2 кг. Цена до 2000 "зеленых".
Обратите внимание, что вес стрелы для такого лука составляет всего от 16-х до 35-ти грамм в зависимости от материала. Спортивные стрелы изготавливаются в виде полой тонкостенной алюминиевой трубки с острыми конусными (60 градусов) либо округлыми наконечниками для поражения различных типов мишеней. Именно качество современных материалов позволило создавать такие лёгкие и, вместе с тем, прочные стрелы.

Стрельба из современного лука

Для современных скоростных стрел применяются небольшие пластиковые оперения, имеющие малое аэродинамическое сопротивление. И, хотя аэродинамическое сопротивление стрелы по прежнему значительно выше сопротивления пули, оно всё же существенно меньше чем аэродинамическое сопротивление средневековой стрелы, что и позволяет достичь высокой скорости выстрела. Энергия легкой стрелы при вылете из лука всегда меньше, чем тяжелой. Это утверждение требует доказательства. Действительно, рассмотрим предельный случай очень тяжелой стрелы. Её энергия будет равна полной работе тетивы лука, равной интегралу от силы натяжения по всему рабочему ходу плеч лука. Больше этой величины стрела энергию приобрести не может, поскольку только эта энергия запасена при натяжении согнутыми плечами лука. Больше взять её неоткуда. То есть, слишком тяжёлой стрелой лук не сможет выстрелить. При стрельбе современными спортивными легкими стрелами часть энергии уходит на разгон плеч лука, и чем легче стрела, тем быстрее распрямляется лук. Большая часть энергии расходуется непроизводительно. Хуже того, большинство простых деревянных луков может сломаться при холостом выстреле, поскольку плечи, распрямляясь без нагрузки, вберут в себя всю ударную энергию и попросту лопнут. С этим эффектом часто сталкиваются современные изготовители самодельных «реконструированных» луков. Таким образом, скорость стрелы не может быть больше, чем предельная скорость тетивы при "холостом" выстреле, а эта скорость конечна. Для каждого лука можно подобрать стрелы оптимального веса, которые получат наибольшую энергию при выстреле. Более легкие стрелы приобретут большую начальную скорость, но лук станет «хлопать» отчасти в холостую.

Чем легче стрела, тем меньше получаемая её энергия. Какова же энергия современной спортивной стрелы? Согласно формулам Жоссера, останавливающее действие пули равно произведению ее кинетической энергии в момент встречи с преградой на площадь поперечного сечения, без учета конструкции пули. Пробивное действие пули равно отношению вышеуказанных величин. Кинетическая энергия пули в джоулях (Дж) равна половине произведения квадрата скорости в м/с на ее массу в килограммах. То же, в общем случае, верно и для стрелы. Сорвавшись с тетивы нарисованного выше великолепного охотничьего лука на скорости 300 метров в секунду, 20 граммовая стрела получает энергию равную (m*v2/2): 0,02 * 90000 /2 = 900 Джоулей или (делим на g = 9,8): получаем 90, более привычных воякам для измерения дульной энергии, килограммов. Почти как у охотничьего ружья при выстреле пулей того же веса! На расстоянии реального выстрела, равном 100 метрам, скорость упадет (почему мы рассмотрим позже) до каких-нибудь 100 метров в секунду. Энергия удара окажется порядка 10 кг. Это уже значительно меньше чем у круглой ружейной пули охотничьего 12-го калибра на том же расстоянии (у круглой пули 12-го калибра при выстреле на 100 метров энергия = 80 кг.) за счет большего сопротивления воздуха полёту оперенной стрелы. В этом может таится ответ на вопрос почему американские индейцы так стремились забросить свои замечательные длинные луки и заполучить ружья бледнолицых?

Что же означает цифра в 10 килограмм? Разделив энергию на площадь поперечного сечения (например 0,1 см2), получим пробивное действие стрелы, умножив – останавливающее действие. Это надо понимать как 10 килограмм веса на 0,01 сантиметра квадратного – сечения острия стрелы. Разделив Вы получите давление стрелы на доспех в момент удара, - или пробивную силу. Значит, кованый доспех стрела может и не пробьёт, если ударит вскользь. Однако удар в 10 килограмм, приходящийся на кончик шила, приставленного к вашей груди, слабым не покажется.

В спортивных чемпионатах нашего времени наибольшей дистанцией прицельной стрельбы из лука является 90 метров. В спортивных клубах предпочитают дистанции до 60 метров. Современный лук может выстрелить и на большее расстояние, но мало какой спортсмен может произвести хотя бы десяток выстрелов в быстром темпе на дистанцию свыше ста метров. Стрельба на большие дистанции сопряжена со значительными отклонениями, которые не в силах учесть даже отличный лучный прицел. О точном выстреле в мишень на 150 метров речи уже не идет, и это при превосходной стабильности современного композитного лука и практически неизменных свойствах стрел. Никакой прицел уже не в состоянии учесть все факторы необходимые для достижения точного выстрела на такую дистанцию. И хотя самый совершенный из выпускаемых сегодня по космическим технологиям луков в состоянии послать стрелу на дистанцию до 500 метров, прицельная стрельба на такое расстояние невозможна.

Средневековые луки.
Существовало много разных типов боевых луков, но в Европе длинный тисовый лук, вероятно, наиболее известен. Он изготавливался из целого куска тисового дерева и его конструкция принципиально не отличается от множества других древних луков. Это, так называемый, простой лук.


Длинные плечи тисового лука – особенность конструкции, наиболее характерная для английского длинного лука (знаменитого longbow), позволяет увеличить длину натяжения и, следовательно, улучшить боевые качества оружия. Английский длинный лук появился в конце 13 века. Вырезался лук из тиса таким образом, что состоял из двух слоев древесины с разными свойствами. Тис был наилучшей древесиной по соотношению плотность/эластичность, что позволяло создать более эффективный лук при меньших его размерах. Под эффективностью здесь подразумевается не столько сила натяжения лука, сколько скорость, с которой он мог распрямиться и послать стрелу (что имеет прямое отношение к дальности и точности стрельбы). Кстати английский тис не считался хорошей древесиной, основным источником тиса была Испания, а позднее и Италия. Специальные правительственные чиновники строго оценивали качество поставляемой древесины. Исследования немногочисленных уцелевших образцов 15-16 вв. показывают исключительно высокий уровень использовавшегося материала. Соответственно, и дальность стрельбы из английских луков была на треть больше, чем из других деревянных луков – до 200 метров. Служил тисовый лук не долго - несколько месяцев, потом упругость утрачивалась, и лук ломался. Перевозился деревянный лук со снятой тетивой.


Хотя большинство лучников-рекрутов, призывавшихся по феодальной повинности, приходили с собственными луками, они должны были быть переоснащены новыми луками за счет армии. Процент "отходов" мог быть очень большим. Казенные луки делались согласно четко расписанным государственным требованиям. Помимо чисто технических достоинств, это было весьма дешевое, качественное оружие, которое могло быть произведено в массовых количествах за короткий период времени. Иногда, в различных источниках встречаются утверждения, что изготовление одного лука занимало несколько лет. Это справедливо для полного цикла производства: от срубленного дерева до готового оружия в руках бойца. Тис – основное сырье для производства английских луков, являясь чрезвычайно плотной древесиной, нуждался в длительной выдержке перед тем, как его использовать. Само же изготовление лука из заготовки редко занимало больше полутора-двух часов, а учитывая громадную практику мастеров того времени, вероятно, и того меньше. Значительное количество луков перевозилось с армией в виде заготовок и доделывалось под конкретного бойца непосредственно на театре военных действий.

Массовое применение длинного лука в английской армии следует пожалуй объяснить социально-политическими причинами. Нигде в континентальной Европе феодалы не приветствовали появления у крестьян столь грозного оружия. В Англии же это оружие было массовым. Поскольку без многолетних тренировок невозможно получить хорошего лучника, то лишь англичане могли позволить себе составлять из лучников целые армии.

Сила натяжения английского боевого лука того времени находилась в пределах 35-70 кг. Для большинства бойцов скорее ближе к 35 кг. Дальность стрельбы из такого лука доходила до 300 метров, причем весьма сильно зависела от ветра. Следует отметить, что данная цифра справедлива для навесной стрельбы. Дальность прямого выстрела из лука значительно меньше – около 30 метров. Начальная скорость стрелы составляла 45-55 м/с. Безусловно ни о какой прицельной стрельбе тяжелой боевой стрелой с кованым наконечником на дистанцию более 50 метров не могло быть и речи. Хороший лучник мог попасть на такой дистанции в человека, но и только. В состязаниях на дистанции до сотни метров применялись более легкие стрелы, имевшие большую начальную скорость и, соответственно, обеспечивавшие большую точность.


А вот восточные луки изготавливались по более сложной технологии. Их склеивали из нескольких материалов. Современные мастера называют такой лук по-разному: композитный, сложный, слоеный, или усиленный. Здесь используется термин "составной" лук для того, чтобы показать, что в этом тщательно разработанном луке применены различные материалы: древесина, роговые пластины и сухожилия. Составной лук – самый сложный по конструкции. Для его изготовления требовалось большое искусство. Этот лук – удивительное проявление изобретательности в механике. Дальняя от стрелка часть подвергается наибольшему растяжению. Для неё подбирали материалы обладающие большей способностью к растяжению. Часто использовалась кожа, обработанные жилы и т.п. Внутренняя часть лука испытывает некоторое сжатие, - её изготавливали из дерева, кости и других доступных материалов. Древние изготовители луков в Восточной и Западной Азии использовали не только сухожилия животных. Лучшее качество и большее распространение имели составные луки, сделанные из сухожилий, дерева и рога (иногда могли употребляться другие материалы). Классический составной лук – это деревянная сердцевина, к внешней стороне которой приклеены сухожилия, а к внутренней – роговые пластины (обычно из рогов буйвола). При таких же длине и натяжении, составной луки стреляли в полтора раза дальше деревянных луков. Они состояли на вооружении в Египте, Персии, Греции, Риме и во всей Азии. В период средневековья в Европе композитные луки оставались у византийцев и русских. Самый короткий составной лук применялся ещё скифами – всего 90 сантиметров. Он и стрелял недалеко. Срок службы составного лука исчислялся десятилетиями. Перевозились составные луки в боеготовом состоянии, но, при длительном хранении, тетива снималась.



В составном луке разумно используются свойства материалов, из которых он изготовлен. Сухожилия на спинке лука испытывают растягивающее напряжение. Роговые пластины, имеющие максимальный предел прочности около 13 кг/мм2 (примерно вдвое больше, чем твердая древесина), предназначены для работы на сжатие. Роговые пластины также имеют высокий коэффициент упругого восстановления или способность приобретать первоначальную форму после снятия нагрузки. Благодаря гибкости этих материалов короткие, легкие, упругие плечи лука способны накапливать при натяжении большое количество энергии. Кроме того, гибкие плечи составного лука дают возможность значительно увеличить длину натяжения тетивы, не увеличивая общую длину оружия. Сочетание большой длины натяжения и коротких плеч позволяет выстреливать стрелу из составного лука с большей скоростью и на большую дальность, чем из деревянного простого лука с такой же силой натяжения. Испытания Эдварда Макьюэна, Роберта Л. Миллера и Кристофера Бергмана показали, что точная копия составного лука с силой натяжения 27 кг должна выпускать аналогичную стрелу с такой же скоростью, как и копия средневекового тисового длинного лука с силой натяжения 36 кг (около 50 м/с).

Средневековые мастера достигли большого искусства в изготовлении составных луков. На рисунке ниже показан составной лук XI в., изготовленный в Индии и предназначенный для охоты и соревнований в стрельбе на дальность полета стрелы. Лук сделан из дерева, сухожилий и роговых пластин и покрыт тонким слоем искусно раскрашенной коры. Такое сочетание материалов делает оружие более мощным, чем средневековый длинный лук, а красота этого оружия поразительна.


Итак, плечи с выгнутыми вперед концами, сделанные из различных материалов, обеспечивали большую длину натяжения при относительно небольших размерах лука. Составной лук можно было изогнуть сильнее и он сообщал стреле большую энергию. За счёт этого можно было уменьшить габариты лука и, наконец, вооружить им всадников. Считается, что сила натяжения средневекового лука была, большей частью, больше 30 килограмм. По всей видимости луки изготавливались настолько мощными, насколько стрелок способен был их натянуть. Предельным значением для подготовленного стрелка можно считать цифру в 45 килограмм. Более мощные луки, по всей видимости, никогда не использовались массово в боевых условиях.

До нас дошло множество конструкций средневековых простых и составных луков.
Основные типы луков представлены средневековым тисовым длинным луком (a), усиленным сухожилиями индейским луком племени тетон лакота (b) и четырьмя видами составных луков: западноазиатским угловым луком (c), скифским луком (d), турецким луком XVII в. (e) и луком крымских татар XVII в. (f).


Главное достоинство составного лука, – большое отношение длины натяжения к длине лука. Следовательно, сравнительно короткий 127-сантиметровый лук можно было натянуть значительно больше, чем можно предположить, учитывая его длину. Иногда основание трехлопастного наконечника делали узким, для того чтобы вставлять его в отверстие на конце древка стрелы. Основание такого наконечника, использовавшегося в Средние века, обычно делали коническим с наибольшей толщиной в центральной его части. Скифский лук, как и составной угловой лук, по-видимому, был абсолютно гибкий. Его плечи не обладали той конструктивной жесткостью, которая была достигнута в более поздних составных луках благодаря установке в области рукояти и в местах крепления тетивы костяных или роговых пластин.

Совершенствование оружия часто происходит одновременно со стремлением обеспечить более надежную защиту от него. В III в. до н. э. восточные соседи скифов – сарматы – изобрели новые способы ведения боевых действий. Они одели всадников и коней в доспехи и обучили воинов сражаться в сомкнутом строю. Наличие прочных доспехов сделало необходимым создание лука, способного выстреливать стрелу с тяжелым железным наконечником с большими скоростью и ударной силой.


Кочевые народы Центральной Азии – гунны и авары – создали оружие, способное пробивать доспехи. Они сделали жесткими места крепления тетивы и выгнули их вперед под острым углом. В результате на конце каждого плеча образовался "составной рычаг". Такие "рычаги" позволяли лучнику сгибать более жесткое плечо лука с меньшим усилием. За счет отклонения конца лука относительно спинки возникает такой эффект, будто бы к концу каждого плеча прикреплено колесо большого диаметра.

Когда стрелок натягивает лук, тетива "сматывается" с раскручивающегося "колеса" и длина ее увеличивается. При отпускании тетивы концы перемещаются вперед, укорачивая тетиву, что придает стреле большее ускорение. Аналогичный принцип используется и в современном спортивном луке, в котором имеется система блоков, предназначенная для достижения подобного, но более значительного эффекта. Вспомните «колеса» натягивающего устройства блочного лука в начале статьи.

Источник: engineerd.narod.ru





Tags: история, лук, метательное оружие, холодное оружие
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

  • 1 comment