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【资料教程】箭杆的相关知识,箭杆材质、内径、直度、挠度的讲解

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之前一直在整理美猎与射箭的相关资料,现在打算分批发出来,先供大家讨论补充,后期整理好,预计会出一个合集版。
今天放出来的是箭杆的相关知识,箭杆材质、内径、直度、挠度的讲解。




IP属地:浙江来自Android客户端1楼2022-10-18 18:18回复
    nickace927、热血湘军1、奉陪照构. . . 被楼主禁言,将不能再进行回复
    箭杆
    箭杆是箭的主体部分,其直度、挠度、一致性会直接影响箭的准度。美猎常用的箭杆有多种材质和结构,一般可分为以下几类。
    一、按箭杆材质分类
    1、木质箭杆
    常用木质箭杆(Wood Arrow)材料主要有:雪松木、白木、桦木等。木质箭杆最为传统复古,其直度一般,重量稍有区别,重心大致相同,一致性一般,以上品质略优于普通竹箭,但不如纯碳箭,可用于一般精度的射准。较好的木质箭杆还会加工成前后两端细,中间粗的纺锤形,国内俗称套档子箭,使箭杆外形更符合空气动力学原理,有利于减少飞行阻力,同时减轻箭杆射出时的变形摆动,更有利于射准。木箭杆一般采用外套式箭头,但也有适用于竹木箭杆的转接头,方便更换箭头类型。
    木箭杆也常出现在国外的弓猎圈中,由于木箭多为实心箭杆,相对于中空结构的碳箭,木箭杆在箭囊中相互碰撞的声音较小,有利于提高户外狩猎的隐蔽性。但木箭杆一般不耐冲击,容易折断损耗,同时也需要一定的保存条件,以防弯曲变形。
    下图为木质箭杆




    2、竹质箭杆
    竹质箭杆(Bamboo Arrow)的历史也非常久远,相对于木箭杆而言,竹箭杆也有不同的结构种类,在使用性能上各有优劣。普通竹箭杆的外竹节会经过打磨,但由于内竹节的存在,其直度、重量、重心、挠度等一致性很难保证,因此难以用作射准箭,但竹箭杆韧性强,抗冲击性好,优于木质箭杆和碳箭杆,且竹箭杆为中空结构,比实心木箭杆更轻。
    稍好的竹箭会将内竹节用特制工具打通,俗称通节箭,其重量轻,直度、重心、挠度与抗变形性比普通竹箭略好;高级竹箭则会将竹子劈开制成竹条,每根竹条的竹节错开,处在不同位置,之后用三到五根竹条环拼在一起制成箭杆,称为拼竹箭,国内俗称三不齐箭或五不齐箭。拼竹箭具有较好的直度与挠度,比较一致的重量和重心,不易受潮变形,能作为传统弓的射准箭,可以在有竹木箭要求的比赛中使用,但其一致性与碳箭相比仍有一些差距,且制作工艺复杂,价格比较昂贵(相对于普通纯碳箭而言)。
    下图为竹质箭杆




    下图为拼竹箭箭杆




    3、玻璃纤维箭杆
    简称玻纤箭(Fiberglass Arrow),主要是树脂胶混合玻璃纤维制成,一般为中空结构,通常箭杆较重,全箭重一般在460格令~620格令之间,即30克~40克,甚至40克以上,其直度一般,具有较好的韧性,皮实耐用,价格便宜,但由于材料密度不易保持均匀,箭杆的挠度、重心、重量等关键参数一致性较差,会导致箭的落点在中远距离上比较随机。其次,由于玻纤箭缺乏横向纤维结构,在意外撞击较硬的目标时,箭杆容易裂开,当充分燃烧后,也会留下白色的玻璃纤维丝(玻璃纤维属于不燃材料)。长时间使用或箭杆受损时,玻纤箭会分离出细小的玻璃纤维,如果扎入手中会极难清除,并造成痛痒不适,一般不推荐使用。此外,网络上也有着玻纤箭易爆箭穿手的说法,不过该说法编者较难准确考证(玻纤箭的抗弯脆性实际上比碳箭还要好一些),因此暂不做展开,但在安全考量的前体下,依然不推荐使用玻纤箭杆。
    下图为玻纤箭杆受损后离出的玻璃纤维丝




    网络上的爆箭穿手照,经马赛克处理




    高磅数弓(特别是复合弓)配低质量、低挠度或受损的木箭、竹箭、玻纤箭、混碳箭、碳箭等,都有可能造成爆箭事故,所以应选用质量有保障,且挠度与弓相匹配的箭支,并经常检查箭杆的状态,及时弃用受损箭支
    还有一些箭支穿手照,是由片箭造成的,片箭用的箭支长度远小于拉距,和弩箭长度差不多,箭支由竹筒或其他管件作导向由弓弦推出,如果箭支在导向过程中跑偏,也有可能扎入持弓手。
    玻纤箭杆充分燃烧后,会留下白色的玻璃纤维丝,图片引用自:吧神庵(百度贴吧)

    4、混碳箭杆
    混碳箭杆一般是碳纤维层覆盖玻璃纤维层或两种纤维混制而成,本质上说,混碳箭杆实际上是玻纤箭杆的升级版,杆体依然较重,只是相对纯玻纤箭要轻一些,但仍比纯碳箭要重125格令~150格令(8克~10克)左右),使用安全性上相对玻纤箭有一定程度的提升,但直度、挠度的一致性依然无法与纯碳箭相比。
    混碳箭射中硬物后可能直接断开,玻纤刺手的问题有一定改善,相对纯碳箭而言,价格仍然便宜不少,一般可用作新手入门箭的最低配置,但由于箭杆参数的一致性不高、箭重偏大,低磅数情况下与玻纤箭一样,箭支弹道弯曲度较高,中远距离上难以形成较好的集中度,并不利于入门后期射箭技术的提升。
    下图为撞断的混碳箭,没有明显离出的玻璃纤维丝,图片引用自:夜阑刀(百度贴吧)

    5、纯碳箭杆
    即主材为纯碳纤维的箭杆(Carbon Arrow),于上世纪八十年代出现并使用,纯碳箭杆一般为中空结构,重量轻,全箭重一般在310格令~400格令之间,即20克~26克,其直度、强度好,比强度高,韧性好,耐冲击性好(但射中硬物仍会断裂),挠度、重心、重量误差等关键参数具有较高的一致性,是射准用箭的入门首选。
    碳箭按其生产工艺与碳纤维的排列可分为轴向平行纤维、绕制纤维与卷布纤维等。轴向平行纤维顾名思义,即所有碳纤维沿着箭杆的长度方向平行排列,由于缺少横向纤维约束,轴向碳纤维箭在一些情况下会出现内部裂损或爆箭的风险。绕制纤维在轴向纤维的基础上,增加了螺旋纤维的缠绕,提高了轴向纤维的抗爆性与安全性,但树脂胶的分布难控制,一致性不好保证,容易弯曲变形(实际上碳箭直度在使用一段时间后也会下降)。卷布纤维则有纵横两个方向的纤维排列,纤维结构强度更高,安全性好,不易弯曲变形,耐用性强。卷布箭杆目前主要有1K和3K两种规格,1K、3K是碳纤维的规格分类,是指一条纤维束中单根碳纤维丝的数量,1K代表一条纤维束中包含1000根碳纤维丝,3K代表包含3000根碳纤维丝,因此3K碳箭通常会比较重,但1K碳箭的生产工艺实际上比3K复杂,价格也不会便宜。
    下图为纯碳卷布箭杆

    碳纤维也属于难燃材料,普通火焰无法点燃碳纤维,燃烧后的纯碳箭杆,可以看见黑色分层的碳纤维,图片引用自:五香花圈(知乎)



    IP属地:浙江本楼含有高级字体2楼2022-10-18 18:26
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      6、铝质箭杆
      作为现代材质箭杆,铝箭(Aluminium Arrow)的出现与使用,比碳箭早很多,上世纪三十年代就有厂商开始生产铝箭杆,并在六七十年代应用于奥运会射箭比赛中。铝箭一般以挤压拉制配合热处理工艺制作成型,材料密度均匀性较碳箭更好,所以好的铝箭在直度、挠度、重心、重量差等方面不逊于甚至优于碳箭,且完全不存在爆箭风险,射手使用安全性极高。铝箭一般较重,全箭重一般在460格令~620格令之间,即30克~40克,不易折断,适用于比赛或狩猎,但在射中较硬目标或在难拔箭的情况下,容易导致箭杆弯曲,虽然可以通过直箭器重新校直,但难以恢复到之前的直度,同时,长时间使用的铝箭可能比碳箭直度下降更多,且铝箭在碰撞后可能出现凹陷。
      好的铝箭会采用7075或7178铝合金,经拉制与热处理后,屈服强度高,内应力均匀,相对不易弯曲,耐用性好,但价格昂贵。国内6XXX或700X系铝合金屈服强度较低,制箭工艺简化,通过一次性挤拉成型,抗弯性与一致性较低,直度也会在内应力不均的情况下降低。
      下图为铝制箭杆




      简易直箭器校正铝箭杆

      7、碳铝箭杆
      碳铝箭属于高级箭杆,由碳纤维、铝合金复合制成,其生产工艺复杂,价格非常昂贵,且碳铝箭杆重量较大,一般不推荐新手与低磅数弓使用。但碳铝箭杆的一致性相当高,综合使用性能优秀,可以说结合了碳铝两种材质的特点。
      由于铝杆通常生产精度较高,碳纤维比强度更大,因此一般是以铝杆为引导,在其内(外)表面胶合上碳纤维(主要是纵向),使箭杆拥有高直度的同时,解决了小直径铝箭不抗弯的强度问题。
      从材料复合结构上说,碳铝箭可分为碳包铝(碳壳铝芯)和铝包碳(铝壳碳芯)两大类,碳包铝最有名的是伊斯顿(EASTON)X10箭(X10Shafts),被广泛运用于射准竞赛中,X10箭呈中间粗两头细的纺锤形,更符合空气动力学,且箭杆一致性极高,直线度达±0.0015英寸,单打箭的重量误差能控制在±0.5格令。而铝包碳一般被称为FMJ箭(Full Metal Jacket),即全金属被甲箭,也常用于专业竞赛或户外狩猎中。此外,还有其他材质复合的箭支,这里不再赘述。
      下图为伊斯顿(Easton)X10箭




      下图为伊斯顿(Easton)FMJ箭





      IP属地:浙江本楼含有高级字体3楼2022-10-18 18:34
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        二、箭杆主要规格参数及测量
        1、箭杆的内径、外径及选用影响
        除竹木实心箭杆外,大多数箭杆基本都是中空结构,可直接安插箭头、箭头座及箭尾。目前,箭杆内径一般有以下几种标准规格。
        下表为箭杆常用内径规格


        φ3.2、φ4.2毫米内径的细箭一般用作户外射准箭,其管壁较厚,内径φ4.2毫米(外径以φ6毫米计算)箭杆横截面面积实际上比内径φ6.2毫米(外径以φ7.2毫米计算)箭杆更大,所以箭杆重量一般更大;其次,细箭抗风偏性能较好,飞行阻力小(一般细箭的箭羽尺寸配的也会比较小),更适合户外远距离射准,且上靶后拔箭更省力,不过细箭内径空间有限,多采用内插式箭头,不易对箭头进行更换,且细箭对撒放动作要求较高,容错性一般。
        φ6.2毫米内径的箭杆可以算粗箭,是美猎、传统弓、复合弓的常用箭,更适合室内环境射准,可配箭头座,方便更换箭头。选用粗箭在比赛中有更大机会压线,获得高环分(正规比赛射中环线时,一般按高环数计分,如射中8环与9环之间的环线,按9环计分)。
        至于箭的外径,在相同规格内径时,箭杆挠度越小(箭越硬),箭的外径越大,因为越硬的箭,壁厚会越大。不过国际箭联对比赛用箭的最大外径是有限制的,室内赛用箭的最大允许外径为9.3毫米。
        下图为压线示意图,射中8环与9环之间的环线,按9环计分

        细箭、粗箭外观对比,图片引用自:江南核桃王(百度贴吧)

        2、箭杆的直度与测量及其影响
        直度是指箭杆相对于绝对直线而言有多少弯曲度,通俗的讲就是箭杆有多直。虽然现代工艺已达到了相当高的加工精度,但依然无法加工出绝对零误差的批量产品,所以箭杆实际上仍是有一定弯曲度的。
        箭杆的直度一般采用直度仪进行测量(有条件的爱好者也可自制直度仪),直度仪会设置两个相距28英寸(71.12厘米)的支点,每个支点可配上一对滚轮或轴承,可以使箭杆放上支点后自由滚动,之后用处在支点中间的千分表轻触箭杆,缓慢将箭杆旋转,并记录千分表的最大变动值,即箭杆直度。千分表指针或读数的变动在0.006英寸以内(0.152毫米),即千分之六直度(千六直度),变动在0.003英寸以内(0.076毫米),即千分之三直度(千三直度),变动在0.001英寸以内(0.025毫米),即千分之一直度(千一直度)。由此可见,箭杆直度的测量实际上更接近机械加工中同轴度的测量,但也算是一种实用的直度测量方法。
        多数箭杆实际上很难达到千一直度,接近千一直度的箭常用于专业竞赛中,对于专业运动员而言,箭杆直度上的差异在70米射程上可能会对射准有较明显的影响。但对于普通爱好者而言,千六以内的直度变化是很难察觉到的,其误差与发丝直径差不多,因此,常规30米内的射准练习,完全可以选用千六、千三直度的箭杆,在这个距离上,以普通爱好者的技术水平,箭杆直度的差别几乎不会出现明显影响。但不同直度的箭杆在价格上却有很大差别,国内千六、千三直度的箭杆每打通常在几百元,真正接近千一直度的箭杆一打可能会近千元。
        其次,不管什么材质的箭杆,在使用一段时间后,直度都会有所下降,只是程度可能有所区别,一般纯碳箭及碳铝箭的直度下降不会很明显。
        下图为箭杆的直度测量

        3、箭杆的挠度与测量
        挠度(Spine)实际上是结构力学上的一个变形量概念,它的定义是:当杆件中部受力弯曲时,其截面形心沿受力方向最大的线位移量。简单的说,就是杆件受力时的最大弯曲量,是其软硬程度的直观表现。
        对于箭而言,撒放后箭杆实际上是受力弯曲的,这里的原理与影响详见箭支动态挠度的形变过程分析(https://tieba.baidu.com/p/8089824445)。箭杆的挠度也分静态挠度和动态挠度,静态挠度是指箭杆在静止状态下,箭杆中部受静力影响产生弯曲的变形量。动态挠度是指箭杆在弓上射出时,因受弓弦、弓把作用力的影响,产生的弯曲变形量。
        慢镜头下撒放瞬间的箭杆弯曲状态,图片引用自:rabbit_呆呆的兔子(B站)

        静态挠度一般使用挠度仪进行测量(一些直度仪也可以测量挠度,有条件的爱好者可自制挠度仪),按照AMO(射箭生产商协会)标准,挠度测量应设置两个相距26英寸(66.04厘米)的支点【或相距28英寸(71.12厘米)的支点,以ASTM标准(American Society for Testing andMaterials 美国检测与材料协会)】,之后将箭杆放在两支点上,并在箭杆正中施加一个2.1磅(0.95千克)的压力【或1.94磅(0.88千克)压力,ASTM标准】,箭杆中部最大下沉量为0.5英寸(12.7毫米),即500挠度,最大下沉量为0.6英寸(15.2毫米),即600挠度,以此类推。一般挠度数值越高,说明箭杆抗弯能力越低,也就是越软;挠度数值越低,说明箭杆抗弯能力越高,也就是越硬。需要注意的一点是箭杆的静态挠度是其本身属性,不会随箭杆长度的改变而改变。
        箭杆的动态挠度一般需要在确定箭长、确定重量的箭头与箭尾情况下,与弓的磅数相匹配,否则箭会出现左右落点偏差。动态挠度一般难以直接测量,主要是观察箭支的离弦姿态、未粘箭羽的光杆箭入靶姿态,或者光杆箭与有羽箭的落点偏差对比,来判断箭杆的动态挠度是否适合。相关方法详见《伊斯顿的箭调谐和维护指南》https://tieba.baidu.com/p/8017039605
        下图为箭杆的挠度测量原理

        压表式挠度测量




        压杆式挠度测量




        4、箭杆的同质性与测量
        (参考B站:弘毅说弓,相关视频教程,贴吧原帖:https://tieba.baidu.com/p/6034060055?pid=124074191963&cid=124085115907#124085115907
        所谓同质性是指箭杆在横截面不同方向上的挠度差别,主要是箭杆材质的密度不均导致的,一般会在国产常规价位的箭杆上有所体现,高端竞技箭的同质性差别几乎可以忽略不计。
        同质性属于精细调箭范畴,一般比较难注意到,如果能使一批相同挠度箭杆较软的一侧朝着同一方向(比如与弓弦平行),那么将使这批箭的动态挠度将获得一个较高的一致性。
        同质性可采用以下简易测量方法,将箭杆两端与中部分别套上轴承,箭杆中部的轴承外圈附挂适当的重物,之后捏住箭杆转动一定角度,松手后如果箭杆反转回去,说明该箭杆存在密度不均,此时重物施力的方向即箭杆最软的方向,可在箭杆上标画方向记号,以方便调整主副箭羽的粘贴分布。如果箭杆在各个方向上都能够保持稳定状态,不发生回转,那么就说明该箭杆在各个方向上的密度均匀性很高,几乎没有同质性差别。
        下图为箭杆同质性的简易测量方法


        IP属地:浙江本楼含有高级字体5楼2022-10-18 18:45
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          好了,以上就是今天发布的资料内容,大家如果还有补充或修正,可以跟帖回复,在此先感谢诸位~
          然后有转载的话麻烦说明下出处即可。
          后面还会继续更新其他的技术资料,希望能对新人有所帮助~


          IP属地:浙江6楼2022-10-18 18:46
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            好帖 顶一下


            IP属地:伊拉克来自Android客户端7楼2022-10-18 19:24
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              如果是图便宜的话,真的不建议买竹木箭,上回买了半打最便宜的那种,结果一称重量,从29-35克不等,气死我了


              IP属地:北京8楼2022-10-18 20:36
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                同等直度下的碳包铝和纯碳有什么区别吗?以及高级别的比赛一般用的是哪种?


                IP属地:广东来自Android客户端9楼2022-10-20 13:18
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                  楼主,那卷杆箭的强度怎么样呢?


                  IP属地:浙江来自iPhone客户端12楼2023-01-14 14:19
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                    楼主,美猎使用比较短比较硬的箭,通过调节箭头的重量调节箭的动态绕度的数据帖,有没有呀?


                    IP属地:湖北来自Android客户端13楼2023-01-24 19:42
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                      好贴,能不能总结下其他精品帖子链接,一站式学习


                      IP属地:山东来自Android客户端14楼2023-08-14 18:05
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