2018.1.4 套档子箭的科学

背景：清代弓箭出现历史大背景是早期满洲女真与明朝辽东军队连年战争，火器与重甲盛行。火器的射程已经超越了弓弩，使用弓弩的远程打击需求不是很大了，但是射重箭的清弓很好的补充了近距离火力。清代战箭目前我知道的最粗外径达到14毫米，几乎快成了标枪，因此好多人戏称清弓为标枪投掷器一点不为过。

科学性分析：众所周知清弓有低箭速的特点，因此加大箭重来提高能量的转化效率，提高箭的动能来增大杀伤力。为了适应箭速慢还有自重大的特点，箭矢的设计上就做了特别处理。

首先先说一下箭杆，套档子箭杆外形是梭形（如图所示）。在这之前要先介绍一些概念：
1.箭在飞行中所受到的阻力类型有：摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力。其中主要部分为压差阻力；
2.压差阻力的影响因素：压差阻力同物体的迎风面积、形状和在气流中的位置都有很大的关系；
3迎风面积：用刀把一个物体从当中剖开，正对着迎风吹来的气流的那块面积就叫做“迎风面积”。如果这块面积是从物体最粗的地方剖开的，这就是最大迎风面积。形状相同的物体的最大迎风面积愈加大，压差阻力也就愈加大；
4.驻点：气流撞击在机翼前表正前方纵轴线上的那一点时分成两股，先转过一个90度，再沿着机翼向后流去，这点的气流速度为零，此点叫驻点；
5.静压：全压等于静压加动压，全压在一定条件下是不变的，动压与速度的平方成正比。

一、箭杆的梭形结构可以克服压差阻力，下面介绍一下原因：
其他条件不变，压差阻力的大小与最大迎风面积成正比，这对于外径超大的清代重箭是相当尴尬的，于是必须要在影响压差阻力的另一个因素上下手，那就是外形。（如下图所示）一个箭杆圆面，气流撞击前表面形成驻点，速度为0，因此动压为0，静压等于全压。造成驻点的静压值最大，虽然驻点周围的速度不为零，但是越靠近驻点速度越小，动能越小，静压力越大。因此在圆面前部形成高压区。（如下图所示）再说一下流到圆面后的气流，由于形状形成湍流区，造成压力减小，形成低压区。

最终圆柱体前后形成压差，构成向后的阻力（如图）。

（如图）解决这一问题的分两步，圆面前部使用一个圆润的椎体，掩盖掉高压区，并且随着流管面积减小，流速增大，减小了压力。后部使用一个更加细长的圆锥掩盖掉湍流低压区，虽然如此，但是由于空气的粘滞性还会在箭杆表面分离形成湍流，但是相比于原来已经减少了许多。综上减小了压差值，减小了压差阻力。使用类似处理办法的有迫击炮炮弹和标枪（如图）

解决了压差阻力就剩下摩擦阻力和干扰阻力，解决摩擦阻力就要尽量让箭杆表面光滑，减少干扰阻力就要完美处理羽毛梗，连接处尽量贴合。顺便我再说一下对于好多弓友来说神乎其神的碾压工艺，就我的理解碾压这个词其实不是很精准，应该叫大力的撸，目的有两个：一是为了使箭杆表面圆润光滑（古代没有车床，是用刨子和槽子刮出来的梭形（如下图所示），难免有棱角）；二是为了校直箭杆，这也是为什么箭杆在没刮梭形之前要碾压（强力撸）一遍。套档子杆的另一个优点我在下面一个方面说。

二、套档子箭长大羽毛的原因
箭羽的作用：箭的羽毛作用和飞机机尾的作用一致，就是要箭的纵轴与箭的速度一致。当有侧风扰动的时候，箭体扰动就使箭的纵轴偏离箭的速度方向，阻力大不说，也很难射到目标。这个说到修正效果就不得不说力距了，这就是为啥好多大佬一直在说重心的事，箭体所受力矩的大小主要和中心位置、受力点的位置、还有受力大小有关。重心的位置越靠前，受力点的位置越靠后，受力越大，力矩就越大，修正效果就越好。

套档子使用内插箭头，箭头也比较大，再加上对杆子的外形，前粗后细，使得重心位置很靠前。羽毛位置很靠后，箭羽毛后宽前细就使得受力点位置靠后。套档子的羽毛相当硕大，可以说是我见过最大的，增加了受力面积从而增大了受力。套档子这么多增大力矩的措施是为什么呢，因为清弓箭速慢，使得在箭羽面上的受力就小，力矩就小，修正效果就差。

总结：介绍完之后肯定有人会想套档子箭各种强大为什么现代反曲竞技和复合为什么不用套档子，因为现代竞技和复合弓箭速够快，现代材料的箭矢强度足够强，配挠度也不用增加直径来实现，预期费劲地在外形上下功夫，还不如直截了当的减少迎风面积，也就是箭杆直径。其实现在弓圈里使用30-40磅的层压弓，箭速很快，木箭多使用8毫米到1厘米直径的，而且是近距离射靶，真的有必要弄出一前粗后细的形状来吗，我觉得完全是卖的一种情怀，而且强度也会比没处理的要差，为了这种情怀花那么多钱买一支低强度靶箭我觉得是没必要的。如果为了减小箭体气流分离而减小压差阻力，倒不如直接做成锥形箭，减小流管面积增速延迟附面层分离，这是北美木箭的常见措施，但是我觉得作用对于射近距离靶子的箭，使用寿命上锥形箭肯定是不如常规箭的，如果价格再高太多，那性价比就太低了。所以我觉得如果你不是清弓战弓党或者买了摆放，再或者为了情怀，不推荐买套档子箭或锥形箭。（商家们千万别撕我）

以上分析都属于理论上的分析，没有做数据上的论证，欢迎各位大佬用各种对照试验论证，尤其是清弓战弓党们还有射准党们给出各自使用套档子与正常木杆之间的数据差异。

此贴完。