Составление технического паспорта испытаний лука. Методичка.

[Curuval]

Итак, в начале появилась база  ТТХ http://www.bowmania.ru/forum/index.php?topic=6093.0
Затем я попытался изложить свое видение качественных характеристик лука, зачем они нужны и с чем их едят http://www.bowmania.ru/forum/index.php?topic=6442.0
Теперь думаю настало время подробно расписать, как-же получить эту информацию для какого-то конкретного лука.


  Примером будет служить "исторический" вариант "стрельца" - с декоративной отделкой кожей. Он по-факту будет чуть медленнее, чем "спортивный" вариант, но зато натуральная кожа на спине и "деревянный" живот под прозрачным стеклом: и на исторический фестиваль можно ехать  - из контекста выбиваться не будет; и спину можно украсить узором/рисунком - широкий простор для индивидуализации лука.

  Стекло импортное 0,8мм, сила 44# - вообщем не максимальный по скорости расклад, рабочая надежная лошадка.


[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]         [ Гостям не разрешен просмотр вложений ]


[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]         [ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[Curuval]

Итак, выкладывать буду хронологически - по дням, что когда сделал.
Помимо замеров надо еще работать, поэтому процесс немного затянется, но тут уж как получится...

В первый день занялся проверкой - подготовкой стрел. Очень важно - подобрать комплект точно взвешенных стрел, охватывающий необходимый диапазон относительного веса (8-12 гран/фунт силы лука).  Весы у меня взвешивают в метрической системе, зато до сотой доли грамма. Ну а перевести в граны на калькуляторе - не проблема.

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]


[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

19.65 грамм делим на 0,0648 - получаем 303 грана.

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Следущая стрела сразу 390 гран, ну так уж получилось...

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[Curuval]

Ну и остальные стрелы

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Тестовые стрелы промеряны и промаркированы. Вес написан с учетом бумажек с подписями стрел и скотча, который их сверху закрывает - и тут без небольшого шаманства не обошлось )

Между прочим намотав сверху скотч легко можно прибавить 5-10-20 гран к стреле. Если хочется получить комплект с максимально равномерным шагом, то можно этим фактом воспользоваться.

[Curuval]

Итак, день второй. Практическая часть.  Произведение тестов и снятия замеров.  

Самое главное - станина (желательно с системой натяжения и фиксации), в которую будет закрепляться тестируемый лук и с которой будут производиться все замеры.
У меня вот такая простенькая, сделанная на скорую руку, но вполне достаточная для наших целей

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Упор у рукояти лука прямой, поэтому мудрых фигурных подкладок не нужно

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Замеры производим по стандартам АМО (собственно расписывать не буду, уже неоднократно разжевано, как правильно мерить длину растяжки), от точки упора в рукоять до отметки 28" должно быть 667 мм.

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Лук фиксируется в станине, например струбцинами

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Ну и ставим на треногу хронограф, у меня прохроно диджитал, тренога от фотоаппарата, с ней удобно можно отрегулировать положение хронографа относительно станины, чтобы стрела пролетала максимально близко к центру области рамок

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[Curuval]

С освещением хронографа вообще отдельная тема - эта зараза крайне требовательна к свету вообще и подсветке в частности... методом околонаучного тыка для себя я пришел к такой организации освещения - самодельная подсветка из  светодиодной ленты (4 ватта/метр ЕМНИП), прикрученная к родным белым пластинам-рассеивателям с обратной стороны и запитанная от свинцового аккума.

Хорошей подсветке - большая батарейка  

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Далее прилаживаем к луку стрелу и начинаем двигать все элементы системы, пока не получим примерно такую конструкцию. Стрела при вылете должна проходить максимально близко к середине рабочей области хронографа, как я писал выше.

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Подматываем седло, чтобы хвостовики тестовых стрел садились достаточно плотно на тетиву (можно обычным скотчем) и подготавливаем релиз, непосредственно для совершения выстрела. Релиз желательно понадежней, я использовал ФлетчХантер от Джима  Флетчера - очень доволен.

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Обязательно замеряем базу - при разных базах ощутимо меняются кривая натяжения и скорость вылета стрелы

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

И наконец готовим протокол испытаний, я делаю таким образом - слева в столбец данные по силе на конкретной растяжке для составления графика, справа - замеры скорости для ранее взвешенных и подписанных стрел

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[Curuval]

Ну что-ж, начинаем непосредственно сами замеры, сперва данные для построения кривой натяжения. Собственно тут все просто - цепляем динамометром тетиву к лебедке, тянем до нужной цифры, записываем, раскручиваем назад, обнуляем динамометр, крутим до следующей отметки... и так пока не заполним все строки в нашем протоколе испытаний. Если делать это с помощником и использовать динамометр без фиксации, то скорость получения данных будет существенно выше.

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Ну а теперь делаем замеры скорости - меняем динамометр на релиз, устанавливаем стрелу в седло, раскручиваем до отметки в 28", краем глаза проверяем направление вылета стрелы, чтобы не пристрелить ненароком чего нужного и совершаем выстрел. Непосредственно перед проведением замеров лучше всего сделать серию пробных выстрелов, во-первых проверить чтобы стрела проходила именно там и именно так, как нам нужно, ну и посмотреть, не тянется-ли тетива.

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[Curuval]

Чем больше выстрелов проводится каждой стрелой, тем более детальной получается выборка и тем выше точность измерений. Я сделал замеры не только на 28", но так-же на 26" и 30", на 28" будет основной график, поэтому я делал в среднем 6 замеров на стрелу, на уменьшенной и увеличенной растяжках - 2-3 замера.

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

иногда цифры результатов повторялись, что не могло не радовать

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

в итоге, где-то через два часа у меня были все нужные данные для дальнейшей обработки

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Во время измерений потери составили одну сломанную стрелу и севшую батарейку в хронографе  .

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[Curuval]

Дальше идет часть теоретически-рассчетная.
В начале самое простое - составляем кривую натяжения, считаем запасаемую энергию и коэффициент запасаемой энергии. Делается это в программе drawcurv, не забываем про единицы измерения. Я растяжку мерил в дюймах, силу в фунтах, поэтому цифры ввожу сразу те, которые измерил.

Для простоты понимания посчитаем в начале все для растяжки 28"

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

В имперских-же единицах строим график, график лучше сразу сохранить отдельным файлом

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Затем конвертируем данные в метрическую систему

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

И считаем запасаемую энергию и коэфф. запасаемой энергии

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Для 44 фунтового лука на 28" у нас получилось 60,5 Джоулей запасенной энергии при коэффициенте 0,3085 Джоулей/Ньютон - очень хорошие показатели.

[Curuval]

Итак, теперь начинаем самое интересное - то, чего не было в учебниках 

Здесь опишу свою методу обсчета результатов и выложу для удобства файл с формулами и болванкой графика, чтобы все с нуля не забивать.
Собственно дальнейшие действия производим в Экселе, зело удобная для наших целей программа.

В начале делаем вот такую "табличку", силу лука записываем на конечной длине растяжки, в нашем случае это 44,1# для 28"

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Для колонки удельный вес вставляем простейшую формулу

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Проставляем в графу вес стрелы вес наших экспериментальных стрел в гранах и получаем их удельный вес для указанной силы лука

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Далее чуть сложнее - делаем вот такую конструкцию, в первый столбик пишем полученные значения удельного веса стрел с добавлением "узловых точек". Для Рассчета кинетической энергии используем формулу Е=m*v*v/2.  Поскольку замеры у нас в имперских единицах, а энергия в джоулях, переводим граны в граммы умножив на 0.0648, а футы/сек в метры/сек - умножив на 0.305. Ну и делим на 2000, а не на 2, потому как граммы надо перевести в килограммы...

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

КПД считаем поделив кинетическую энергию на потенциальную.

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]



P.S.  Млин, что-то 5 картинок и абзац текста, а ушел считай целый вечер... Ну да ладно, медленно но верно.

[Curuval]

Теперь начинается самый "скользкий" момент - необходимо проставить скорости для стрельбы тестовыми стрелами. Почему скользкий, потому что в результате замеров мы получили некоторый разброс данных, и истинные значения находятся где-то рядом с полученными цифрами, но всегда есть вероятность уйти в сторону на несколько фпс. Причем если например для более легкой стрелы показания завысятся, а для более тяжелой - занизятся, то мы можем получить в результате расчетов для более легкой стрелы КПД выше, чем для более тяжелой, что противоречит законам физики (Такие показания зачастую можно получить при замере луков с небольшим разбросом КПД при изменении удельного веса стрелы). Поэтому КПД для нас будет являться чем-то вроде "контрольной суммы", по которой мы будем корректировать показания сокрости.

Я при выборе единичного результата из серии выстрелов буду руководствоваться следующим принципом - отбрасываю значения, отходящие от основного диапазона, оставляя результаты в диапазоне 3 фпс (т.е. для серии 214, 215, 214, 218, 215, 216 я оставлю значения 214, 215, 214, 215, 216) и затем найду среднеарифметическое оставленных значений (214,8). И точно так-же для остальных стрел.

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Далее выбираем вставка - диаграмма - точечная диаграмма с гладкими кривыми и маркерами

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Собственно вставляется поле диаграммы. Кликаем по нему правой кнопкой и активируем пункт "выбрать данные"

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Затем в окошке "'элементы легенды" жмем "добавить"

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

В имени ряда пишем название лука и жмем на кнопку "выбрать диапазон" для значений Х

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[Curuval]

У нас должна появиться строка значений. Зажимаем на клавиатуре контрол и левой кнопкой мыши по очереди выбираем значения удельного веса тестовых стрел сверху вниз

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

для оси Y аналогичным образом выбираем соответсвующие среднеарифметические значения скорости

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Жмем два раза Ок и получаем вот такой график

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Чтобы с этим графиком было удобно работать, необходимо немного подкорректировать формат осей. Для этого выбираем мышкой в начале ось абсцисс, чтобы она выделилась серым прямоугольником, кликаем правой кнопкой мыши и выбираем пункт "формат оси"

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

введем фиксированные минимальные и максимальное значение 6 и 13

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[Curuval]

В итоге, немного растянув, получаем уже вполне удобную для работы картинку

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Как мы видим, график получился кривой, это нормально, среднестатистические значения скорости почти наверняка хоть немного, но отличаются от истинных, причем для разных стрел вполне возможно что в разную сторону. Теперь нужно привести график в божеский вид, отталкиваться будем от экспериментальных значений и проверять по КПД.

Сразу в глаза бросается пик для 500-грановой стрелы. По КПД это значение тоже слишком высоко, сильно сдвинуто в сторону 560-грановой стрелы. Убираем значение для этой точки до минимального, полученного при замерах - 178 фпс

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

В рамках полученных при замерах данных повышаем значения соседние с 500-грановой точкой

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Теперь немного бросается в глаза "провисающее" начало графика. По КПД так-же достаточно большой отрыв от последующих значений Поднимаем до 216.

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[Curuval]

Так... почти хорошо... но значение для 500-грановой стрелы все-таки я уменьшу еще на 0.5 фпс... во ) теперь то что надо.

Будем считать, что это график, максимально близкий к реальному.

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Теперь необходимо найти узловые точки. Искать их будем, отталкиваясь от нашей вымученной диаграммы, "вписывая" в нее соответствующие значения.

Для этого вначале добавим в область диаграммы пока еще пустые "узловые" точки. Правой кнопкой на диаграмму, выбрать данные, выбираем "стрелец-историк" и жмем "изменить".

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Теперь выбираем не отдельные значения, а обводим всю колонку целиком

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

То-же самое делаем для второй оси и получаем вот такую картинку

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Теперь руками вводим значения в пустующие клетки для узловых точек, таким образом, чтобы они "вписались" в график, контролируем результат по КПД - его изменение должно быть пропорционально изменению удельного веса стрелы

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

[Curuval]

собственно заполняем все остальные ячейки, данные получаются весьма точными, даже просто чтобы соблюсти правильную форму графика, нужно выставить значения с точностью до десятых долей фпс. Ну и всегда остается КПД, как контрольный параметр. В итоге должна получиться подобная картинка

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Теперь, когда мы интерполировали значения для узловых точек (7,8,9,10,11,12 и 13 гран/фунт) экспериментальные данные для стрел конкретного веса нам уже не нужны.
Делаем отдельную табличку, в которую вносим только узловые значения и строим по ним график. Теперь по нему можно рассчитать скорость для стрелы любого веса для лука конкретной силы.

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Ну и текстовая версия с КПД:

Скорость/КПД
 7 грн/фунт  214,2 фпс  70,5%
 8 грн/фунт  203 фпс  72,4%
 9 грн/фунт  193,7 фпс  74,2%
10 грн/фунт 186 фпс  76%
11 грн/фунт  179,5 фпс  77,8%
12 грн/фунт  174 фпс  79,8%
13 грн/фунт  169,8 фпс  82,3%



Итак, мы обработали данные для растяжки 28"... У нас еще остались замеры для 26" и 30" - так-же будет весьма интересно обработать их и сравнить результаты с 28".

Но это чуть позже. На выходные я уезжаю, так что продолжу в начале следующей недели...

[Curuval]

Итак, что-то подзатянул, но все никак не было времени. Совершенно неожиданно вечер воскресенья оказался свободным и я его пустил на завершение методички.

Итак, нам осталось проделать для замеров на 26" и 30" те-же операции что и в постах с 7 по 13. Не буду утомлять подробностями, все вычисления делаются так-же, как и для 28". Если не делать скриншоты, выходит несколько оперативнее, но все равно не быстро (

Для 26" получаем такой график

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

50,99 Дж запасенной энергии и Коэффициент запасаемой энергии 0,2844 Дж/Н

Для 30" наконец-то видно начало зоны стека

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

71,017 Дж запасенной энергии и Коэффициент запасаемой энергии 0,3258 Дж/Н

Если сравнить данные для 26", 28" и 30", то видим такой расклад

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Графически изменение скорости стрелы при изменении длины растяжки выглядит примерно так

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Изменение растяжки в пару дюймов дает разницу в скорости примерно такую-же, как смена материала тетивы с дакрона на быструю нитку. Совсем другой лук получается )



И кстати, дополнительная контролька - зависимость КПД от удельного веса стрелы. Как я уже говорил, по этому параметру мы корректируем скорость стрелы. До этого мы делали это "на глазок" , но правильнее построить график, на нем визуально контролировать гораздо проще.

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Вообщем графики получились не идеальные, можно конечно здесь "повылавливать блох", но для наших целей вполне достаточно, чтобы линии графиков не были сильно ломанными, небольшие искажения не критичны.


Как мы видим, КПД при изменении растяжки практически не меняется. Небольшие изменения в среднем в районе 1-2% в формате наших измерений не выходят за рамки статистической погрешности, при увеличении растяжки КПД увеличивается, но несущественно, чтобы ощутимо повлиять  на ТТХ лука.

Однако скорость вылета стрелы при стрельбе с растяжек 26" - 30" Меняется на 15-20 ФПС, что очень много (напомню что лук один и тот-же, вес стрелы считается удельный, исходя из абсолютного веса стрелы и силы лука на конкретной растяжке) - если не учитывать удельный вес, а посмотреть результаты замеров скорости одной и той-же стрелой с 26" и 30", то разница в скорости будет уже в районе 25-30 ФПС. С чем-же это связано? Ответ прост - все дело в количестве запасаемой энергии, которое можно оценить по качественной характеристике - "коэффициенту запасаемой энергии" (КЗЭ).

Для 26" при силе 40,3# КЗЭ=0.2844 Дж/Н
Для 28" при силе 44,1# КЗЭ=0.3085 Дж/Н - с увеличением растяжки на 2" мы получили прирост 8,5%
Для 30" при силе 49,0# КЗЭ=0.3258 Дж/Н - с увеличением растяжки на 2" мы получили прирост 5,6%

Как мы видим, с увеличением длины растяжки КЗЭ увеличивается, но при приближении к зоне стэка это увеличение снижается. Если мы выйдем далеко в зону стека, то можем даже получить уменьшение КЗЭ, соответственно по этому параметру можно определить оптимальную эффективность лука для конкретной растяжки.

[Curuval]

Итак, всем спасибо за внимание, надеюсь кому-нибудь данная методичка будет полезна и время потрачено не напрасно.

Если вдруг кто-то решит так-же заняться изучением технических характеристик луков и сделать полноценные замеры, составить паспорт испытаний, то для упрощения обработки информации выкладываю экселевский файл со всеми формулами, графиками и т.п. -  имея готовый работающий пример подкорректировать и сделать на его основе свои исследования ИМХО гораздо проще )

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Если будут какие-то вопросы - обращайтесь, чем смогу помогу. Чем лучше люди будут разбираться в технических характеристиках работы лука, тем лучше это будет для развития этих самых ТТХ.

[Curuval]

Наверное сюда выложу... Сравнил сегодня хронографы ProChrono Digital и Sport Radar Sensor. Первый оптический, второй основан на эффекте Доплера. Для Прохроно была сделана светодиодная подсветка, запитанная от постоянного источника тока (свинцовый аккумулятор)

[ Гостям не разрешен просмотр вложений ]

Стрелял из 53# лука разными по массе стрелами одновременно через оба прибора. Показатели скорости выложу через тире - в первом случае цифра, которую выдавал прохроно, во втором - радар на один и тот-же выстрел. Стрельба со станины с релизом на одинаковой растяжке 28" разумеется.

    290гран

246-244
243-244
244-244
 
    390гран

217-216
216-216
218-215

    435гран

201-200
201-201
202-200

    500гран

194-193
194-194
195-194

   580гран

185-183
184-184
184-183


В итоге подтвердились мои наблюдения о том, что:
- Во-первых Прохроно начинает чуть сильнее подвирать показания при высоких скоростях (свыше 200фпс) - разброс может составить до 4 фпс. Радар-же чуть-ли не наоборот лучше замеряет высокие скорости.
- Во-вторых в среднем Прохроно на немного (1-2 фпс) завышает показания относительно радара.

[шмель009]

А местами, приборы менять не пробовал? Может, эти 0,5-0,8 метра(на глаз) имеют какое то значение?

[Улисс]

Паша, радар какого диапазона?
С погрешностью - всё понятно: у Прохроно измеряется длина импульса, чем он короче, тем выше абсолютная ошибка при той же относительной погрешности.
У радара - наоборот, чем выше частота смещения, тем точнее он её меряет, поскольку меряет по амплитуде, а она у  более высокочастотного сигнала выше. Почему - сейчас не скажу, не помню - мне объясняли спецы, когда мы работали сс милицескими радарами.

[Curuval]

шмель009
Радар я поставил по инструкции, он вообще по умолчанию вешается на лук, через экстендер соответсвующий, или вообще на стаб. расстояние между спиной лука и прибором 7" - 14", у меня в районе 14 и получилось, насколько я понял инструкцию так получается максимально точно.

Прохроно вообщем тоже по инструкции, да и вообще на оптимальном расстоянии - не совсем в упор к луку, но и не слишком далеко, чтобы рамки случайно не задеть.

Улисс
У радара по инструкции диапазон измерений 150-450 фпс. По поводу разницы в погрешности - согласен.


Вообщем если нужно мерить больше высокоскоростной карбон, то радар вне конкуренции. Если-же нужно мерить в том числе несильные луки с тяжелыми деревянными стрелами например, то ПроХроно может отвоевать позиции. Кроме того ПроХроно имеет большую вариативности измеряемых объектов (можно например замерить резиновую пулю, или пластиковый шарик. хотя добавляется геморрой с подсветкой...