Více o monolitických sklolaminátových lucích

Sklolaminátovými luky vyrobenými z pultruzních pásovin se zabývám přibližně 10let. Dovolte mi proto, abych na základě svých zkušeností a poznatků rozdělil konstrukce takových luků do následujících 5ti generačních kategorií:

1.Generace:        

Luk přímý, po napnutí přirozeně ve tvaru D, který vznikal pouhým osazením pultruzní tyče nějakou tětivou a jako madlo posloužila dřevěná dutá kulatina. Jsou to ty klasické luky z ohradníků, které si vyráběli naši otcové. Tyčky měly průměr 8 nebo 10mm, případně je jako rameno použita pásovina například 6*20mm

2.Generace:

Luk již mívá ramena reflexně uložená, ramena jsou rovná směrovaná do reflexu přes tvarovaný střed a bývají zakončena siyahy pro zvýšení zvratnosti luku. Tyto luky mají pak vyšší efektivitu ukládání energie a tvarem své řídící křivky v podstatě kopírují dobové originály asijských luků nebo jiných historických předchůdců. Mohou mít tzv. probrusy, tedy jednoduchý tiller ramen, který vylepšuje fyzikální efektivitu. Vypadají jako Mongolské, Čínské, Maďarské, Turecké, Hunské, vyjímkou ale není ani provedení jako takedown nebo jednoduchý indiánský luk…Luky se siyahy, zejména s delšími, mívají příjemný, jakoby nekonečný nátah. Tyto luky mají vysoký energysorage factor, ale k využití uložené energie potřebují poněkud těžší šípy. Řekněme, že takový luk o síle 30lb má rád šípy o hmotnosti alespoň 25g a tento poměr mezi hmotností šípu a silou luku je vhodné zachovávat dalších silových variant.. Snižováním hmotnosti šípu sice zvýšíte rychlost výstřelu, ale zvyšujete i emisi nevyužité energie, která se projevuje jako jakési kopnutí v držení luku. Optimalizace takové konstrukce spočívá především v hledání vhodného poměru mezi délkou aktivních částí ramen a siyahů, úhlu siyahů a úhlu ramen pro danou délku celého luku. Efektivitu v dynamické části výstřelu zvyšujeme především odlehčováním siyahů.

Na obrázcích je vidět, jak takovýto luk vzniká. Laminátové luky, které prodávám, jsou vyráběny přímo v Číně nebo montovány z ekvivalentních  komponentů v mé dílně. Některé kusy jsou vyrobeny výhradně zde a z místních materiálů. Především luk Mongol II, Manchu I, dětský Manchu, Turecký I, Účinnost těchto luků již přesahuje 70%. Střelba je příjemná, s přijatelnou vibrací v držení, torzní tuhost dostačující. Princip konstrukce umožňuje vysokou variabilitu finálního provedení a síly nátahu.

3.Generace:

Tyto luky bývají označovány jako „bending“ fiberglass. Tedy ohýbané sklolamináty. Nejpokročilejšími výrobci a  možná i původními objeviteli této technologie jsou z oblastí Oceánie a Indočíny. Tvar takových luků sleduje přirozené představy prověřené historií i dnešní pokročilejší výpočty a simulace.  To vede k nutnosti trvalých zakřivení ramen, aby v ostruněném stavu měl luk obě křivosti-konkávní i konvexní. Trvalé zakřivení ramen (vznik definované řídící křivky luku) se u pultruzního laminátu prování rozštípnutím a znovuslepením částí pásoviny do požadovaných křivostí v různých kopytech a formách. Ramena tak mají nejčastěji aktivní recurve zakončení tvořené takovým trvalým ohybem pultruzního sklolaminátu. Bývají kratší a lehčí a mají tak zejména vyšší efektivitu výstřelu (naopak energystorage bývá kolem jen hodnoty 95-105%). Můžete používat lehčí šípy ( pro vyšší rychlost) za účelem zploštění balistické křivky, aniž byste museli strpět významnou emisi energie (která by se jinak projevila kopnutím). Tuhý střed a jeho tvar definuje uložení ramen (jako u 2. generace), ramena bývají tilerována, mění se i jejich šiřka směrem ke koncům. Konce již nemívají siyahy, ale spíše jakési výrůstky (tips) nalepené na recurve koncích pro oka tětivy. Recurve konce jsou tzv. aktivní, tedy jsou záměrně pružné, mohou tedy také kumulovat energii. To vše činí tyto luky kratšími, lehčími a rychlejšími než luky 2. generace a výrazně tak méně kopou i při použití lehčích šípů.

Nevýhoda je vyšší pracnost (a tedy i cena), technologické pauzy během lepení a nutnost obrábění sklolaminátu, což je proces produkující pro plíce nebezpečné částice. Luk má lepené spoje, a s lepením přichází nekonečná snaha o hledání nejlepších možných lepidel, připravenosti lepených ploch a pochopitelně možné poruchy vzešlé nedokonalým zvládnutím těchto procesů.

4.Generace:

Jedná se o další posun ve využití sklolaminátového monolitu. Tyto luky jsou rovněž „bending“ fiberglass,  základem je rovněž pultruzní pásovina, ale dřevěné prvky jako madlo a tipsy nebo kasany a siyahy jsou vlepeny přímo do rozštípnutých profilů během vytváření ohybů. Těmto vlepeným dílům také říkám prostě klínce (mívají klínovitý tvar). Vlepením klínců je vytvořena konstrukce, která se nápadně (laikům) podobá lukům lepeným, tedy lukům s dřevěnými jádry mezi lamelami sklolaminátu. Rozdíl je ale mimo jiné v tom, že v poli ramene stále není integrováno žádné dřevo nebo jiný materiál, žádné tzv. jádro. Nejedná se tedy o sendvič. Rameno je tam tvořeno neporušeným původním monolitickým sklolaminátem. Dřevo (nebo třeba epoxikeramika) se nachází jen v madle a v recurvních koncích, ze kterých se stávají postupně tuhé siyahy. Luk ale působí pro laika jako by byl lepený z lamel, zejména, když se jako povrchová úprava použije dřevěná tenká dýha.  Jmenovitá  efektivita je o malinko lepší než u 3. generace, může kulminovat kolem jmenovité hodnoty 90%. Estetika a povrch může být na úrovni lepených luků.

Sklolaminátové monolitické luky bývají občas podceňovány z důvodné představy, že sklolaminát je relativně těžký materiál (1950-2100kg/m3). Například oproti dřevu (600-800kg/m3) nebo sendviči  sklolaminát-dřevo-sklolaminát  (kombinovaná hustota cca 1000kg/m3), a  že tudíž není k výrobě luku až tak vhodný. Taková představa je prvně rozumná, neboť chápeme, že hmotnost luku (ramen) je na škodu jeho efektivitě. Je ale nutné si uvědomit, že pultruzní monolitický sklolaminát dokáže pracovat při velmi vysokých tahových a tlakových napětích, třeba při 700Mpa, aniž by selhal (delaminací, tak jako selhávají sendviče). To mu propůjčuje vysokou možnou kapacitu uložené energie vzhledem k hmotnosti. U sendvičových konstrukcí je omezení pevností lepeného spoje soudržností mezi jednotlivými vrstvami, tedy na jádře a není možné využít sklolaminátové pásy, které sendvič obsahuje, naplno. Limitem totiž bývá smyková únosnost mezi jádrem a tlakovou vrstvou nebo přímo smyková pevnost samotného jádra. Napětí na povrchu ramen zde bývá pak jen do 450Mpa, což značí jeho neefektivní využití (sklolaminát může bezpečně pracovat i kolem hodnot 600-700MPa, karbon i přes 2000Mpa).

 Vhodnou geometrií luku, která pracuje s vyšším napětími (jež je umožněna vyššími pevnostními limity monolitického sklolaminátu), je tedy možné dosáhnout konstrukce, která svou efektivitou i střeleckými projevy je na úrovni lepeného luku,… právě díky tomu, že ji můžeme více deformovat (což vede k vyšší efektivitě), aniž by došlo k delaminaci. Ty nejlepší bending fiberglassové luky 3. a 4. generace skutečně bývají svými střeleckými vlastnostmi na úrovni středně dobrých lepených luků a mívají i podobnou cenu.

5.Generace:

Vrcholným využitím monolitického sklolaminátu je konstrukce luku, která má kromě předpětí vnějšími silami také předpětí vnitřními silami. Takový luk plně využívá potenciál svého materiálu a zařazuje se svými rychlostmi pak mezi nejrychlejší lepené luky s obsahem karbonu. Předpětí vnitřními silami v horní části ramene luku je „ gamechanger “  v oblasti snahy rozlití neboli distribuce napětí v objemu hmoty ramene a napěťově šetří oblasti s vysokým ohybovým momentem. Naopak přivádí a zvyšuje napětí do oblastí s nízkým ohybovým momentem. Tato redistribuce oproti návrhům bez předpětí vede ke zvýšení síly nátahu luku, aniž by se zvyšovalo napětí v místech ramene, kde by se běžně předpokládalo. Je zřejmé, že i tato vlastnost stírá ve svém výsledném efektu negativa z vyšší specifické váhy monolitického sklolaminátu.

Zmíněnou ideální geometrii luku s předpětím i bez předpětí vnitřními silami lze reálně hledat jen pomocí modelací v programech pracujících na principech MKP (metoda konečných prvků). V těchto programech jsou ramena v 3d modelu tzv. iterována, neboli metodou pokus-omyl neustále upravována, laděna zkušenostmi vývojáře s ohledem na výsledné parametry jako je efektivita, rychlost ev. tvar nátahové křivky. Iterací bývají vyšší desítky až stovky, než se postaví prototyp. Celý proces nazýváme optimalizací.. Optimalizovaný návrh je reálně postaven a je pak konfrontován s původním návrhem a jeho vlastnostmi a případně znovu drobně upraven. Počáteční iterace MKP jsou ale nezastupitelné a při navrhování luku jsou zásadní, protože není možné takové množství iterací provést fyzicky pokusnou výrobou. Pokud nepoužíváte MKP a vaříte tzv. z vody, uvaříte se v bludech, protichůdných pokusech a nikdy skutečně neoptimalizujete svůj návrh.

Je patrné, že pokud budeme hledat sklolaminátový luk 6. generace, přehoupneme se z použití monolitické tyče k technologii lepeného luku, který již ale nemůžeme považovat za monolitický. Sklolaminátové monolitické luky tedy člením právě jen do 5 generací.

Luky všech 5 generací můžeme ještě vylepšovat tlumením vibrací ramen nebo madla přivrstvením korku nebo plastové pěny. Zašíváním, zalepováním do kůže nebo koženky, nástřiky, šablonkováním, polepením dýhou nebo malováním ornamentů dáváme lukům jedinečný vzhled a odkaz na historický předobraz.

Monolitické sklolaminátové luky 3-4. generace však přináší jednodušší a levnější cestu k podobně vysokým výkonům a zejména se jejich technologie hodí k výrobě luků asijských stylů. 5. generace těchto luků jsou díky důmyslnosti své konstrukce pak výkonem a  efektivitou zcela srovnatelné s luky karbonovými.

Naopak k výhodě lepených luků je však nutné říci, že luky neposuzujeme jen z hlediska efektivity přeměny energie, ale také dalších pro kvalitní střelbu důležitých vlastností. Například torzní stabilita se u sendvičových konstrukcí řeší lépe. Sendviče totiž poskytují také možnost při skládání jejich vrstev ovlivnit pozitivně, tedy zvýšit, výslednou torzní tuhost luku (například příčnými karbonovými vlákny v osnově keprových karbonových pásovin)  Lepené luky (sendviče) jsou pak samostatnou a významnou kapitolou. Lepenými luky se dlouhá léta zabývají hlavní tuzemští výrobci a pochopitelně i ve Světě jsou takto konstruované luky stále majoritní a jejich výroba léty ustálená.

Víceznačnost termínu „monolitický luk“:

Ač jsou luky z pultruzních sklolaminátů označovány často (i mnou) jako monolitické, je nutné toto označení chápat jen ve smyslu monolitického ramene. Tedy, že rameno, hlavně jeho aktivní část pod napětím není tvořeno sendvičem, ale jedním (byť kompozitním) materiálem. Existují ale i monolitické sklolaminátové luky ve smyslu výrobního. Takový luk jako celek vzniká zalitím pryskyřice do patřičné formy (zmonolitněním), v níž jsou předem vyskládána skleněná vlákna (zejména luky některých Maďarských výrobců). Za monolitické luky lze dále samozřejmě pokládat i jiné resinové luky (třeba luky z PVC trubek, že J a zejména pak luky z fibrovaných GF (glassfibre) termoplastů, vyráběných na vstřikolisech (Nikka-PA, Rolan-PC..), kde se skelná vlákna (ale třeba i karbonová vlákna-CF) vyskytují jako krátké, prostorově neorientované vlásenky a tvoří tzv. rozptýlenou výztuž v plastu (plastem-matricí bývá PA nebo PC)..