СПОРТИВНО-ОХОТНИЧИЙ ЛУК
SPORTS AND HUNTING BOW

Изобретение относится к метательному оружию и может быть использовано при создании недорогих и достаточно мощных луков и арбалетов для спортивных тренировок, состязаний и спортивной охоты.
Известен спортивно-охотничий лук, содержащий рукоять с полочкой для укладки стрелы и систему натяжения тетивы с двумя блоками и с упругими элементами (см., например, патент США №5054463, опубл. 08.10.1991).
Известен также спортивно-охотничий лук, содержащий рукоять с полочкой для укладки стрелы и систему натяжения тетивы с двумя блоками и с упругими элементами в виде пружин, соединенных одним концом с блоками через эксцентричные валы, а другим концом - с рукоятью (см. патент США 6698413, опубл. 02.03.2004).
К недостатку первой конструкции следует отнести наличие упругих плеч, которые изготавливают из особого сорта дерева со сложной технологией обработки, или из дорогих композиционных материалов. Кроме того, плечи выдерживают не более 10 тыс. выстрелов с запретом на «холостые» выстрелы без стрелы, после чего они подлежат замене, что особенно плохо при проведении тренировочного процесса, т.к. только первичная тренировка начинающего спортсмена-лучника, еще до обучения стрельбе в цель, требует производства не менее 500 выстрелов.
К недостатку второй конструкции относится большая сложность механизма натяжения тетивы, которая обусловлена невозможностью использовать пружины сжатия с большим ходом, имеющим относительно большую длину, т.к. при большой длине они при нагрузке теряют устойчивость, а придание искусственной устойчивости за счет использования направляющих устройств приводит к появлению значительного и нестабильного трения, которое снижает точность и мощность выстрела.
Кроме того, известно, что разность в жесткости пружин даже из одной партии достигает 30%, что негативно сказывается на усилии предварительного натяжения тетивы, т.к. оно сложное, и может быть произведено с достаточной точностью только в заводских условиях. В связи с этим лучник практически не может «подогнать» предварительное натяжение тетивы под свои требования. Еще одним важным недостатком, вытекающим из сложности механизма натяжения, является практически непреодолимая трудность в замене ослабевшей со временем пружины, ее поломке или при желании получить от лука нужные характеристики. Эти недостатки также снижают надежность и универсальность конструкции.
Сама по себе эта конструкция предполагает применение металлических или композиционных материалов (особенно - узел крепления и направления пружины), в том числе и для изготовления рукояти, что увеличивает стоимость лука.
Техническим результатом изобретения является повышение стабильности и мощности выстрела, а также повышение универсальности, ресурса работы, ремонтопригодности и снижение стоимости лука за счет применения в системе натяжения тетивы пружин растяжения и элементов пневматики, упрощения его конструкции и стоимости материалов, из которых он изготовлен.
Указанный технический результат достигается тем, что в спортивно-охотничьем луке, содержащем рукоять с полочкой для укладки стрелы и устройство для натяжения тетивы (натяжное устройство) с упругим элементом в виде пружины, соединенной одним концом с блоками, а другим концом - с рукоятью, согласно изобретению, блоки жестко соединены каждый со своим валом, установленным с возможностью вращения вокруг своей оси на концах рукояти, причем каждый вал содержит, по крайней мере, один кривошип, соединенный через пружину растяжения с рукоятью.
Крепление пружин к рукояти может быть выполнено в виде кронштейнов, закрепленных на рукояти с возможностью перемещения вдоль ее тела и фиксации в заданном положении, а рукоять может быть снабжена неподвижно установленным на ней натяжным устройством, соединенным с кронштейном с помощью натяжного болта, винта или шпильки.
Рукоять по обе стороны от полочки может быть снабжена двумя выступами с отверстиями, перпендикулярным плоскости рукояти, и в эти отверстия могут быть вставлены штыри с возможностью вращения вокруг своей оси, причем каждый штырь содержит, по крайней мере, одно поперечное его оси отверстие, в которое одним концом вставлена тяга с резьбой, другой конец которой соединен с пружиной.
На каждом валу может быть установлен и жестко на нем закреплен, как минимум, один дополнительный кривошип, на свободном конце которого через шарнир установлен шатун с поршнем, сопряженным вдоль своей оси с пневматическим цилиндром, неподвижно закрепленным на рукояти, причем шатун дополнительного кривошипа может быть выполнен в виде вилки.
Кривошип, соединенный через пружину растяжения с рукоятью, и (или) дополнительный кривошип может быть соединен с валом, на конце которого он установлен, с использованием многогранного или шлицевого соединения. Тело блоков может являться частью кривошипов, и содержать перпендикулярные плоскости блоков отверстия для установки штырей, соединенных с пружинами и (или) со штоками поршней.
Крепление пружин к рукояти может быть выполнено в виде кронштейнов, закрепленных на рукояти, причем кронштейны имеют каждый, как минимум, два отверстия для монтажа концов пружин.
Кривошип, соединенный через пружину растяжения с рукоятью, и/или дополнительный кривошип имеет, как минимум, два отверстия для крепления концов пружин.
Пружины могут быть выполнены в виде, как минимум, двух пневматических цилиндров, в каждом из которых установлен дифференциальный поршень со штоком с образованием компрессорной и вакуумной полости, причем шток находится в компрессорной полости и соединен через кривошип с валом блока, цилиндр соединен с рукоятью через натяжное устройство, а на шток надета вспомогательная пружина сжатия.
К компрессорной полости может быть подключен предохранительный регулируемый клапан с прямым направлением потока в сторону окружающей среды.
К компрессорной полости может быть также подключен обратный клапан с прямым направлением потока в ее сторону, а к вакуумной полости - обратный клапан с прямым направлением потока в сторону окружающей среды.
Компрессорные полости обоих цилиндров могут быть соединены между собой гибким шлангом.
Пружины растяжения могут быть расположены по окружности блоков и одним концом закреплены за них, а другим - за крайние выступы рукояти.
На рукояти может быть установлен соединенный с блоками спусковой механизм, служащий для стопорения и спуска тетивы в натянутом состоянии, причем этот механизм может содержать жестко закрепленные на валах храповые колеса, а на концах рукояти - подпружиненные в сторону храповых колес зубцы, входящие в зацепление с зубьями храповых колес, причем эти зубцы соединены с общим для них тросом, проходящим через рукоять, а рукоять снабжена спусковым крючком, имеющим выступ, расположенный с возможностью взаимодействия с тросом таким образом, что при нажатии выступа на трос упомянутые зубцы выходят из зацепления с зубьями храповых колес.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 и 2 изображен лук в боковой и фронтальной плоскости с кривошипом для натяжения пружин, в котором используются индивидуальные пластины кривошипа для каждой пружины.
На фиг. 3 и 4 изображен один конец рукояти с механизмом натяжения, в котором используются общие кривошипы для двух пружин.
На фиг. 5 показано сечение такого варианта исполнения.
На фиг. 6 и 7 показаны этапы натяжения тетивы при выстреле.
На фиг. 8, 9 и 10 показано устройство механизма предварительного натяжения тетивы.
На фиг. 11 и 12 показан лук, в котором натяжение пружин осуществляется тягами, установленными в штыре, проходящем через выступы рукояти.
На фиг. 13 и 14 показан лук, в котором на валах шкивов установлены дополнительные кривошипы, связанные штоками, в виде вилки с поршнями, перемещающимися в пневматических цилиндрах.
На фиг. 15, 16 и 17 последовательно показана работа лука с дополнительными кривошипами и пневматическими цилиндрами.
На фиг. 18 и 19 показана установка основного и дополнительного кривошипов на концах вала с помощью многогранного (в данном примере - восьмигранного) соединения.
На фиг. 20 и 21 показан верхний конец рукояти с использованием в качестве части кривошипов тела блока.
На фиг. 22 показана верхняя часть рукояти с двумя кривошипами, в которых имеются несколько отверстий для монтажа пружин, а на фиг. 23 - кронштейн, закрепленный на рукояти, в котором изготовлены три отверстия для крепления противоположных концов пружин.
На фиг. 24 показаны силовые характеристики лука, содержащего пружины и поршни с пневматическими цилиндрами.
На фиг. 25 и 26 показан вариант лука с пневматической пружиной.
На фиг. 27 - подробная конструкция пневматического цилиндра.
На фиг 28 - упрощенный фронтальный вид этой конструкции лука с трубопроводом, соединяющим обе компрессорные полости пневматических цилиндров.
На фиг. 29 и 30 показана верхняя часть простейшей конструкции лука с блоками, выполняющими одновременно функции кривошипов и содержащая по одной пружине растяжения на каждом конце.
На фиг. 31 и 32 показана верхняя часть конструкции лука, в котором пружины растяжения расположены по окружности блоков и одним концом закреплены за них, а другим - за крайние выступы рукояти.
На фиг. 33 показан лук с механизмом стопорения тетивы, а на фиг 34-36 - детали этого механизма в сборе с рукоятью.
Спортивно-охотничий лук (фиг. 1 и 2) содержит рукоять 1 с полочкой 2 для укладки стрелы 3 и натяжное устройство для тетивы 4 с упругими элементами в виде пружин 5, которые соединены одним концом с блоками 6 с помощью индивидуальных для каждой пружины 5 кривошипов 7, установленных на валах 8, на которые жестко посажены блоки 6, а другим концом - с рукоятью 1 с помощью кронштейнов 9. Валы 8 имеют возможность вращения вокруг своей оси и размещены на концах рукояти 1. На рукояти 1 установлены также ограничители 10 кругового движения кривошипов 7, а тетива крепится на блоках 6 с помощью устройства 11. На фиг 3 и 4 фрагментарно показана конструкция лука, в которой кривошипы 7 имеют штыри 12, общие для крепления обеих пружин 5. Более подробно эта конструкция показана в сечении на фиг. 5, как сечение Д-Д на фиг. 3. Блок 6 установлен в пазу 13 рукояти 1 на валу 8 и соединен с ним шпонкой 14. Сам вал 8 установлен на конце рукояти 1 в подшипниках скольжения 15, дистанционные шайбы 16 стабилизируют положение блока 6 в пазу 13 в осевом направлении, стопорные кольца 17 (стоят с обеих сторон вала 8) удерживают вал 8 от выскальзывания из подшипников 15 вдоль оси вала 8, штифт 18 соединяет вал 8 с кривошипом 7, а пружины 5 через кривошип 7 и вал 8 соединены с блоком 6.
Крепление пружин 5 к рукояти 1 выполнено в виде кронштейнов 9 (фиг. 8 и 9), закрепленных на рукояти 1 с возможностью перемещения вдоль ее тела за счет пазов 19 и фиксации в заданном положении за счет винтов 20.
Рукоять 1 (фиг. 8 и 9) снабжена неподвижно установленным на ней с помощью винтов 21 натяжным устройством 22, соединенным с кронштейном 9 с помощью натяжного болта 23 с гайкой 24. Вместо натяжного болта 23 может использоваться винт или шпилька. Кронштейн 9 с отверстиями для установки пружин 5 и натяжное устройство 22 могут быть единым комплектом для двух пружин 5 (фиг. 8 и 10 левая часть рисунка), и таких комплектов может быть два (фиг. 9 и 10 правая часть рисунка) - по одному комплекту для каждой пружины 5. Во втором случае возможна индивидуальная подтяжка пружин 5, тем более, что они могут иметь по различным соображениям разные характеристики для более тонкой настройки силы тяги тетивы 4 и характера воздействия толкающей силы тетивы 4 на стрелу 3.
На фиг. 11 и 12 показана конструкция лука, в которой рукоять 1 по обе стороны от полочки 2 снабжена двумя выступами 25 с отверстиями 26, перпендикулярными плоскости рукояти 1. В эти отверстия 26 вставлены штыри 27 с возможностью вращения вокруг своей оси в подшипниках скольжения 28. Каждый штырь 27 содержит, по крайней мере, одно поперечное его оси отверстие 29 (в данном примере их два, т.к. используются две пружины на каждом плече рукояти 1), в которое одним концом вставлена регулировочная тяга 30 с резьбой, другой конец которой соединен с пружиной 5. Для регулировки натяжения пружины 5 служит гайка 31. Стопорные шайбы 32 фиксируют штырь 27 в осевом направлении относительно рукояти 1.
На фиг 13 и 14 показан лук, в котором на обоих валах 8 установлены и жестко на них закреплены по одному дополнительному кривошипу 33, на свободных концах которых установлены шатуны 34 с поршнями 35, сопряженным вдоль своей оси с пневматическими цилиндрами 36, неподвижно закрепленным на рукояти 1. Шатуны 34 выполнены в виде вилки, два конца 37 которой шарнирно закреплены на дополнительных кривошипах 33, а один конец 38 - шарнирно через палец 39 прикреплен к поршням 35.
На фиг. 18 и 19 показан вариант конструкции, в которой кривошип 7, соединенный через пружину 5 растяжения с рукоятью 1, и дополнительный кривошип 33 соединены с валом 8, на конце которого они установлены, с использованием многогранного (в данном примере - восьмигранного) соединения. При этом концы вала 8 выполнены в виде восьмигранных выступов 40, а посадочные отверстия кривошипов 7 и 33 имеют ответную восьмигранную форму. Фиксация кривошипов 7 и 33 в осевом направлении осуществляется болтами 41 с шайбами 42. Преимуществом этой конструкции является возможность изменять взаимное положение кривошипов 7 и 33, приспосабливая характеристики лука для решения определенных задач, которые ставит тренер спортсмену, или ставит перед собой охотник.
На фиг. 20 и 21 показан фрагмент верхней части лука, в котором тело блоков 6 является частью кривошипов, и содержат перпендикулярные плоскости блоков 6 отверстия для установки штырей 43, соединенных с пружинами 5 и со штоками 34 поршней 35. Штыри 43 установлены в подшипниках 44 и зафиксированы в осевом направлении относительно блоков 6 стопорными кольцами 45. Дистанционные втулки 46 и стопорные кольца 47 служат для ориентации пружин 5 относительно рукояти 1. Вал 8 установлен так же, как показано на фиг. 19. Пружины 5 закреплены к выступу 25 рукояти 1 с помощью штыря 48, установленного в подшипнике 49, дистанционных втулок 50 и стопорных колец 51 и 52. Такое техническое решение позволяет упростить конструкцию лука при ограничении угла поворота валов 8.
На фиг. 22 показан верхний конец рукояти 1 кривошипами 7 и 33, причем кривошип 7, соединенный через пружину растяжения 5 с рукоятью 1, и или дополнительный кривошип 33 имеет, как минимум, два отверстия 53 (в данном примере их три) с резьбой для крепления с помощью штыря 12 (в этом случае он имеет резьбовой конец для крепления к кронштейну 7) верхних концов пружин 5 и шатуна 34.
На фиг. 23 показан кронштейн 9 натяжного устройства, имеющий три отверстия 54 для крепления нижних концов пружин 5.
На фиг. 24 введены следующие обозначения:
Г
- F - упругая газовая сила, возникающая при сжатии воздуха в цилиндрах 36 под поршнями 35;
ПР
- F - упругая сила от сжатия пружин 5;
Σ
- F - суммарная сила от сжатого воздуха в цилиндре 36 под поршнем 35 и сжатия пружин 5.
На фиг. 25 показан вариант конструкции лука, в котором пружины растяжения выполнены в виде пневматических цилиндров 55 с установленными в них дифференциальными поршнями 56 со штоками 57 с образованием компрессорной 58 (см. также фиг. 26) и вакуумной 59 полости. Шток 57 находится в компрессорной полости 58 и соединен через штырь 12 и кривошип 7 с валом 8 блока 6. Цилиндр 55 соединен с рукоятью 1 через шарнирное соединение 60 и регулировочную тягу 30 натяжного устройства, а на шток 57 надета вспомогательная пружина сжатия 61. К компрессорной полости 58 (фиг. 27) подключен предохранительный регулируемый клапан 62 с прямым направлением в сторону окружающей среды. Клапан содержит подпружиненный шарик 63 и каналы сброса давления 64 и 65, регулировка сбрасываемого давления производится нажимным винтом 66. Кроме того, к компрессорной полости 58 подключен обратный клапан (например, типа «ниппель») с прямым направлением потока 67 в сторону этой полости, а к вакуумной полости 59 подключен обратный клапан 68 (также, например, типа «ниппель») с прямым направлением потока в сторону окружающей среды. Клапаны 62 и 67 установлены в верхней крышке 69 цилиндра 55, а клапан 68 - в его нижней крышке 70. Поршень 56 снабжен уплотнительными манжетами 71, обращенными в сторону полости 58, а в верхней крышке 69 установлены уплотнительные кольца 72, герметизирующие шток 57.
На фиг 28 упрощенно показано соединение обеих компрессорных полостей 58 между собой с помощью штуцеров 73 и гибкого шланга 74.
На фиг. 29 и 30 показан вариант простейшего лука, в котором в каждом плече используется по одной пружине 5, и в котором функцию кривошипа выполняет блок 6. Стрелкой показано изменение положения штыря 12, к которому прикреплен один конец пружины 5, которое происходит при натяжении тетивы 4. Штриховыми линиями показано изменение положения тетивы 4, штыря 12 и линии «обреза» блока 6. Вал 8 запрессован в центральное отверстие блока 6.
На фиг 31 и 32 показан вариант конструкции лука, в котором рукоять 1 на своих концах имеет два явно выраженных выступа 75 по форме близких к форме блоков 6, в которых по окружности имеются отверстия 76. В блоках 6 также имеются аналогичные отверстия 77, количество которых, по крайней мере, равно количеству отверстий 76. При свободной (не натянутой) тетиве 4 оси отверстий 76 и 77 примерно совпадают друг с другом. В отверстиях 76 и 77 установлены штифты 78, между которыми вдоль окружности блоков 6 установлены с небольшим предварительным натяжением вдоль своей оси пружины растяжения 5. Таким образом, пружины 5 одним концом закреплены на блоках 6, а другим - за крайние выступы 75 рукояти 1. В данной конструкции оси пружин 5 перпендикулярны плоскости блоков 6 и выступов 75. Однако, это не обязательное условие. Например, диаметр окружности, на которой расположены оси отверстий 77, может быть больше или меньше диаметра, на котором расположены оси отверстий 76. Вал 8 запрессован в отверстие блока 6, положение блоков 6 относительно выступов 75 определяется дистанционными втулками 79. На фиг. 32 штриховыми линиями показано положение растянутых пружин 5 и натянутой тетивы 4 при повороте блока 6 относительно выступов 75 по часовой стрелке.
На фиг. 33 показана конструкция лука, в которой на рукояти 1 установлен соединенный с блоками 6 спусковой механизм, служащий для стопорения тетивы 4 в натянутом состоянии. Этот механизм содержит жестко закрепленные с помощью многогранного соединения с выступами 40 на валах 8 храповые колеса 80 (см. также фиг. 34, 35 и 36), а на концах рукояти 1 - подпружиненные пластинчатой пружиной 81 в сторону храповых колес 80 зубцы 82, входящие в зацепление с зубьями храповых колес 80. Причем эти зубцы 82 соединены с общим для них тросом 83, проходящим через рукоять 1. Рукоять 1 снабжена спусковым крючком 84, имеющим выступ 85, взаимодействующий с тросом 83 таким образом, что при нажатии выступа 85 натрое 83 зубцы 82 выходят из зацепления с зубьями храповых колес 80. Для симметричного положения кривошипов 7 относительно тетивы 4 используется дистанционная втулка 86 (фиг. 34). Трос 83 утоплен в пазу 87 рукояти 1 с помощью накладок 88, и в зоне действия закрепленного на оси 89 спускового крючка 84 с выступом 85 опирается на два ролика 90 (фиг. 85), расположенные симметрично линии действия выступа 85. Для лучшей ориентации выступа 85 относительно троса 83 в этом выступе сделан паз 91, в который входит трос 83. Положение троса 83 между роликами 90 при нажатии на него выступа 85 показано штриховой линией. Скоба 92 предохраняет спусковой крючок 84 от случайного нажатия.
Выстрел из лука производится следующим образом.
В исходном состоянии пружины 5 находятся в чуть растянутом положении (фиг. 1), которое необходимо только для того, чтобы тетива 4 не спадала с блоков 6. Перед началом использования лука стрелок ослабляет крепление кронштейнов 9, откручивая винты 20 (фиг. 8 и 9), после чего моментным ключом, закручивая гайки 24, производит натяжение тетивы 4, перемещая кронштейны 9 в верхней и нижней части рукояти 1. По окончании натяжения тетивы 4, стрелок затягивает винты 20, лук готов к стрельбе.
Стрелок укладывает стрелу 3 на полочку 2, надевает хвостовик стрелы на тетиву 4 и начинает производить натяжение тетивы 4, оттягивая ее от рукояти 1 (фиг. 6). Тетива 4, будучи закрепленной с помощью устройств 11 на блоках 6, поворачивает их, и при этом поворачиваются валы 8, а вместе с ними и закрепленные на них кривошипы 7, которые растягивают пружины 5.
Сначала усилие стрелка по мере натяжения тетивы 4 растет, поскольку оси пружин 5 находятся далеко от оси вращения валов 8, и усилие натяжения, с которым стрелок натягивает тетиву 4, примерно пропорционально силе пружин 5. Это продолжается до тех пор, пока оси пружин 5 не начнут приближаться к центру валов 8, и крутящий момент, передаваемый пружинами через кривошипы 7 на блоки 8 и, следовательно, усилие на тетиве 4, не станет уменьшаться.
Натяжение тетивы 4 производится до тех пор, пока кривошипы не упрутся в ограничители 10. При этом усилие натяжения тетивы минимально и составляет в зависимости от расположения ограничителя 10 ориентировочно от 30% максимального усилия, определяемого свойствами пружин 5, до нуля, если ограничители 10 установить так, чтобы оси пружин пересекали оси валов 8.
После полного натяжения тетивы 4 и прицеливания стрелок отпускает ее, и стрела 3 под действием усилия пружин 5, вращающих блоки 6 в обратную сторону, что приводит к обратному движению тетивы 4, вылетает из лука к цели.
Для разных условии и целей стрельбы (тренировки спортсменов-лучников в помещении, стрельба в цель на короткие дистанции в помещении или на улице, стрельба в цель на средние и длинные дистанции - до 90-100 м, охота не мелкую, среднюю или крупную дичь и т.д.) устанавливаются по одной, две, или даже по три пружины 5 с каждой стороны от рукояти 1. Устанавливаются и разные по жесткости пружины 5 на каждую сторону и т.д. В широких пределах варьируется усилие предварительного натяжения пружин, от которого зависит мощность и резкость выстрела.
Существенное снижение усилия натяжения тетивы 4 в конце процесса натяжения позволяет, так же как при использовании обычных блочных луков со сложной системой и конфигурации блоков, производить тщательное прицеливание, требующее сравнительно длительного времени.
Лук, изображенный на фиг. 11 работает аналогично вышеописанному. Он несколько проще по конструкции, но у него уже диапазон регулировки предварительного натяжения пружин 5, поскольку в предыдущей конструкции есть возможность не только натягивать пружины 5 винтом 23 (фиг. 8 и 9), но и переставлять в разное начальное положение кронштейны 9.
Начало работы с луком, изображенным на фиг. 13 происходит аналогично выше описанному.
2
Г
После того, как в лук установлена стрела 3, стрелок приступает к натягиванию тетивы 4 (фиг. 15). При этом одновременно растягиваются пружины 5, и за счет вращения дополнительного кривошипа 33 поршни 35 начинают движение вниз и сжимают воздух, находящийся под ними в цилиндрах 36. Кривошип 33 с шатуном 34 и поршнем 35 представляют собой классический кривошипно-шатунный механизм, и поэтому вначале, когда поршень 35 проходит верхнюю (по рисунку) мертвую точку в положении ϕ=0, его скорость мала, мало секундное изменение объема, и давление в цилиндрах 36 поднимается медленно (см. также фиг. 24, линия F). В дальнейшем (фиг. 16) давление воздуха в цилиндрах 16 растет быстрее, а при приближении к нижней мертвой точке (фиг. 17) рост давления снова замедляется.
ПР
Σ
В то же время, сила F, действующая на тетиву 4 от растяжения пружин 5, сначала растет (фиг. 13 и 15). Затем, несмотря на продолжающееся растяжение пружин 5, эта сила начинает падать в связи с тем, что оси пружин 5 приближаются к осям валов 8 (фиг. 16), а затем и пересекают их. Поэтому при дальнейшем натяжении тетивы 4 пружины 5, перейдя за оси валов 8, будут давать отрицательную силу натяжения тетивы 4, т.е. начнут «помогать» стрелку сжимать воздух в цилиндрах 36. При этом суммарное усилие F на тетиве 4 начнет падать, оставаясь положительным.
Натяжение тетивы 4 стрелок заканчивает сам (в этом варианте ограничитель 10 не предусмотрен, т.к. конструкция предполагает «выжать» максимально силовые возможности лука и стрелка), после чего он отпускает тетиву 4, и стрела 3 летит к цели.
Особенностью этой конструкции является возможность получения относительно большого хода тетивы 4 при сравнительно небольших габаритах лука, т.к. натяжение тетивы 4 продолжается и после перехода осей пружин 5 за линию центров валов 6. Соответственно и механическая работа, которую отдает тетива 4 стреле 3, значительно больше (ориентировочно на 30-40%), чем у традиционных, классических или блочных луков одинакового размера с вышеописанным луком.
Большое значение имеет и тот факт, что по существу используемая в описанной конструкции пневматическая пружина имеет чрезвычайно низкую инерционность, т.к. масса расширяющегося газа несопоставимо меньше, чем масса любого устройства для производства механической работы. Поэтому использование энергии расширяющегося сжатого воздуха, особенно в начальный момент движения стрелы 3, существенно улучшает динамику выстрела (сокращает время нахождения стрелы 3 в пределах лука) и увеличивает начальную скорость полета стрелы 3 и мощность выстрела. Последние два параметра очень важны при использовании лука на охоте и во время спортивной стрельбы при наличии ощутимого бокового ветра.
Работа лука, верхняя часть которого показана на фиг. 18 и 19 функционально не отличается от работы конструкции изображенной на фиг. 13 и фиг. 14. В данном случае имеется возможность изменения взаимного положения кривошипов 7 и 33 и их положения относительно вала 8 за счет применения многогранного (оно и изображено на фиг. 18 и 19) или шлицевого соединения этих кривошипов с валом 8. Это позволяет один и тот же лук подгонять по характеристикам под стрелка и под выполняемые им задачи.
Аналогично работает и лук, верхняя часть которого показана на фиг. 20 и 21. Его конструкция проще описанных выше луков с использованием пневмоцилиндра для увеличения мощности, однако, совмещение функции кривошипов и блоков 6 заставляет изготавливать прочные, и, следовательно, более массивные, блоки 6, что в связи с наличием больших ускорений при спуске тетивы 4 не дает возможности существенно увеличить начальную скорость стрелы 3. В связи с этим, такая конструкция может успешно применяться в основном для тренировочного процесса.
Лук, верхняя часть которого показана на фиг. 22 и 23 работает аналогично вышеописанным лукам с дополнительным пневмоцилиндром. Его конструктивная особенность (наличие нескольких разноудаленных от оси вала 8 отверстий 53 и 54 на кривошипах 7 и 33) позволяет регулировать характеристики лука, меняя места присоединения пружин 5 и шатуна 34.
Особенностью работы лука, изображенного на фиг. 25 и 26, является большой диапазон регулировки усилий натяжения тетивы 4 перед ее спуском. Здесь ограничитель 10 поворота блоков 6 с кривошипами 7 определяет начальное положение кривошипов 7, при котором устанавливается номинальные величины полостей 58 и 59, перед стрельбой. Пружина сжатия 61 служит только для небольшого предварительного натяжения тетивы 4 (около 3-4 кГс) и возврата в начальное положение поршня 56, и является маломощной.
При натяжении тетивы 4 в результате поворота кривошипов 7 начинает сокращаться объем полостей 58 и происходит увеличение полостей 59. При этом давление в полостях 58 увеличивается, а в полостях 59 - падает. Обратные клапаны 67 и 68 (типа ниппелей, см. также фиг. 27) закрыты под действием создавшегося перепада давления между полостями 58 и 59 и атмосферой. При достижении заданного регулируемым клапаном 62 давления, шарик 63 (запорный орган клапана 62) отжимается, и сжатый воздух из полости 58 при дальнейшем ходе поршня 56 в результате продолжения движения натяжения тетивы 4 выходит в атмосферу через отверстия 64 и 65.
Таким образом, независимо от хода тетивы 4 и соответствующего ему хода поршней 56, в конце движения натяжения тетивы 4 в полостях 58 будет давление, определяемое настройкой клапана 62 (настройка ведется винтом 66). Сила, с которой оказывается натянутой тетива 4, определяется кинематикой механизма натяжения и перепадом давления на поршнях 56 (разность между давлением в полостях 58 и давлением в полостях 59, которое реально может составлять 0,05-0,1 бар). При отпускании тетивы 4 поршни 56 под действием перепада давления движется внутрь своих цилиндров 55, тетива 4 выталкивает стрелу 3 к цели.
При этом возможны следующие варианты работы.
1. Клапаны 66 полностью «задавлены», стрелок натягивает тетиву 4 до отказа в соответствии со своими физическими возможностями. В принципе, в зависимости от возможного хода поршней 56 и их диаметра, он может натягивать тетиву 4 до тех пор, пока поршни 56 не упрутся в крышки 69, и весь сжатый воздух окажется в U-образной полости поршней 56. Во время движения поршней 56, неизбежно происходят утечки воздуха из полостей 58 через уплотнения 71 в полости 59. Поэтому, когда стрелок отпустит тетиву 4, и газ в полостях 58 начнет расширяться, в конце хода, определенного ограничителями 10, в полостях 58 окажется разрежение (часть воздуха перетекла в полость 59), а в полости 59 - напротив, давление станет больше атмосферного. Для выравнивания давлений и служат клапаны 67 и 68. При разрежении в полостях 58 клапаны 67 открываются под действием перепада давления между атмосферой (оно выше) и полостями 58 (оно ниже), и воздух из атмосферы проходит в полости 58, компенсируя утечки, произошедшие во время натяжения тетивы 4. А избыток воздуха из полостей 59, появившийся в результате этих утечек (для полостей 59 - это притечки), через клапаны 68 выходит в атмосферу. Таким образом, система «поршни 56 - цилиндры 55» приходит в начальное состояние.
2. Клапаны 62 настроены на некоторое определенное давление, а стрелок своим усилием может преодолеть силу, возникающую от перепада давления между полостями 58 и 59. Это вариант частично описан выше. В этом случае после полного натяжения и последующего спуска тетивы 4 давление в полостях 58 достигает атмосферного раньше, чем распрямится тетива 4, а разрежение в полостях 59 еще имеет некоторое значение ниже атмосферного давления. При этом по существу работа тетивы 4 практически закончена, т.к. перепад давления на поршнях 56 в этот момент лишь несколько выше 0,5-0,7 бар. То есть тетива 4 толкает стрелу 3 не весь возможный ее ход, а только на части хода, несмотря на то, что стрелок сделал полное движение натяжения тетивы 4. В дальнейшем поршни 56 под действием пружин 61 двигаются к исходному состоянию, а клапаны 67 и 68 позволяют наполниться полостям 58 воздухом и сбросить лишний воздух из полостей 59 в атмосферу. То есть независимо от настройки лука для выполнения заданной работы (отработка движений на тренировке, спортивная стрельба на короткие, средние, большие расстояния, охота с луком) стрелок имеет возможность совершать всегда полное движение натяжения тетивы 4.
Соединение основных рабочих полостей 58 гибким шлангом 74 (фиг. 28) позволяет компенсировать неточности в изготовлении диаметров цилиндров 55 и кривошипов 7, а также различие в работе уплотнений 71. Соединение полостей 58 гарантирует одинаковое давление в них в процессе работы лука и отсутствие перекосов в усилиях плеч.
Работа лука, верхняя часть которого изображена на фиг. 29 и 30 не отличается от работы лука, изображенного на фиг. 1. Особенностью его конструкции является наличие всего двух пружин 5, по одной в каждом плече.
Аналогично работает и конструкция лука, верхняя часть которого изображена на фиг. 31 и фиг. 32. Разница заключается в том, что пружины 5 в ней работают подобно торсионам - при натяжении тетивы 4 происходит вращение блока 6, и закрепленные одним концом на нем пружины 5 совершают поворот вокруг штырей 78, с удлинением, как показано штриховыми линиями на фиг. 32. Несмотря на такое важное достоинство этой конструкции, как компактность и отсутствие силовых элементов снаружи лука, ее основной недостаток - невозможность использования вспомогательных устройств для натяжения тетивы 4 подобно тому, как это, например, сделано в конструкции, изображенной на фиг. 1. И это натяжение можно производить только поворотом одного из блоков 6 при закрепленном на другом блоке конце тетивы 4, то есть так же, как в обычном классическом или традиционном луке при натягивании тетивы на плечи лука.
Достоинство лука, показанного на фиг. 33, состоит в том, что после натяжения тетивы 4 для выстрела, положение блоков 6 фиксируется, и стрелку предоставляется возможность буквально сколь угодно длительное время находиться с заряженным луком, и даже без стрелы 3. Это особенно важно на охоте, когда стрелку приходится передвигаться через заросли и по сильно пересеченной или обводненной местности.
При натяжении тетивы 4 вместе с блоками 6 вращаются жестко соединенные с ними храповые колеса 80. Благодаря скошенным в направлении вращения зубьям этих колес, а также благодаря форме подпружиненных пружинами 81 зубцов 82, последние проскальзывают по колесам 80, пока они вращаются в процессе натяжения тетивы 4 (направление вращения показано стрелкой на фиг. 36). После окончания натяжения стрелок немного отпускает тетиву 4, храповые колеса 80 начинают движение назад и сразу же встают на зубцы 82, которые не дают возможности вращаться назад колесам 80 и, следовательно, блокам 6 под действием силы натяжения тетивы 4. Лук, если при натяжении тетивы 4 в него была вложена стрела 3, готов к выстрелу. При этом усилие на тетиве 4 равно нулю, и стрелок может даже вынуть стрелу 3, что никак не повлияет на положение блоков 6 и состояние натянутых пружин 5. Это очень важно при использовании лука на охоте - если выстрел не состоялся (а это бывает очень часто), стрелок вынимает стрелу 3 и может продолжить поиск и выслеживание дичи. При этом стрела не мешает ему двигаться. А лук практически готов к стрельбе, т.к. остается только вложить в него стрелу 3. Учитывая, что реально охотник делает один - два выстрела в течение нескольких часов, такая работа лука не утомляет его физически постоянными натяжениями тетивы 4 в ожидании удачного момента для выстрела.
Если стрела вложена в лук на полочку 2 и надета на тетиву 4, стрелок нажимает указательным пальцем руки, которой он держит рукоять 1, на спусковой крючок 84 (направление нажатия показано стрелкой на фиг. 35). Крючок 84 поворачивается вокруг оси 89 и выступом 85 нажимает на трос 83, утапливая его между роликами 90. При этом длина троса 83 между роликами 90 и креплением к зубцам 82 уменьшается, и трос 83 оттягивает своими концами зубцы 82, которые, отжав пружины 81, отодвигаются от колес 80, освобождая их для свободного вращения. Как только зубцы 82 выходят из зацепления с колесами 80, жестко связанные с ними блоки 6 начинают вращение против часовой стрелки, что приводит к движению тетивы 4, происходит выстрел.
Предлагаемые конструкции лука используют пружины растяжения 5 для натяжения тетивы 4 и метания стрелы 3 в цель, которые в отличие от пружин сжатия могут испытывать большие деформации без потери устойчивости. Известно также, что упругие стальные элементы могут работать практически «вечно», если напряжения, возникающие при их деформации, не превышают 10% от предела упругости. В предложенной конструкции это условие выполнить очень просто путем увеличения длины пружин 5 и использования нескольких пружин 5 в одном плече лука. Использование же дополнительной пневматической пружины, которая сама по себе принципиально не может «износиться» (могут износиться только уплотнения поршней 35 и уплотнения 71 поршней 56, которые легко могут быть заменены), еще более увеличивает ресурс, долговечность и стабильность работы лука.
Кроме того, очевидно, что конструкция лука чрезвычайно проста и не требует применения трудоемких технологий и дорогих дефицитных материалов.
Так, например, рукоять 1 может быть изготовлена из обычной деловой древесины (например, сосны, пропитанной олифой) или из многослойной фанеры, а также из обычных пластиков или обычного литьевого дюралюминия типа АЛ.
Блоки 6 могут быть также деревянными из пропитанной твердеющими составами (например - фенолформальдегидной смолой) дельта-древесины, многослойной фанеры. В качестве материала для блоков 6 также могут быть использованы различные твердые пластики (например, полиоксиметилен - ПОМ) и обычный дюралюминий литейный типа АЛ, МЛ, АК и др. Форма блоков - обычный круг с концентричным отверстием в центре.
Детали шатунов 34, поршней 35 и 56, цилиндров 36 и 55 могут быть изготовлены из обычных пластиков и дюралюминия типа Д16Т, АМГ.
Остальные детали (валы, болты, кронштейны, подшипники скольжения и пр.) могут быть изготовлены из любых металлов и недорогих композитов. Например, подшипники - из композитов на основе политетрафторэтилена - «Тефлона», болты - из обычной конструкционной стали, кронштейны - из дюралюминия и т.д.
Пружины 5 могут быть изготовлены из обычной пружинной проволоки, например в соответствии с ГОСТ 9389-75 - из стали марки 65Г, класс A1 (высокой прочности), или из стальной углеродистой пружинной проволоки по ГОСТ 9389-75 класса I или II (высокой или повышенной прочности). Если требуется изготовить лук с очень большим усилием на тетиве (например, более 30-ти кГс - более 60-ти фунтов силы), то можно в соответствии с ГОСТ 9389-75 использовать проволоку из стали У9 (обычная инструментальная сталь), или из хромованадиевой проволоки.
Все эти материалы не дорогие и не дефицитные и широко применяются в промышленности.
Количество и свойства (жесткость, размеры) пружин 5 могут варьироваться в широких пределах в одной и той же конструкции и в пределах одного и того же изделия, что существенно повышает универсальность лука и диапазон его мощности. Установка, замена и предварительное натяжение пружин не представляет никакой сложности, не требует практически никаких навыков и может быть произведена самим стрелком даже в полевых условиях, что очень важно при его участии в соревнованиях или при проведении охоты.
Детали лука настолько просты и технологичны, что при поломке или потере могут быть изготовлены в любой механической мастерской и даже в домашних условиях.
В связи с изложенным, можно утверждать, что технический результат изобретения - повышение стабильности и мощности выстрела, а также повышение универсальности, ресурса работы, ремонтопригодности и снижение стоимости лука полностью достигнут.