[弓道] 關於箭的種種~

在過往反曲弓的歷程中, 箭一直是很關鍵的元素.
在學習弓道後發現,弓道看待箭似乎有不同的角度,更多的是經驗與體感.
也因此動了念想要分析一下這兩者的的異同.

先前的分析已經可以看出弓箭的原理就是勢能與動能的轉換.
分析一下箭從鬆手到上靶的旅程,
會影響到箭飛行的屬性只有重量,撓度(軟硬度),與空氣力學三者.
從時間上來看, 又可以分為箭在離弓前的加速,離弓後的飛行兩階段.

離弓前的加速

在這個階段中, 弓大部分處於低速, 且沒有與弓分開,
空氣力學還不會主導箭的行為, 所以重點就在重量與撓度.

先看重量:

如果我們把箭視為鋼體,那箭的加速就是個簡單的推進過程.
這個過程中"箭重"是個很關鍵的因素. 很直覺的,越輕的箭可以獲得越快的箭速.
但箭加速快,箭的離弓速度也快,這讓弓弦可以接觸箭的時間較短,
以至於較多的能量殘留在弓上而導致效率下降.
相反的, 過重的箭會讓弓推不動, 箭太晚離弓使得整把弓的回彈模式受到干擾.
這也會讓降低箭的能量效率.
因此每一把弓針對弓力,都會有一個箭重的甜蜜點,
和弓方面,參考kyo桑前輩的部落格(https://kyokyudo.blog/2021/11/15/kgf/)

大約落在 箭矢重量（g）＝弓力(kg)＋10g 或 12
在這個箭重下, 我們可以得到比較好的能量轉換效率.

另一個很重要但在弓道中較少看到的是箭的"撓度"(軟硬度).
箭本身並不像前述為鋼體,而是非常容易變形的細長型.
在"離手"的瞬間, 箭身會因為承受弓力加速而成產生彎曲並稍微的頂向弓身.
這種扭動會讓箭產生一個外彈的力量, 同時讓箭在後續的飛行中都呈現魚一般的擺盪.
在同一把弓上, 越軟的箭放箭時就會產生越大的彎曲.
相對的越硬的箭雖然變形量小,但箭因變形去頂弓的力道也會越強.

會影響撓度的有三點:
材質上: 碳纖/玻纖/鋁/竹都有不同的材質軟硬.
結構上: 同材質下, 越厚越粗的箭越硬, 同時箭本身也越重.
長度上: 同材質與結構下, 越長的箭越軟(當然也越重).

在反曲弓選擇箭桿時, 我們會用弓力與拉距來決定箭的型號(撓度)
主因就是要讓箭產生適中的箭震,
並進一步使用button(箭震吸收器/側墊),來吸收這個震動.
當箭的軟硬與button設置得宜,即使沒有羽片也可以做到相當穩定的箭著.

不過在弓道上,箭震似乎被另一個思路處裡掉了,
如果箭的擺動會撞弓,那一開始不要讓他撞到不就好了...
這也是"角見"的作用, 在箭的加速段就讓弓離開箭的路徑,
如此就直接避開了離弓前對箭的干涉,從原頭解決問題!
當然這是需要技術面上的支持才做得到,
在沒有相應的技術前,經常可以看到初心者箭落點偏右,很多便是箭與弓的撞擊造成.
似乎也是如此,弓道在選箭上多以箭重為主,較少考慮撓度的差異.



箭離弓,自由飛行階段

這時主要影響箭支的就是流體力學所支配的氣動力狀態,
會影響氣動力的因素包含了箭的重心,箭的形狀,還有羽毛的效應.

對於一個飛行體來說,當重心位於壓力中心前方時, 飛行體就有修正自己姿態的傾向,也就是靜穩定性.
所以要讓一支箭好好飛行, 第一個元素就是矢尻(箭頭)的重量.
在反曲弓中我們會用箭頭的重量調整重心的位置(FoC), 儘量讓重心在偏前方13%左右的位置.

而在和弓上因為更長的箭長與拉距,可能會需要更高的FoC(20%上下)來穩定箭矢.
繼續增加FoC雖可以讓穩定性上升, 但也會增加箭重, 進而對箭速與效率產生影響.

除了重心外,將壓力中心後移也是穩定箭矢的一個方式,而這就是羽片的作用.
在反曲弓中大部分的射手都會選擇質輕面積小的塑膠羽片,
如果需要額外的飛行穩定性則會採用旋轉羽片讓箭支快速轉動.
而弓道用箭通常使用天然羽, 用較大的面積來後移壓力中心,
但大羽片也會產生較強的衍生阻力, 讓箭在飛行過程中減速,也較容易受到風的影響.

另一個有趣的差異是箭桿的形狀,在反曲弓的高階比賽箭上可以看到標槍型的箭身.
弓道用箭中也有類似的麥穗型或是梯型的箭身設計. 這些設計在宣稱上都會提到降低風阻.
但實際上以其收縮的程度來看以外型降低風阻的影響力並不明顯,
反而是末端較細的設計在結構上會增加其天然的共振頻率並降低擺動的幅度.

而擺幅降低就可以進一步減少箭身和羽片產生的衍生阻力~



Summary:

在弓道中,先不管對材質的偏好:
箭桿型號的選擇主要影響箭重.
追求能量效率,手感平穩,弓震小,那就選擇重一點的型號.
追求箭速,犧牲手感,可以選輕一些的型號.
如果預算有餘裕, 甚至可以選擇標槍/麥粒型的箭桿.

選擇完箭桿後可以透過箭頭重量與羽毛寬度改變飛行的特性,
如果要追求飛行的穩定性,可以加重箭頭,選擇寬一點的羽毛.
反之如果希望箭在飛行中的阻力小,受風的影響小, 可以不加重箭頭,並用較窄的羽毛.