Návrh kompozitního luku

Následující článek popisuje výrobu luku jako velmi netradiční bakalářskou práci. Tým lucistnice.cz mohl celou práci sledovat krok za krokem a snad i trochu přispět drobnými radami ke zdárnému dokončení. Pokud článek nerozšíří Vaše obzory tak jako naše, doufáme, že Vás alespoň pobaví.

Když jsem si vybíral téma své bakalářské práce na katedře mechaniky FAV ZČU (Fakulty aplikovaných věd Západočeské univerzity v Plzni), navrhl mi můj vedoucí návrh kompozitního luku. Od tvarového řešení, přes počítačový model (simulaci) a výrobu až po zkoušku, jak moc se výsledný výrobek bude lišit od simulace. Nikdy jsem sice z luku nestřílel, ale nápad mě chytnul a vzal jsem to jako výzvu. Nadchla mě myšlenka, být u zrodu něčeho od první do poslední minuty.

Jenže návrh a výroba luku se brzy po prostudování různých materiálů ukázalo jako komplikovanější téma, než by se na první pohled zdálo. S porozuměním lukostřeleckému světu mi ale pomohli Petr Jindra z týmu lucistnice.cz a Jan Šípek.

Sestavení počítačového modelu luku

Již při sestavení počítačového modelu jsem musel přihlížet ke spoustě faktorů – výšce luku, jeho hmotnosti, tvarovému řešení, nátahové síle, délce předpětí, usnadnění výroby luku a mnohým dalším. Proto byl původní model luku počítačově optimalizován, aby nátahová síla nebyla příliš velká nebo naopak malá, luk měl slušnou účinnost, zároveň byl lehký do ruky a byl celkově dobře použitelný.

K některým zjednodušením však přeci došlo – např. byl luk uvažován jako symetrický, což zjednodušilo počítačový model, kde tak bylo možno brát jen jednu polovinu. Na následujícím obrázku je vidět model ve fázi nátahu.

Výroba kompozitního luku

Po optimalizaci nadešel čas na další krok – samotnou výrobu. Uhlíková textilie byla kladena do dřevěné formy. Její vnitřek kopíroval rozměry luku. Forma byla povrchově opracována z důvodu hladkosti povrchu samotného luku.

Na uhlíkovou textilii byla přiložena mřížka pro rozvod pryskyřice, na kterou byly napojeny hadičky, přes něž byla pryskyřice vedena. Dále byla nanesena goretexová membrána, která má schopnost z jedné strany nepropouštet kapalinu (pryskyřici). Vrchní vrstvou byla vakuovací plachetka. Mezí ni a ostré rohy formy byl vložen flís, aby nedošlo k jejímu porušení. Zároveň flís rovnoměrně rozváděl vakuum. Z pod plachetky bylo docíleno odsátí vzduchu vakuovou pumpou. Po kontrole vakua externím senzorem byla infiltrována pryskyřice.

Celá doba pro vytvrzení kompozitu (ztuhnutí uhlíkové textilie s pryskyřicí v jeden celek) trvala 39 hodin a bylo využito moderního autoklávu, což je přístroj, kde probíhají reakce za vysoké teploty a tlaku a kromě vytvrzování kompozitů se používá například pro sterilizaci materiálů v lékařství.

Než však mohl být jakkoli vyzkoušen, byly mu udělány zářezy pro tětivu.

Testování hotového luku

Úplně první zkouška luku byla provedena na trhacím stroji v laboratoři výzkumného centra NTIS (Nové technologie pro informační společnost). V trhacím stroji se obvykle testují materiály na tah, čili lidově řečeno, co daný materiál, či v tomto případě výrobek, vydrží.

Zkouška prokázala výraznou shodu s modelem. V oblasti středu luku však docházelo k delaminaci jednotlivých vrstev, avšak po vyřešení tohoto problému je luk plně využitelný.

A když už nebyl důvod bát se delaminace a bylo po státnicích a obhajobě, neváhali jsme s vedoucím vyzkoušet luk naplno!

Jestli jste si doteď mysleli, že se na FAV (Fakultě aplikovaných věd) jen sedí za počítačem nebo počítá nějaké matika, doufám, že jsem Vás vyvedl z omylu. 🙂

Pokud by kohokoli zajímaly nějaké podrobnosti, neváhejte mě kontaktovat na: vaclav.hrdlicka@seznam.cz.

Václav Hrdlička