FRP 화살의 스파인에 대한 고찰

[西路 홍성우]

FRP 화살의 스파인에 대한 고찰

1. 서론

이 글은 무거운 화살의 스파인에 대한 고찰을 정리한 글입니다.

FRP 화살은 유리 섬유 강화 플라스틱(Fiber Glass Reinforced Plastic) 폴대를 화살대로 사용한 것입니다.

무거운 화살의 경우 스파인 값은 낮아질 수밖에 없고,

그러한 사실은 활쏘기 행태에 영향을 줄 수밖에 없었을 것입니다.

2. 스파인에 대하여

나무위키의 『화살』「5. 스파인」 부분을 그대로 인용합니다.

화살은 너무 뻣뻣해도 안 되고 너무 출렁거려도 안 된다. 앞서 탄도학에서 말한 궁사의 패러독스 때문이다. 화살이 너무 뻣뻣하거나 너무 출렁거리면 화살이 날면서 제대로 탄성을 잡으며 날지 못해 탄도가 뒤틀린다. 낚으려는 물고기의 힘에 따라 낚싯대의 탄성이 달라야 하듯, 활의 장력과 드로우 렝스에 맞춰 화살 역시 달라져야 한다. 화살대의 뻣뻣한 정도를 수치로 나타낸 것을 스파인(spine)이라 한다.

스파인이 안 맞는 화살을 못 쏘는 것은 아니지만, 명중률의 저하는 각오해야 한다. 삑사리가 잘 나는 화살일수록 스파인이 안 맞아서일 가능성이 크다. 스파인이 안 맞는다면 화살이 직각으로 표적에 박히는 것이 아니라 왠지 비스듬하게 박혀있게 된다. 종종 표적에 맞고도 안 박히고 튕기는 수도 생긴다. 

스파인은 화살대의 양끝을 고정하고, 중심에 무게추를 달았을때 얼마만큼 휘는지 측정한 값이다.[11] 0.5인치 휘었다면 500스파인이라고 표기한다. 즉 스파인값이 높아질수록 잘 휘는 화살이다. 화살대 자체의 스파인 값은 스태틱 스파인(static spine)이라고 부른다.

실제로 활을 쏠 때 화살이 휘는 양은 화살에 사용된 부품의 영향을 받는다. 같은 화살대를 사용하더라도 길이가 길어질수록, 촉이 무거워질수록 실제 화살이 휘는 양은 더 커진다. 이런 요소를 모두 고려한 스파인 값을 다이나믹 스파인(dynamic spine)이라고 한다. 따라서 화살의 스파인이 활의 요구 스파인과 맞지 않는 경우 촉의 무게를 변경하거나 화살대의 길이를 줄이는 방법으로 스파인을 맞출 수 있다. 

일반적으로 활의 장력이 셀수록 뻣뻣한 화살, 즉 스파인이 낮은 화살을 사용해야 한다. 같은 장력을 가진 활인 경우라도 활의 종류에 따라 적정 스파인이 달라지는데, 컴파운드 보우는 같은 장력으로도 리커브 보우보다 에너지를 많이 축적하기 때문에 스파인이 강한 화살을 사용해야한다. 대부분의 제조사는 자사 화살에 대해 활 종류, 장력에 대한 적정 스파인/길이를 표시한 표를 제공하며, 아예 제품명에 적정 장력을 표기한 제품도 있다. 스파인 표를 참고하여 화살대를 선택했음에도 비행이 불량한 경우가 있는데, 이는 활이 요구하는 실제 스파인과 화살의 다이나믹 스파인이 맞지 않기 때문이다. 깃을 달지 않은 화살과 깃이 달린 화살을 쏘아 어느 방향으로 틀어지는지 확인하는 베어샤프트 튜닝으로 스파인이 맞는지 확인할 수 있다. 시행착오를 줄이고자 한다면 활과 화살의 다이나믹 스파인을 계산해주는 프로그램을 참고하여 화살 스펙을 정하는 것도 하나의 방법이다.

☞ 인용문의 출처 : 나무위키 화살 5. 스파인, https://namu.wiki/w/화살

스파인 값이 클수록 더 많이 휘는 화살이며, 약한 허리힘을 갖습니다.

스파인 값이 작을수록 더 적게 휘는 화살이며, 강한 허리힘을 갖습니다.

3. 스파인에 영향을 주는 요소

화살의 스파인에 영향을 주는 요소들은 다음과 같습니다.

① 화살대의 굵기와 탄성

화살대의 스태틱 스파인을 의미합니다.

② 활의 세기

활의 장력이 세질 수록 더 낮은 스파인이 요구됩니다.

③ 화살촉의 무게

화살촉의 무게가 증가할수록 더 낮은 스파인이 요구됩니다.

화살촉의 무게는 화살의 무게 중심을 결정하는 중요한 요소입니다.

일반적으로 화살의 무게 중심이 앞에 있는 경우, 화살의 비거리는 짧아지지만 탄착군이 집중됩니다.

활터 용어로는 '통은 잘 서지만, 한(사거리)을 맞추기 어렵다'  정도로 표현할 수 있습니다.

화살의 무게 중심이 화살 길이 중앙에 가까울수록, 화살의 비거리는 길어지만 탄착군이 분산됩니다.

활터 용어로는 '한은 잘 맞지만, 통을 세우기 힘들다' 정도로 표현할 수 있습니다.

④ 화살의 길이

화살의 길이가 증가할수록 더 낮은 스파인이 요구됩니다.

다음의 표에서는 활의 세기, 화살촉의 무게, 화살의 길이 3가지를 기준으로 적정 스파인을 찾을 수 있습니다.

<표 1. 적정 스파인의 선택 - 활의 세기, 화살촉의 무게, 화살의 길이>

☞ <표 1>의 출처 : https://www.blackeaglearrows.com/arrowsizingchart-a/254.htm

⑤ 궁사의 깍지 떼임 실력

빨래줄처럼 날아가는 화살은 스파인이 좋다고 할 수 있습니다.

⑥ 깍지의 길이와 각도

궁사의 패러독스는 화살이 물고기처럼 헤엄치는 현상을 의미합니다.

패러독스(역설)이라는 것은 '만작시 화살이 표적의 중앙을 향하지 않도록 해야만 화살이 중앙에 맞는다'는 것을 의미합니다.

컴파운드 보우의 릴리즈를 사용하면, 궁사의 패러독스 현상이 줄어듭니다.

석궁의 경우도 방아쇠를 사용하기 때문에, 스파인이 강한 화살대의 볼트를 주로 사용합니다.

깍지를 사용하는 경우에는 깍지의 길이와 각도에 영향을 받습니다.

깍지의 길이가 긴 경우는 궁사의 패러독스 현상이 커집니다.

깍지의 각도가 큰 경우는 궁사의 패러독스 현상이 줄어듭니다.

다음의 그림은 깍지의 길이에 따른 현의 궤적을 과장되게 표현한 그림입니다.

<그림 1. 깍지의 길이와 각도에 따른 현의 궤적>

<그림 1>에서 깍지 1은 길이가 짧고 각도가 급한 깍지 형태를 도식화한 것이고,

깍지 2는 길이가 길고 각도가 완만한 깍지 형태를 도식화한 것입니다.

암깍지의 경우는 엄지 끝을 검지로 잡느냐 중지로 잡느냐에 따라서 

깍지의 길이와 각도가 달라지게 됩니다.

4. FRP 활대의 스파인 측정

1) 스태틱 스파인

버니어캘리퍼스와 물병을 이용하여, 스태틱 스파인을 측정해 보았습니다.

물병은 중량을 2 lb로 맞추었으며, 화살대의 간격은 28 인치입니다.

몇 번의 측정을 통하여 FRP 화살대의 스태틱 스파인은 약 150정도는 되는 것으로 확인되었습니다.

<그림 2. FRP 화살대의 스태틱 스파인 측정>

<그림 3. 전자식 스파인 측정기>

☞ <그림 3>의 출처 : http://www.merlinarchery.co.uk/bearpaw-digital-spine-tester.html

FRP 폴대는 유리 섬유 강화 플라스틱(Fiber Glass Reinforced Plastic)으로 만든 폴대입니다.

일반적으로 FRP는 내구성, 내열성, 내습성, 내부식성 등이 강하며, 충분한 강도와 가공성을 가지고 있습니다.

사용된 폴대는 직경 11mm 나무색 폴대로서, 텐트의 구조물에 사용되는 것입니다.

폴대 안에는 직경 4.3mm의 원통형 빈공간이 있습니다.

<그림 4. 나무색 FRP 폴대>

☞ <그림 4>의 출처 : 유엔씨폴주식회사, http://uncpole.com/sub07/01_03_01.php

실험에 사용된 11mm 나무색 FRP 폴대는 유엔씨폴주식회사의 제품입니다. 

2) 다아나믹 스파인

국궁장에서 쉽게 할 수 있는 다이나믹 스파인 측정하는 방법은 고침장 쏘기입니다.

두 번째 방법으로는 느린 영상으로 촬영하여 화살이 나가는 것을 확인하는 방법입니다.

최신 스마트폰은 슬로우 모션 동영상 촬영을 지원하기도 합니다.

다음의 동영상들은 FRP 화살의 발시 장면을 GIF 파일로 만들어 본 것입니다.

GIF 파일의 편집은 소프트웨어 꿀캠을 사용하였습니다.

480 프레임 카메라로 16배속 촬영을 한 후에 동영상을 GIF 파일로 만들고,

GIF 파일의 프레임 간격을 25배 늘렸습니다.

약 400배 느린 영상이 됩니다.

<동영상 1. 300그램(8량) 화살의 스파인 - 114 파운드 더블 보우 사용> 

<동영상 2. 225그램(6량) 화살의 스파인 - 114 파운드 더블 보우 사용> 

<동영상 3. 225그램(6량) 화살의 스파인 - 80 파운드 가야궁 사용> 

<동영상 3>에서 FRP 화살은 앞 나는 방향으로 꺽어져 비행합니다.

몇십 번을 쏘아봐도 결과는 비슷했습니다.  

이것은 화살의 스파인이 활의 세기에 비하여 너무 강하다는 것을 의미합니다.

일반적으로 궁국의 경우 허리힘이 약하면 (= 스파인 번호가 높으면) 뒤가 나고,

허리힘이 강하면 (= 스파인 번호가 낮으면) 앞이 납니다.

<그림 5. 화살의 적정 스파인>

☞ <그림 5>의 출처 : Pinterest, https://www.pinterest.co.kr/pin/563231497123869386/

다음의 사진은 실험에 사용된 장비들입니다.

<그림 6. 측정에 사용된 장비>

① 개량궁 더블 보우

동이궁 단궁 64 파운드와 가야궁 중궁 80파운드를 사용하여,

알루미늄 막대 사각틀로 연결하였습니다.

연결줄의 길이를 조절하여, 활의 파운드를 90~130로 조절하여 사용할 수 있습니다.

② 300그램 FRP 화살

화살의 총 무게가 300그램(8량)이 됩니다.

화살촉은 납을 녹인 후 원뿔형 주물틀에 성형하였습니다. 

③ 225그램 FRP 화살

FRP 화살대만의 길이는 90센티미터이고, 검정 테이프가 감겨진 부분까지의 길이가 2자 6치 정도 됩니다.

활을 연결하는 사각틀로 인하여, 화살을 길게 사용하게 되었습니다.

화살대만의 무게는 약 139그램이고, 화살대의 총 무게는 225그램입니다.

화살촉은 호수를 연결하는 보조 철물과 납, 콘크리트 못을 사용하여 제작하였습니다.   

④ 동선사 화살

동선사 화살 8.75돈 6.5치입니다.

화살의 스파인 번호는 350입니다.

⑤ 삼성 EX2F 카메라

480프레임 영상의 촬영에 사용되었습니다.

480프레임 촬영 시간은 10초 정도로 짧습니다.

때문에 혼자서 <동영상 1 ~ 3>을 촬영하는데, 급하게 할 수 밖에 없었습니다.

원래 안좋은 발시 동작이 더 안좋게 촬영된 이유이기도 합니다.

⑥ 물병

1리터 플라스틱 물병에 2파운드의 물을 채워, 스파인을 재는 추로 사용하였습니다.

⑦ 버니어 캘리퍼스

측정 도구들이 디지털화 되면서, 사용하기 편해진 것 같습니다.

6. 실험 결과 분석

1) 육량전의 적정 스파인 추정

육량전의 스파인을 다음과 같이 추정합니다.

육량전의 화살대 스파인은 최소한 100번 대이었을 것이다.

이러한 것은 <동영상 1 ~ 3>의 결과에서 추정할 수 있습니다.

114 파운드 더블 보우를 사용하여 스파인 150번 대의 FRP 화살을 쏘았을 경우,

화살의 비행 상태가 나쁘지 않았습니다.

반면에 80 파운드 가야궁을 사용했을 때는 화살의 비행 상태가 불량했습니다.

같은 스태틱 스파인을 가진 화살이라도, 활의 세기에 따라 다이나믹 스파인이 다르게 된 것입니다.

2) 두 종류 이상으로 추정되는 육량전 화살대

화살의 다이나믹 스파인은 활의 세기에 영향을 받습니다.

따라서 다음과 같은 사실을 유추할 수 있습니다.

① 육량궁을 충분히 당기기 못한 경우, 육량전의 비행은 앞 나는 방향으로 치우쳤을 것이다. 

② 육량궁을 충분히 당겼을 경우, 즉 육량전이 80보 정도 날아가는 정도로 당겼을 경우,

육량전의 비행은 좋았을 것이다.

③ 육량궁을 과도하게 당겼을 경우, 육량전의 비행은 뒤 나는 방향으로 치우쳤을 것이다.

심한 경우에는 화살이 부러질 수도 있었을 것이다. 

④ 육량전을 과도하게 당길 수 있는 궁사에게는 더 강한 허리힘을 가진 육량전이 제공되었을 것이다.

즉 두 종류 이상의 육량전이 무과에 사용되었을 것이다.

⑤ 궁사의 기량에 따른 다이나믹 스파인의 변화는 궁사의 부상을 초래할 수도 있었다.

이에 따라서 줌손을 보호할 보호구, 활장갑의 착용 여부가 선택 또는 강제되었을 것이다.

⑥ 육량전을 쏘기 전에, 육량궁을 빈활로 당기는 시험을 선제적으로 실시했을 것이다.

이러한 시험을 통하여 약한 궁력으로 무리하게 도전하는 궁사들을 추려내었으며,

강한 궁력을 가진 궁사에게는 강한 허리힘을 가진 육량전을 제공했을 것이다.

7. 맺음말

이 글은 무거운 화살 멀리쏘기 연습을 하면서 생각했던 내용을 정리한 글입니다.

강궁은 백해무익하다.

맞는 말입니다.

필자가 무거운 화살 쏘기 연습을 하는 이유는 편안하게 쏘기 위해서 입니다.

무거운 화살을 편안하게 보내는 방법이라면, 정사론에서 제시하는 활쏘기에서 크게 벗어나지 않을 것이기도 합니다. 

혹자는 가벼운 화살을 쏘면, 편안하다고 주장할 수도 있습니다.

그런데 고려시대와 조선시대에서 가벼운 화살과 약한 활은 무기로서의 성능을 발휘하기 힘들었습니다.

1982년에 인양된 영국의 메리로즈호에서 워보우(롱보우, 장궁)들이 발굴되었는데,

조사 결과 150 ~ 170 파운드의 장력을 가진 것으로 파악되었습니다.

현재 영국에서는 워보우를 복원하여 즐기는 사람들이 있습니다.

우리나라에는 육량전과 육량궁에 대한 기록들과 일부 유물들이 현존합니다. 

육량전과 육량궁의 가치에 대하여 무관심하거나 폄하할 수도 있습니다.

그러나 전통 문화로서 우리의 국궁에 애착을 갖는 선배 선사분들이라면,

육량전과 육량궁에 관심을 가져보는 것도 괜찮지 않을까요?

영국의 워보우에 대한 영국 궁사들의 관심 만큼은 아니더라도요? 

[설향]

옛말에 궁시는 합이 맞아야 한다. 오늘도 활 공부 많은 도움이 되었습니다.^^

[자연인]

활 배웁니다.

[serang]

좋은 게시물입니다.
위와 같은 논리로 개인적으로 저는 육량전의 화살대는 대나무가 아닌 목시였을 가능성이 높다고 추론하고 있습니다.
남은 유물중 목시 유물이 없는지 유심히 살펴봐야 한다고 생각합니다.

[西路 홍성우]

일리가 있네요.

육량전을 작은 투창 정도로 생각하면요.

[한산]

쏘는 방법에 따라 스파인의 영향을 받지않고 화살을 표적에 보낼수 있다면 구지 스파인이 중요 안할수도 있습니다.

전쟁중에는 내 화살만 고집할수 없는 상황이 있을수 있고. 나(활)와 맞지않는 스파인. 무게. 길이를 극복하고 쏘아서 표적에 보내야할 상황에 적합한 쏘임을 궁리해볼 필요가 있습니다.

궁사가 동료의 화살을 얻거나 적군의 화살을 주워서 무게를 가늠해 보고 줌손을 얼마만큼 들거나 낮추어서 쏘아야 표적에 날아가는지 연습하고 숙달되는데 대하여 스파인때문에 좌우편차가 난다면 그 쏘임은 별로 권고할만하지 않는 궁체일 것입니다.

[한산]

어떠한 종류의 화살이든지 일정한 방향으로 쏘아지고 무게에 따라 줌손을 좀더 들거나 낮추어서 쏘는 사법. 궁체가 있다면 널리 배워서 권장할만 하다고 할 수 있을 것입니다.

활을 세우면 세울수록 스파인의 영향을 많이 받고. 눕히고 짤힘을 많이 사용하면 스파인의 영향이 줄어듭니다.

그 적정선을 궁사가 찾아볼 필요가 있을것입니다.

정사론의 활쏘기에서 궁체를 특정지우지 아니했다고 단순히 강궁을 당기는 것으로 정사론의 활쏘기를 다 했다고 말하기 어려운 지점이라고 봅니다.

무과가 있을 당시 당연하던 궁체가 세월히 흘러 다 잊혀지고 턱밑살대 게발깍지 일색으로 변했는데 정사론의 복귀는 강궁을 당기는 힘쓰기 뿐만 아니라

[한산]

조선중기 임란전후 및 무과가 성행하던 당시의 궁체로 쏘는 것도 정사론 활쏘기를 (복원)배우는 과정중에 포함되어야 하지 않나 생각합니다.

그 방법론으로 실전적 활쏘기에서 화살의 스파인에 상관없이 항상 일정한 방향으로 화살이 쏘아지고, 화살의 무게에 따라 줌손을 더 들어주거나 낮추거나 해서 쏘았을 것으로 추정되기 때문에, 리커브 궁체나 그것을 가차한 활터 턱밑살대 게발깍지는 전통활쏘기가 될 수 없을 뿐만 아니라 인체와 활이 어우러져 최적의 쏘임을 만드는데 부적합하다고 판단되어 지는 것입니다.

10년 1만시간의 법칙에 따라 10년을 한하고 맞추기로 작정하고 쏘았으면 145하나는 귀신같이 맞추어야 할것이고,

[한산]

우리 활쏘기의 최적화에 관한 궁체를 연구했다면 기본적인 가설정도는 확립해야 할터인데, 활판에서는 10년쏘아서는 명함도 못내민다고 주장하고 30년을 쏘아도 우리활의 근본 이치에 접근도 못하는 답답한 사람들이 죽치고 앉아서 우리활과 활문화의 발전을 저해하는 무리들이 많이 있는 것 같습니다.

모 단체의 교두라는 사람은 자기가 못쏜다고 생각하지 않고 전통궁체를 “사벽”이다 이렇게 주장하고 있으니 10년 활쏘기 공부 도로아미타불이 되어서 안타깝기 그지없는 현실 입니다.

정사론의 힘쓰기는 전통궁체에 기반한 힘쓰기 방식이 되어야 할 것이고, 정사론의 궁체는 스파인에 상관없이 쏘아지는 궁체였을 것이라는 것을 추정합니다

[西路 홍성우]

가속하는 물체에는 힘이 걸리게 되어 있습니다.
225그램 화살은 느리게 비행하지만, 가속하는 시간은 불과 0.02초 정도에 불과합니다.

궁사의 기량이 화살의 비행을 좌우하는 중요한 요소인 것은 맞지만,
그것도 궁시의 합이 맞아야 가능하다고 생각합니다.

강한 활을 가진 궁사가 약한 허리힘을 가진 적의 화살을 쏘려면,
활을 조금 덜 강겨서 활의 허리힘에 맞추어 쏘지 않았을까하고 추측해 봅니다.

[한산]

활은 호쾌하게 쏘는게 기본입니다. 강궁으로 스파인이 약한 약시를 쏜다하여 반작으로 쏘았을 것이란 추론은 부적합해 보입니다.

살촉이 무겁고 스파인이 약해서 강궁으로 쏘아 살대 중앙이 부러질 화살이라면 애시당초 화살을 시위에 걸면 안되는 일입니다.

만작해서 발시했는데 살대중앙이 부러지지 않고 버틸수 있는 화살이라면 맹렬히 쏘는게 기본중에 기본인 것입니다.

그러니 무과급제자들은 화살의 스파인에 상관없이 일정하게 쏠수 있는 궁체를 개발하고 연마한 것이라 봅니다.

[설향]

저도 전에 생각을 해본적 있습니다. 조선시대 무과시험땐 활은 본인것으로 사용 했으나 화살은 시험장(길이, 무게, 굵기 등이 상이했음)의것으로 했다고 했는데 그 화살로 급제를 할 정도면 궁사의 궁체, 경험, 감각 등이 중요요소가 되었음을 알수 있습니다. 한산님의 글 일리가 있다고 봅니다.^^

[자연인]

카본시는 생산시 일정하게 만들수 있지만 죽시의경우 각 矢 마다 무게중심이 다르고 화살대의 굵기도 달라 같은길이와 중량의 화살이라도 허리힘(스파인)이 다르다고 할 수 있습니다. 허리힘에 따라 화살의 직진성 및 속도를 좌우할것으로 보여지므로 위의 자료는 활쏘기에 화살을 선택하는데 큰도움이 될것 같습니다. 조선 무과시험에서 5자5치의 정량궁[철전(육량시)사용]의 경우 3矢에 1矢가 80보(96m)를 넘어야 합격이었다고합니다. 따라서 무거운 화살에는 그에 맞는 각궁이 필요했다는 것이겠지요. 궁시의 조합이 잘 이루어져야 성능이 제대로 나온다고 할 수 있으니 어느것이 더 중하고는 할 수 없다고 봅니다. 활 공부 잘 했습니다.

[한산]

(쏘임에 따라서는)스파인의 영향을 받지않고 일정한 통을 가지고 날아가게 쏘는 (사법)궁체가 있습니다.

무게.굵기.길이가 같은 죽시인데 스파인이 달라 이리저리 흩어져 날아가게 쏜다면 제대로 쏜 활도 아닐뿐만 아니라. 쏠때마다 달라서 매번 화살마다 다르게 쏘아야 한다는 결론인데. 이것은 우리활과 전통궁체에 대한 몰이해를 나타낸다고 봐야 할 것입니다.

어떤 스파인의 화살이든지 일정한 방향으로 쏘아지고 화살무게에 따라 줌손을 더 들어주거나 낮추어서 쏘는 궁체를 연마하면 스파인문제는 간단히 해결되는 것입니다.

[한산]

부드러운 활로 육량시를 쏘면 뒤나고, 강궁으로 육량시를 쏘아 앞난다면 그 궁사는 우리활을 제대로 쏠줄 모르는 궁사라고 봐야 할 것입니다.

육량시를 연궁이나 강궁이나 일정한 방향으로 쏘아지고, 활의 세기에 따라 화살의 비거리가 차이가 나게 쏘아야 제대로 쏘는 활로 볼 수 있습니다.

반대로 자기힘에 맞는 활로 어떠한 스파인의 화살을 주어도 일정한 방향으로 쏘아지게 궁체를 다듬어야 합니다.

그 다음 화살무게에 따라 줌손을 들거나 낮추어서 표적을 맞출수 있는 궁체가 제대로 된 전통궁술입니다.

리커브 궁체를 가차한 활터의 과녁옆으로서기 턱밑살대 게발깍지가 전통궁체가 될 수 없는 이치이기도 한 것입니다.

[자연인]

활 배웁니다. 좋은글 감사합니다.