第十四节 踏张弩与杠铃
作者:法拉第      更新:2017-12-19 12:26      字数:7748

第二天上午接着到“驾校”学习,姜海涛开始能地同时控制六条缰绳,并使用策了,可以让驷马战车小步前进与后退。但转弯、小跑还是不行。

下午来到工场,豫已经造了好50支小弩箭,包括20支V形箭头,20支三棱箭头,10支针式箭头。一些缴获的破损皮甲也已经送来。

姜海涛首先让豫对三种小弩箭的50步、100步射击精度进行了测试,结果基本上符合他的预料:它们在50步外对一人高的草靶,都是百发百中;甚至到60步,也能百发百中。但是100步外,命中率就只有30%,比射普通箭时反倒低了!然后他们再用臂张弩射这种小弩箭,60步外基本是100%,但100步外的命中率只有25%。这和射普通箭时相比,50步的命中率高多了,但百步之外提高不多。最后还是豫提醒了他:弩箭太轻,不利于射远。姜海涛马上明白,这是因为阻力的影响大了,小弩箭速度降得快。另外弩箭小了后,重量误差、阻力变化等因素的影响都会更大,造成距离越远,散布增加越大。

至此,姜海涛得出一个结论:臂张弩射小弩箭比较合适,能够对付60步内的目标;踏张弩对60步内的目标,两种箭都行,但对付百步外的目标,还是用普通箭更合适。[注021401]

随后他们开始进行箭的穿甲试验。用踏张弩抵着皮甲射,能够让每一箭都命中目标点,但显然要比飞了50步、百步之后的箭威力大;到50步、百步之外射,又散布大,需要布置一大片皮甲。要这么作试验,显然很不方便。这时姜海涛昨天对箭进行的剩余能量测试就起作用了。

根据昨天的测量结果,他认为这些箭飞50步后,剩下的动能是最开始的90%;百步以后普通箭还剩下85%的动能,小弩箭估计还剩75%。他告诉豫,按照普通箭的重量为标准,造一些1/5、1/6、1/9重量的小木块。然后他让人把校弩架放到草靶跟前,瞄准上面的一些小甲片。在弓弦后,他绑上了一块1/5重量的木块,再放上一支普通箭。井不解地问他,绑这个木块干什么。姜海涛于是反问他,如果把这个木块和箭看作一体,那么箭的重量占多少比例?“5/6。”井又想了一下:“大约83%。明白了,这个比例就是你说的箭的剩余能量。原来你是用这办法降低箭的速度,让它像百步之外射来的。”豫也明白了这个道理:“那换成1/9的木块,就像50步外射来的箭。1/6的木块呢?85%以上,好像比百步之外的箭高啊?”井反应更快:“这1/6,是用到小弩箭上的,相当于1/3,那就是75%,百步之外的小弩箭。”

随着他们俩的解释,其他工匠们也逐渐明白了姜海涛的目的。豫却认为姜海涛这种“模拟”还有不足:“可是公子,百步之外射来的箭,不会平着扎到皮甲上吧?那些箭都是往下飞的。”“所以,我们不仅要把皮甲竖着放,还要把它们斜过来,比如这样。”姜海涛扶住挂有甲片的草靶上方,向校弩架方向倒过来。“这样,不就相当于箭从上面飞下来,扎到皮甲上吗?”豫和大家都恍然大悟。姜海涛让一个工匠找来一段麻绳,拴在草靶的上方,让它前倾。

其实这个问题,他在对小弩箭进行精确度测试的时候就想到了。当时他立刻联想到坦克上的倾斜装甲。书刊上介绍坦克主装甲,还有破甲弹、穿甲弹的穿甲能力时,经常说什么“60°角100毫米厚均质钢装甲”。皮甲倾斜后,自然也相当于增加了厚度。更何况箭都是要从天上落下来,最远时射箭的仰角都有20来度,落下来的角度肯定要比20度还大。如果从城头往下射,角度更大。再考虑到人身上可不是平的,腰啊、腿啊什么的都是圆的,姜海涛觉得有必要在大倾角下射一射皮甲。为了模拟大多数情况,他决定在垂直和45°角两种情况下都试一试。

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这又是一样麻烦活。虽然距离近了,每一箭都能准确射到目标甲片上,但姜海涛要求井他们不仅记录下每一箭是否穿透,还有穿过去多少。可惜这项试验没进行多久,50支小弩箭,还有50支普通箭就报废了。

试验结果有点出乎姜海涛的预料。针式箭头的小弩箭表现很差,只有垂直射到皮甲后才能穿透,斜撞上去的全部弯折。V形箭头的小弩箭表现也不咋的。三棱箭头的小弩箭表现不错,在75%剩余能量的情况下,可以穿透垂直的皮甲,45°角的也能穿过一半。姜海涛不用木块,发现三棱箭头的小弩箭可以穿透任何情况下的皮甲。可惜小弩箭不够多,他没能试验90%剩余能量的情况下,穿透率是多少,只能估计在90%以上。普通箭则不论V形箭头还是三棱箭头,只要用踏张弩射,都能轻松穿透任何角度的皮甲。

豫对于这个结果感到非常惊喜,因为普通弓箭在50步外,也会有大半穿不透皮甲,而踏张弩可以百分百穿透。井则根据姜海涛教的数学知识,对这些弓弩的效果进行了一番理论计算:

普通弓箭对50步的甲士,命中率80%,穿透率不到50%,因此总的杀伤概率低于40%;百步之外命中率不到20%,穿透率大概只有30%,因此总的杀伤概率不到6%;

踏张弩射普通箭,60步内命中率100%,穿透率100%,总杀伤率100%;百步之外命中率40%,穿透率100%,总杀伤概率40%;

踏张弩射小弩箭,60步内命中率100%,穿透率超过90%,总杀伤率超过90%;百步之外命中率30%,穿透率75%,总杀伤概率22%。

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这个对比虽然是算出来的,但豫和其他工匠们都感觉事实也会如此。皮甲还是比较金贵,于是他们建议姜海涛去找养敖将军多要些箭,最好几百支,然后他们锯一些厚木板,拼成大靶子,在50步、100步外用弓、弩试射,检验一下这个理论计算。姜海涛看出他们是想在养敖将军和那些弓手面前再露一会脸。不过这个尽量接近实战的试验也确实有必要,于是他答应了。

不过姜海涛感到还有点不足,因为他想知道臂张弩射出的小弩箭穿透力如何。射普通箭,估计穿透力比普通弓箭强不了多少,因为它的速度没快多少。可惜现在箭都坏了,只能等再次铸造一些小弩箭后试验。

他同时还发现了一个问题:自己现在没有合适的计量单位。箭的动能,都是根据草靶的重量和摆动高度,用“石寸”表示的。比如踏张弩射出的普通箭,可以让那个5石重的草靶荡高7.4寸,它的动能就被记为“37石寸”。这玩意和自己物理课上学的“焦耳”之类的怎么换算?还有怎么算出箭的速度?这里面可有重力加速度的问题。

这么复杂的问题,姜海涛准备留到以后再慢慢琢磨。他选了几支损坏比较小的小弩箭,用臂张弩射出去,测量它们的动能,结果得到17.3石寸的结果。这个数字和踏张弩37石寸相比,不到一半,但比普通弓箭的16.6高一些。小弩箭的重量是箭的一半,因此它们俩的速度应该差不多。如此推测下来,臂张弩射小弩箭,威力能比普通弓箭强,但恐怕不容易超过踏张弩。他又想起了穿甲弹。同样速度下,即使重量只有对方的一半,但如果穿甲弹的截面积也只有一半,那穿甲效果并不一定差。这好像就是什么压力、压强的关系。

想明白这点,姜海涛开始拿着小弩箭仔细观看。豫是用一种比较细的竹杆制作这支小弩箭,长度据说是一尺半,前面插着一个按比例缩小尺寸的箭头。豫还告诉他,在这么细的竹竿尾部粘羽毛,挺麻烦的,所以这种小弩箭造起来比普通箭还麻烦。姜海涛这时突然想起一个水浒人物的名字,“没羽箭”张什么来着?是不是用没羽毛的箭?

于是他问豫,这小弩箭能不能干脆不要后面的羽毛,造得更细小些,比如从现在的2两降到1两?豫一听这个,就说那怎么行,没有羽毛箭会乱飞的。姜海涛接着问他,只射几十步的情况下,比如30步、40步,也会乱飞吗?这下豫就说不准了,想了半天后回答说:不要羽毛就能造更小更轻的箭,初速肯定能更快。但他随后提出两个问题。一是1两比较难,因为青铜箭头的尺寸可能太小了,即便能铸造出来,也可能太脆或太软,扎不透皮甲,1两半大概还可以。二是这种没羽毛的箭飞多远后就没了准头,恐怕得试一试才能知道。姜海涛心想只要能在40步内不失准头,这种“没羽箭”也不失为一种好选择,可以和普通箭搭配使用,降低青铜消耗量,增加弩手的携弹量,不,应该是携箭量。

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豫带领几个人去试造更小的弩箭,其他人则被姜海涛派去制造一号弩机,也就是那个准备给十弓车弩用的,扳机力很小、尺寸较大的弩机。为了提高挂弦时的可靠性、方便性,工匠们已经想出了一些改进方法。最大变化就是把一号弩机掉了个头,扳机在后,旋牙在前。当初在蓼城制造的十弓车弩,已经被拉来三辆供他们改进。姜海涛自己就蹲到它们旁边,考虑如何装一台绞车,这样只需要俩人就可以拉动弓弦。

大小滑轮的直径之比,就是省力的程度,这个基本概念他还是记得很清楚。原先十人拉弦,现在俩人,自然意味着大小滑轮的直径之比要达到五倍。考虑到滑轮轴在弓弦的拉力下,还会有不少阻力,因此这个大滑轮尺寸可不小。当然在绞车上,大滑轮变成了几根长长的杆。拉动弓弦的绳索就绕在小滑轮,或者说绞车的轴上。姜海涛以车轮的轴为参考,又询问过轸老头后,发现这根绞车轴怎么也得5寸的直径。照此一算,绞车杆得3尺长,转起来后直径6尺。这已经快和车轮一样高了,要想在十弓车弩后面装这么大一个绞车,还真没有合适的位置。

怎么办呢?

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姜海涛没坐多久,就到晚饭时间了。但他此时已经想出了解决办法,也很简单:把绞车倒下来,变成水平的绞盘。最先提醒他的记忆,还是电影《加勒比海盗》中那魔鬼海盗船上的大绞盘,放出巨大章鱼的那个东西。随后记忆中有关绞盘的东西又跑出不少。比如《指环王》中莫多城堡的大门,就是几个大怪兽通过绞盘转开的。

想法一出,他立刻把轸老头叫过来,告诉他自己要在十弓车弩的后面装一个垂直的转轴,绕上绳子拉弦,轴上装六根木杆。轸老头听完他的讲解后,想了想才明白:“公子,你是不是想让两个人站在这个什么绞盘两边,抓住这些杆转,绳子就把弦拉过来了?”“对。这和十弓车弩上原来用的拉杆式扳机,还有我们现在弩机里用的杠杆都是一个道理,可以省力。”“可是公子,那样虽然人少,但转起来肯定比十个人拉绳时慢啊,这样有用吗?”

这问题姜海涛当然也考虑过。任何杠杆、滑轮,都会在省下一半力气的同时,增加一倍的做功距离。考虑到摩擦等因素,甚至省不到一半力气,就得多拉一倍的距离。对于十弓车弩这种射速已经偏慢的东西,省几个人当然没多大好处。但姜海涛的目的是借此机会试验一下这种新机构,看看今后能不能再加大十弓车弩的拉力,造出一种威力更大的弩。

于是他对轸老头说:“如果我们以后发现十弓车弩的威力不够了,还要再加大。比如再加大一倍,那是不是需要20多个人拉弦?”轸老头点点头。“这时候,人就有点多了,后面可不容易站下来,还容易遭到敌人攻击。这时候如果有这种绞盘,虽然射速低了,但可以省下不少人手。再说,有了这个绞盘后,十弓车弩后万一有不少拉弦手伤了,还能有个备用的方法,不至于完全无用。”

轸老头睁大眼睛看着他:“公子,你这十弓车弩已经够厉害了,还要更厉害?”“不错。虽然它现在看起来很厉害,但以后会有更厉害的盾,也就需要更厉害的弩。我们甚至还可以射城墙。”轸老头似乎更惊讶了,但张了张嘴后,没再说什么。

姜海涛心说你当我愿意找这麻烦?谁让我落难到了这么一个小小的胡国,还被那该死的归豹盯上了。东吴西楚,哪一个都是随时会灭掉胡国的主,自己作为归豹的跟班能有好下场?没得选,只能想法壮大归豹的力量,争取不被什么吴啊楚啊的给灭了。

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当晚,姜海涛本打算养敖来后向他提出要箭的事,结果没想到养敖没来。虽然有点奇怪,但姜海涛也没太在意,自己正好总结一下这几天的工作成绩。

臂张弩、踏张弩、小弩箭,这三样新东西的设计和试验,让他总结出一条经验:今后再设计新东西,第一步是要进行详细的理论计算,第二步就是考虑具体的制作工艺,第三步是考虑如何进行检查、试验和修改,然后再开始制造;而制造,也应该是第一步造需要的特殊工具,第二步是造检查、试验器材,第三步再造这个新东西本身。

对于弩,他根据记忆中的知识,感觉今后肯定还有很多需要设计的新种类。而设计任何新弩,拉力、拉长多少,如何实现那么大或者那么小的拉力、拉长,是第一步关键。这也直接关系到弩箭能够获得多大能量。第二步关键就是这种新结构的弩,能量转换效率能达到多少。根据他从十弓车弩到今天的臂张弩、踏张弩总结的经验,它们一般是越轻的箭,能量转换效率越低;越重的箭,转换效率越高;重到一定程度,就接近0.4了,这似乎是个最大值。

箭的飞行速度对射程、精度的影响,姜海涛知道这应该属于弹道学知识。抛物线方程他自然很熟悉,但现在根本没有测量箭速的手段。摆动的草靶可以测量动能,多次测量后的平均值也应该能比较准,但从那玩意怎么换算成速度,他可没想明白。

还有空气阻力。记得自己刚开始对兵器感兴趣,看一篇介绍南非G-5榴弹炮的文章时就亲自算过:它的炮弹初速897米/秒,按照无阻力的抛物线方程计算,最大射程是82公里,可实际上是30公里。后来据说用什么底排增程弹、低阻弹等等,也不过提高到40公里,加上火箭助推后到50公里。由此可见空气阻力影响之大。自己现在面对的弓箭、弩箭,虽然不可能有每秒几百米的速度,但根据目测,也应该是每秒几十米了。而且箭还是木头的,长长的,后面有羽毛,飞出去摇摇晃晃。按照养敖的说法,箭杆离弦时还是弯来弯去的,那阻力情况显然更复杂。

看来理论计算是没戏了,所以对于箭的准头,只能主要靠试射来研究。

箭的重量、速度,还有箭头形状,这就直接关系到它的穿甲能力。从今天的情况看,自己有必要掌握一套箭的动能、重量、尺寸、箭头外形,和穿甲能力之间的表。特别是箭的动能大小和穿甲能力。今后自己再设计新的弩,就能减少一道大量消耗箭的试验环节,直接根据穿甲的最低动能要求,测量出新弩的有效射程。

想到这,他准备让豫,这个过去就是造弓箭的家伙专门负责这项工作。不过转念一想,应该还有一项更重要的工作需要他去做,那就是为自己定做一把踏张弩。两张弓的3.2石,几乎相当于自己体重的一倍半,一个成年人了。自己虽然可以拉开这么强的踏张弩,但挺勉强的,不仅速度慢,而且拉个两三次,双臂就累得够呛,端弩都晃悠。1.6石拉起来还行,但和弓比起来,它储备的能量只多27%。靠这点提高程度,自己未必能通过射术考核。那可是给那些练过多年射箭的家伙准备的。应该把拉力从1.6石提高些,但能提高多少,又不至于让自己太累,可得好好试一下。

姜海涛把轸老头和井叫过来,和他们商量了一会,交待他们明天上午去工场后,完成下面几个工作。一是让豫造小弩箭,二是造很多木板当靶子,三是制造绞盘,四是造一把可以调整弩臂长度的弩,五是造一个杠铃。

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[注021401]:

普通弓箭的速度为41.2米/秒;臂张弩射普通箭,速度46.6米/秒;踏张弩射普通箭,速度61.3米/秒。

臂张弩射40克箭时,效率降到0.3,箭速提高到59.3米/秒。

踏张弩射40克箭,效率也降到0.3,箭速提高到80.3米/秒。