第二十九节拉弦器、抽水机
作者:法拉第      更新:2017-12-19 12:26      字数:5588

在回忆起奶奶棉袄上的布钮扣时,他想起一次回老家,正好是堂伯家盖砖房。老爸去帮忙卸砖头,他也跟着去玩,看见小卡车上的人用一种东西搬砖头,一夹一提,五块砖就起来了,居然不往下掉!当时他刚在物理课上学过什么力啊、摩擦系数之类的,于是仔细看了看这种工具的结构。

它粗看像个夹子,两个弯曲的铁杆交叉,中间有转轴,下面是爪,上端则各有一片可以转动的铁杆。这两片铁杆的下端又通过轴连接到一起,形成一个v字形支撑。人手托在v字形的下端,在重力的作用下,v字形支撑会展开,顶开铁杆的两端,进而让下面的爪子合拢。砖对爪面的摩擦,使爪子受到向下的力。可是砖头把爪子越向下拉,它就夹得越紧。因此人只需要提住上面的握把,仅靠砖头自身的重力,就能不让它掉下来。

参照这个东西,姜海涛设计了一种爪式拉弦器。它也是一个夹子,中间有一个轴可以让它开合。前面的爪面合拢后可以勾住弓弦。后面有一个v字形支撑,顶在夹子的尾端。支撑顶角的轴上拴着拉弦绳。因此在拉弦过程中,向两个方向的拉力会让支撑顶开,夹子前端的爪面紧紧夹住。拉力变大变小,夹紧的力也会相应变大变小。他又仔细地根据力矩分析,设计了前面那个爪面的斜角,支撑的角度,还有夹子前后部分的长度。

最后通过计算发现,如果夹子前后部分的长度一样,那么在爪面倾斜48度,支撑杆和夹子夹角也为48度的情况下,是一种理想的不稳定平衡,拉绳通过支撑杆、夹子尾端产生的力矩,和弓弦对倾斜爪面产生的力矩,正好相等。如果把爪面变得更斜,弓弦产生的张开力矩就会增加,爪子自动张开;如果爪面变陡,则不容易张开;爪面垂直时,弓弦的力全都作用在通过转轴的直线上,爪子不会自动张开。

而后面的支撑杆如果前移,它们顶开夹子的力矩就会减小,爪子自动张开;后移,顶开的力矩更大,夹得更紧。因此在夹子的后端稍微施加一点压力,就能破坏这种平衡,让支撑杆向前移动,夹子自动张开。再加上各个转轴的摩擦力,这种结构既能保证拉绳时,弓弦不会从前面的爪子中间滑脱,也能让它轻易被松开。

怎么松开爪子,姜海涛用了一对滑轮。它们被安装在弩臂后端的一对l形支架中间,拉弦绳从爪式拉弦器那里出来,穿过这两个滑轮中间,到弩车的后面。当爪式拉弦器被拉到滑轮跟前,后端就会受到上下两个滑轮的挤压,前端自动张开。由于让拉弦绳转弯的滑轮移到了弩臂后端,因此弩臂座上的叉形部分被截短,只留下弩臂俯仰旋转轴的那对轴孔。弩臂也要作改进,由两半组成,这样才容易在中间刨出一道深槽,让爪式拉弦器坐在里面前后滑动。

这一整套设计方案最后完成,耗费了三天时间,还有十块丝帛被当作绘图纸反复使用,第一批不算太成功的纸也在计算过程中发挥了一点作用。然后轸老头他们立刻开工制造第一辆原型砲弩。

它不再采用横杆上挂十张弓的方法,而是用一把半成品的6石神臂弩。因为这只是试验产品,拉力、拉长一样的情况下,容易比较性能砲弩和神臂弩的性能。后面的弩机、棘轮、摇杆都不需要了,换成更长的木制弩臂。弩臂座、滑轮、方向机、高低机等都是木制,青铜的滑轮轴也不比弩机上的轴难作。还有卡尺等新工具的帮忙,整个制造过程都很顺利。

爪式拉弦器的结构不比弩机复杂,而且姜海涛已经通过力矩分析确定了关键处的长度、倾角。但试造出来后,他们用勾挂重物的方法进行试验时,发现了一个被忽略的问题。各个转轴产生的摩擦力矩很小,因此在爪面、支撑都48度的情况下,拉绳的力稍微波动大一点,爪子就会自动张开。于是他们把爪面的根部磨去一点。这也算件好事,因为他们顺带发现了一个好办法:今后在爪式拉弦器因为磨损等原因不能正常工作时,可以通过修磨爪面的方法来修复。

第一辆原型砲弩三天就完工了。小理受工场的场地限制,他们用当初十弓车弩的硬木重箭进行了试验,主要是针对爪式拉弦器,还有滑轮、高低机、方向机等结构。结果让工匠们很兴奋。经过一些修改,姜海涛向养敖、归豹进行了“吹嘘”,惹得他们也要看一看。

既然是为“远程打击”目的研制的新武器,当然要试它的远程打击能力。姜海涛终于可以离开宫城,到城外逛逛了。因为根据当初造6石神臂弩的测试,它射出的箭动能可以达到69石寸,是普通弓箭的四倍。这也就意味着,它的初速是普通箭的两倍,理论最大射程为四倍,至少能到400步,没准还能到500多步。这些数据,姜海涛都算给归豹他们听了。几个人在兴奋之余,都明白无法在宫城内对它进行试验,因为整个宫城的长宽也就500步。归豹的私人财产当然不只这么一座500步见方的宫城,于是他们决定到归豹直接拥有的农田里去试验。那里不仅面积大,还有很多空地。

十一月二十七日,归豹率领一支车队悄悄地从北门出城了。在出宫城北门时,姜海涛见到了另一项城防设施——障墙。

刚一出城门,车队就向左转弯。姜海涛正在奇怪,抬头一看,原来前面和右边有一堵土墙挡着。战车转过弯后往西一看,一道夯土墙在右边挨着城墙延伸出去,高度大概有五六米。仔细看看,还能看见城墙和土墙上都有步卒走动。通道里只能让一辆战车通行,姜海涛立刻明白这和城阙类似,是要把敌人限制在这个狭窄通道里便于攻击。走了一百多米,车队右转,经过一个吊桥跨过护城河,姜海涛看见前面几十米外是一片土房和街道,再远是外城的城墙。

回头一看,宫城北城墙外紧贴护城河边,有一道200来米长的夯土矮墙正好挡在城门前,两侧有吊桥和城楼。敌人如果从东面的吊桥处过河,进入那个夹道,将是一个死胡同;而从西面吊桥过去,虽然可以通到城门,但将受到城墙和土墙上的两面夹击。

姜海涛心说古人原来还是很聪明的,这么一道墙对于不明底细的敌人来说,确实增加了不少攻城难度。首先,直接冲击和破坏城门的办法不好用了,因为你不知道城门究竟在哪个位置,而且就算知道,你也面对一道土墙的额外阻挡。第二,不理这土墙,直接在两侧攻击城墙,那就一下少了200米的选择余地,城内守军还有可能利用通道出来反击。第三,过河后先从正面只攻击土墙也不是好办法。土墙虽然不宽,但上面也有守军,后面城墙上的守军还可以通过梯子过来增援。而攻方即使爬上土墙,也不如城墙高,又不宽,反倒更容易遭受对方的打击。

想来想起,姜海涛觉得最好的办法就是先推倒障墙,至少是推倒两端的,专心攻击没有障墙的部分。不过只要给守方留下一夜的功夫,他们很有可能清理出通道,在第二天又反击自己。而且把几米长的土墙推倒,在敌人的眼皮底下也不是件容易事。

姜海涛回头再看看渐远的宫城,心说自己得找机会再好好看一下春秋时期的城防设施。

回头时顺便看到了后面几辆特殊的马车,那上面分别乘坐着归豹,姬妃和归苓,薳书和归通,再就是遮蔽在其中的砲弩。女人本来不会对这种打打杀杀的兵器感兴趣,但姜海涛留给姬妃和归苓的印象很深刻。姬妃是关心儿子的地位,归苓是想看看这让养敖、养锜都赞叹的“神箭”到底有什么好玩,因此两个女人也跟来。姜海涛和养敖则站在归豹前的战车上,一路闲聊着出了胡城北门。这里就没有障墙了,只有护城河与吊桥。他们俩一路看看周围的风景,还有农田。

养敖虽然是将军,对种田还知道得不多,但仅仅他说的那些知识,已经让姜海涛头晕目眩了。他按照生物课上学的知识,提出对种子进行优选,结果也没引起养敖的任何兴趣——人家早会了。

要说农业粮食的绝招,那自然是袁隆平的杂交水稻。对农作物进行杂交,姜海涛知道一点原理,但具体怎么操作,他可没什么头绪。估计应该像驴马杂交生骡子一样,把不同作物的雄性花蕊和雌性花蕊杂交一下,大概是两种花碰一碰。胡扯,难道你得把两种作物种到一起。想起来了,大概是学蜜蜂那样,用一把刷子在这种作物的花里刷一刷,然后再到另外一种作物的花里抖下来。不过这样也够麻烦的,累死你。而且慢着,杂交的骡子可是没有生育能力,杂交水稻却有,这怎么回事?

想了一会,姜海涛彻底放弃了搞什么杂交高产作物的想法。具体方法没头绪不说,时间也太长,怎么着也得经过授粉、收割、播种、再收割,一年多的循环后,才能知道干得对不对。小生俺没那工夫。

现在已经是11月,田里也没什么人劳作,只看到一些收割过的耕田。但是在看到田边的几个水塘、小河、灌溉渠后,姜海涛想起了一种东西——翻车。这玩意在老电影里看到过,人踩着它转动,就能从低处把水弄上来,应该是古代就发明了。他到这里来后,还从没见过、听过类似翻车的玩意,只听说过用桔槔提水,因此翻车多半还没发明。[注022901]

于是姜海涛询问了一下养敖,发现果然没有这种东西。而且就是因为提水困难,一些位于高处的荒地不便于开垦,绝大多数农田都紧挨在水源附近。姜海涛远眺一看,发现农田之间确实有非常大的空地,根本不像后世的农田,整整齐齐地一望无垠。粗略一估,周围的土地上大约40%为树林,40%为草地,耕地不到20%。这还是在道路附近,养敖说远离道路、水源的地方,耕地就更少。

风景也不在乎了,姜海涛立刻开始琢磨怎么提高现在的灌溉水平。

造翻车,这当然简单。不过自己好歹算一位21世纪的现代人,干嘛非停留在几百年前的思路?

于是姜海涛否决了翻车,决定从最“先进”的抽水机开始。螺旋桨式抽水机,或者压水机,可以对水进行加压,让它顺管子流到远处、高处。能比它还先进的,只有什么潜艇上要搞的磁流体推进器。那当然不现实,放过。不过再仔细一想,发现了一点问题:这螺旋桨好像得用金属造,成本可不低啊。用木头造呢?有点门,木轮做中心,周围安竹片桨叶,就象竹蜻蜓。哎,是不是能造直升飞机?算了吧,靠人力显然不可能,难道还要先造汽油发动机?放过,回来继续想抽水机。一个简单的螺旋桨式压水机开始在他的脑海里成形。

螺旋桨应该是工业革命后才发明的,因此自己现在就把它的结构搬出来,绝对算得上跨越十几个世纪的“伟大发明”!

随后他又想到了大气压、马德堡半球试验、真空、抽水机。这玩意回老家时见过“遗迹”。说是遗迹,其实也就是二十多年没用。它是在地上打得一口铁管井,中间伸下去一根铁杆,旁边一个出水口。堂伯的小儿子告诉他,这玩意据说上下压那么几次铁杆,让里面的活塞上下动几次,就能把地下的水抽上来。可惜当时怎么也抽不出水了,不知道是地下水位下降了,还是这玩艺坏了。当时姜海涛还得意地向堂伯的小儿子炫耀,这玩意是靠什么真空、大气压、活门,把地下的水抽上来的。说白了,这玩艺和打气筒一样。

这种真空式抽水机应该好用,因为过去的农村里都用它。用竹管代替铁管,皮革作活塞,应该没什么问题。要说“先进”程度,它肯定也比翻车强,甚至不比螺旋桨之类的低。好像工业革命时,抽水机主要就是这种真空式的。

不过姜海涛没有马上向养敖透露自己的想法,因为他可不敢肯定,自己用春秋时期的材料,按照这两种先进结构造出的压水机、抽水机,工作能力有多高。现在连好锯子都刚刚有,而且还没铁呢。回去以后赶紧试一试,才能有把握。但是他凭脑海中的分析,感觉这俩玩意的效果肯定要比现在的桔槔、扁担、水桶高得多,能把归豹他们镇住。想到这里,他的心里激动起来,恨不得砲弩的试验赶紧完成。

[注022901]:翻车这种汲水工具,大约在秦汉时期发明的,最迟在东汉,春秋战国时期还没有。它已经相当于简单的木制链条,但成熟期大概是到唐代以后。一直到解放后,翻车都是中国农村很重要的一种汲水工具。