弩是一种致命的武器,之所以被普遍使用,是因为不需要太多的训练就可以操作,即使是新兵也能够弩的结构
    很快地成为用弩高手,而且命中率奇高,足以杀死一个花了一辈子时间来接受战斗训练的装甲骑士。某些时候(尤其是以骑士为对象),弩弓被认为是一种不正当的武器,因为它只需要很少的技巧即可操作。英国的理查一世(狮心王理查)就曾经两次被弩箭射中,并在第二次伤重不治。如此一个伟大人物竟然死在一个普通或低等的士兵之手,对于贵族来说简直骇人,为此,在十二世纪时,教皇就曾尝试以残忍为理由禁止弩的使用。汉·刘熙《释名·释兵》:「弩,怒也,有执怒也。其柄曰臂,似人臂也。钩弦者曰牙,似齿牙也。牙外曰郭,为牙之规郭也。下曰县刀,其形然也。含括之口曰机,言如机之巧也,亦言如门户之枢机开阖有节也。」
    兵器类型
    战国时期有四弩:夹弩、瘦弩、唐弩和大弩。夹弩、瘦弩较轻便,发射速度快,多用於攻守城垒;唐弩、大弩是强弩,射程虽远,但发射速度较慢,多用於车战和野战。《战国策·韩策一》:「天下强弓劲弩,皆自韩出,溪子、少府、时力、距来,皆射六百步外。」许慎诸葛连弩
    《武经典要》载有双弓的双弓床弩、大合蝉弩、斗子弩和三弓的手射弩、三弓弩。明代末年,弩渐衰落,清朝军队已经不用为战斗武器了。几种著名的弩:一、汉代的大黄弩,汉代的弩强度按石来计算,分一石至十石,(大约引满一石弩需27-30公斤的力量)其中十石弩最强又被称为黄肩弩,大黄力弩。只有十分强壮的人才能使用。
    史记中“李广列传”中就有李广持大黄弩射敌将的记载。据后世的考证估算,它的射程能达到四百米左右。二、诸葛连弩:三国时诸葛亮制作了一种连弩,称作元戎弩,一次能发射十支箭,火力很强,但是体积、重量偏大,单兵无法使用,主要用来防守城池和营塞;并且与当时的强弩相比这种连弩射程较短,杀伤力较低作战时一般与蹶张弩配合使用。
    后来大发明家马钧对其进行了改进,改成了一种五矢连弩,使其体积、重量大大减轻,成为一种单兵武器,但是因为生产很复杂,所用的箭矢也必须特制,所以没大量生产,后失传。
    三、神臂弩,北宋神宗时发明,弓身长三尺三,弦长二尺五,射程远达三百四十多步;威力强大,矢可入榆木半杆。号称威力强于汉代大黄,其他器械都及不上,成为宋军弩手的制式兵器之一。
    四、豆+寸子弩,这是一种强力的连弩,是宋代三弓床弩的一种。一次可以发射十余支箭(古代火箭炮?)射到千步远。(射程最大的冷兵器)张开弦需用七十五至一百余人用绳索绞动借用机械的力量,是一种威力极大的武器。
    五、连弩车,战国时就有连弩车,该弩属于弩炮的一种,置于车上,可进可退。车上驾十二石大弩,每弩一发七矢,中矢为主矢略大,两边各三矢略小,可射七百步,中处墙倒城摧,势不可挡。大概可以算古代的火箭炮。
    六、最大的弩-秦弩,秦代弩的种类得到了长足的发展,秦俑坑发现的弩弓遗迹多达数百处。从完整的弩弓遗迹判断至少应有三种不同形制的弩,弩弓为木质均已腐朽,朽木残长130至140厘米,弩臂也已腐朽,末端安有青铜弩机,弩机通高16.5厘米,望山高5.5厘米。这是秦俑坑发现数量较多的一种弩。同时在一号俑坑还发现一种形制特殊的弩,它是在残长64厘米的弩臂上重叠了一根木条,在弩臂上还夹有铜饰件。显然这些装置都是为了增强弩臂的承受强度,说明它是一种张力更强,射程更远的禁弩。在二号俑坑还发现一处特大型号的铜镞,每支重量达100克。较其它铜镞一倍。这不仅是秦俑坑也是兵器史上发现型号最大的铜镞。使用这种铜镞的必然是一种张力更大,杀伤力更强的弩。弩出土时装在用麻布制作的弩衣内,木质部分虽已腐朽,但青铜弩机出土后仍然活动自如,表明秦代弩机的制作工艺达到相当高的水平。
    兵器结构
    弩的结构可以分为三个部分:臂、弓、机。“臂”一般为木制;“弓”横于臂前部;“机”装在臂偏后的地方。弩最重要的部分是“机”,弩机一般为铜制,装在弩“郭”(匣状)内,前方是用于挂弦的“牙”(挂钩),“牙”后连有“望山”(用于瞄准的准星);西汉开始弩的“望山”上刻有刻度,作用相当于现代枪械上的表尺,便于按目标距离调整弩发射的角度,提高射击的命中率。在铜郭的下方有‘悬刀‘(即扳机),用于发射箭矢。当弩发射时先张开弦,将其持于弩机的‘牙‘上,将箭矢装于‘臂‘上的箭槽内,通过‘望山‘进行瞄准后,扳动‘悬刀‘使‘牙‘下缩,弦脱钩,利用张开的弓弦急速回弹形成的动能,高速将箭射出。弩弓一般使用多层竹、木片胶制的复合弓,形似扁担,所以俗称“弩担”。
    它的前部有一横贯的容弓孔,以便固定弓,使弩弓不会左右移动,木臂正面有一个放置箭簇的沟形矢道,使发射的箭能直线前进。木臂的后部有一个匣,称为弩机;匣内前面有挂弦的钩,钩的后面装有瞄准器,称为“望山”;
    匣的下面装有“悬刀”(扳机)。发射时,先将箭矢放在矢道上,把弓弦向后拉,挂在钩上,瞄准目标后,一扣扳机,就将箭射出。在弩上的弓是横置的,藉由扣动板机将绷紧的弓弦放开来射出弩箭。重新拉紧弓弦时,须将弩弓的前端置于地面再用脚踩住,然后用双手或藉曲柄的辅助把弓弦往后拉紧。由弩所发射出的方镞箭或弩箭,射程比一般的箭来得短。
    方镞箭可以在飞行时保持平稳,并且带有一个尖锐的金属箭头。西方弩兵通常会携带一块大盾牌上战场,好在拉弩弓时有所防护,这种盾牌十分高大,并附有木制的支撑物。
    一队弩兵可以用盾牌设立出一道盾墙,让他们可以俯身在盾牌后面拉紧弩弓弦,在射击时,便只有弩和头盔会露出盾墙。由于西方的弩机结构相比中国的效用差,弩的射程近,上弦时间长,威力甚至不及弓箭。如果他们在开放的地区遇上比较具威力的长弓兵,通常会被迫撤退。
    中国古代装有张弦机构(弩臂和弩机),可以延时发射的弓。射手使用时,将张弦装箭和纵弦发射分解为两个单独动作,无须在用力张弦的同时瞄准,比弓的命中率显著提高;还可借助臂力之外的其他动力(如足踏)张弦,能达到比弓更远的射程(图1战国弩复原示意图)。弩的关键部件是弩机,从为数众多的出土铜制弩机可以看出其结构:弩机铜郭内的机件有望山(瞄准器)、悬刀(扳机)、钩心和两个将各部件组合成为整体的键。
    张弦装箭时,手拉望山,牙上升,钩心被带起,其下齿卡住悬刀刻口,这样,就可以用牙扣住弓弦,将箭置于弩臂上方的箭槽内,使箭栝顶在两牙之间的弦上,通过望山瞄准目标往后扳动悬刀,牙下缩,箭即随弦的回弹而射出。
    制弩工序在明《武备志》中有详细的记载:“弩身用枣木红赤者为上,棠梨木红赤者次之....弩身长一尺六寸三分”“弩弦用皮胶者一遇雨露则胶溶皮软.....小棕索不怕雨鼠且耐久”
    兵器特点
    一是射程远。“弩”张开弦时需要的力比弓大,所以它比弓射程更远。二是可以瞄准目标,命中率高。“弩”其实就是强化的弓箭,可以瞄准目标等到需要时再发射,有利于捕捉射击时机,命中率比弓高。三是可以同时发射几枝甚至几十支箭,战斗威力强。所以,弩比弓更实用。“弩”的缺点是弩机很笨重,所以适合由步兵携带或制成弩车。古代的车兵都装备有“弓”和“弩”,是步兵主力,有利于攻坚、设伏、厄守、突围、相持等战法。
    兵器历史
    弩亦弓属,相传为黄帝所造,亦名窝弓、其发矢不仗人力,而用机括,力强而及远,较弓为烈,猎人恒设置丛莽阊,使虎豹等误践其机而中矢,于此可见其力之强也。惟弩之形式,与弓略异,弓背之中,横置一臂,发矢之机,即置于是,发时先架弦于机,此处名弩牙,然后捩其弩鼻,牙与此处本一木,不过方向相异,此上则彼下,此下则彼上,有如捕鼠器之机括然,故一捩弩鼻,牙与此处本一本,牙即脱弦,而弦激矢出矣。
    弩之大小不同,名亦各异,小者以手攀捩,其大者须用足踏,盖非手之力足以胜任也。其名则有神臂弩,花装弩,穿镫弩等,大概皆以其用法不同而异名。至弩之搆造,依然如是也,大概此等名目,皆出于唐宋之间,固非古代所定之名称也。弩之功用较弓箭为巨,及火器兴,弓弩之位置遂一落千丈,以至今日,非但习此者少,并其名称及形式而忘之矣。惟北方多山林,毒蛇猛兽时出为民害,山居者犹多设窝弓以自卫。猎户以猎兽为生,火烧之外,亦借窝弓以设伏,一旦火烧失效,亦有以弩杀兽者。
    故弩箭虽不见用于战争,而山陕口外之人,尤多习此者,自卫谋生,两利之道也;至若南方之人,孱弱素蓍,今虽稍注意武事,而此道则无复能之者矣。弩的出现应不晚于商周时期,春秋时期弩成为一种常见的兵器在使用。《孙子兵法.作战》中即已将弩和甲盾等一起列为重要的作战物资。到战国时期弩更是广泛的运用于军事之中也从战国早期的擘张弩(即用臂力开的弩,),《孙膑兵法》中称这种弩“发于肩膺之间,杀人百步之外”;发展到战国晚期出现的蹶张弩:如韩魏的十二石弩(射六百步)等,这些弩因为必须使用更强的力量才能张开,就要求“弩机”更坚固,开始在“弩机”外加装“铜郭”强化机糟。这一时期弩在战争中运用的更普遍,如韩国的精兵就被称为“披坚甲,持劲督”(弩的一种叫法);魏选武卒,考核的要求之一就是要能够挽十二石弩。
    基本史料
    《宋史兵志》
    熙宁元年,始命入内副都知张若水、西上阁门使李评料简弓弩而增修之。若水进所造神臂弓,实李宏所献,盖弩类也。以檿为身,檀为弰,铁为登子枪头,铜为马面牙发,麻绳扎丝为弦。弓之身三尺有二寸,弦长二尺有五寸,箭木羽长数寸,射三百四十余步,入榆木半笴。
    《梦溪笔谈》
    熙宁中,李定献偏架弩,似弓而施榦镫。以镫距地而张之,射三百步,能洞重扎,谓之“神臂弓”,最为利器。李定本党项羌酋,自投归朝廷,官至防团而死,诸子皆以骁勇雄于西边。
    其余如《宋会要辑稿》《文献通考》《曲洧旧闻》《容斋三笔》等史料中,神臂弓的射程作“二百四十步”,如《容斋三笔》卷十六《神臂弓》
    神臂弓出于弩遗法,古未有也。熙宁元年,民李宏始献之入内,副都知张若水方受旨料简弓弩,取以进。其法以桑木为身,檀为秢,铁为蹬子枪头,铜为马面牙发,麻绳扎丝为弦。弓之身三尺有二寸,弦长二尺有五寸,箭木羽长数寸,射二百四十余步,入榆木半秥。
    由于宋史是元人根据宋代的文献、档案编纂的,因此,现在人多数认为宋史中的“三百四十步”是“二百四十步”之讹。问题在于,沈括曾亲自参与武器制作的管理,他的记载,分量非同一般。我们后面还会见到,后期的神臂弓,拉力大大缩小,而沈括接触的是早期的神臂弓,洪迈却是南宋人士,对神臂弓的变化并未提及,因此,对早期的神臂弓,他未必明了。那么,神臂弓的射程到底是三百四十步还是二百四十步呢?
    根据这些史料,毫无疑问,神臂弓的尺寸非常紧凑,同时性能极为强悍。按宋制,二百四十步合三百七十米,三百四十步合五百二十米。人们经常拿它和西方五百年后出现的长弓相比,长弓什么性能?拉力范围大约35~80kgf,70kgf拉力,0.58米的做功距离,已经接近长弓的极限了,大仰角射击,使用60g的箭,最大射程不过240米,在西方,长弓的威名经久不衰,但和神臂弓相比,就差距太大。神臂弓的制作工艺早已失传,难免让人们着迷、疑惑、怀疑,很多人根本不相信它有如此强劲,又如此小巧,认为这些记载“看上去象神话”,因为弩的射击仰角很小,所以240步的射程也根本不信。那么,按当时的技术水平,神臂弓能够达到这样的性能水平吗?它大概是个什么样子的?
    马可·波罗考察说
    意大利旅行家马可·波罗到达中国旅行考察后则说,在1227年,成吉思汗亲率大军攻西夏的城池(今宁夏海原县西夏南牟会行都城池)时,被西夏将领用带毒的箭头射中而亡。后来这支西夏的铁箭头被蒙古皇帝忽必烈确定为“苏勒锭”(即成吉思汗灵魂吸附物之一)并保存了下来。至清代(公元1634年),元代(“北元”)最后一个皇帝林丹汗,也是最后一个保存“成吉思汗苏勒锭”的皇帝。在满清的重兵压力之下,率众从察哈尔土篾本土西迁至青海,途经“海喇都”(今宁夏海原县城),将“苏勒锭”藏匿到“海喇都”附近的蒙古堡庙内。不料林丹汗于公元1634年在青海西拉他拉因病去世,“苏勒锭”的藏匿处,又成为一个世界性的“谜”。
    弩弓的制作材料
    根据它的弦/弓比,就可以断定它是复合材料制成的。单体木弩的弓的形状类似一段圆弧,弦/弓比大于0.9,而神臂弓的弦/弓比小于0.8,如果是单体木弩,只有在快拉满的时候,才能达到这样的弦/弓比。神父卡茨提到过这一点,但是,他先假定神臂弓是木弩,因此判断弓长的记录有误,这是不正确的。
    另一方面,神臂弓的弓长100cm,单体木弩在尺寸如此小巧的前提下,不可能这般强劲。因为单位质量山桑木的储能,不过复合材料的三分之一。神臂弓这样轻巧,又如此强劲,弩弓材料一定非同一般,而在中国,复合弓、弩的制作从商晚期代就开始了,在中国古代一直大行其道,用在神臂弓上是很正常的事情。
    任何一种弓、弩,当然都能45度左右的初仰角射击,以获得最大射程,但弓弩的实际使用方式并非如此。因此,要讨论射程,必须在限定初仰角的前提下进行。
    从前面的史料中我们可以看到,“二百四十步”,“三百四十步”,“三百步”这些测试的记录,都有相同点:结果不同,但都很远;但最关键的是,目标尺寸都不大。二百四十步合三百七十米,已经非常遥远了,要命中“榆木”、“重札”,非瞄准不可,不可能大仰角射击,除非这些目标有十米以上的高度,以及相近级别的宽度。
    神臂弓的瞄准方式和前代的弩有所不同。更早的弩,箭比较长,就位后箭头伸出弩臂,弩手根据目标的距离,以及自身的经验,在望山上选择适当高度的位置,和簇尖、目标成三点一线。神臂弓的弩箭很短,仅数寸长,按6~8寸计算,就是19~25cm,不可能伸出弩臂,因此必然用箭槽前端口代替簇尖瞄准。这肯定是一个进步,因为同一种箭的长度也会有微小的差别。这样,最大仰角就由望山高度和望山到弩臂前端的距离确定。
    从战国到秦代的弩,望山高度较小,但一直在逐步增加,从最低的3.5cm到兵马俑出土弩机的6cm。进入汉代以后,望山高度大幅度增加,根据这一时期的出土文物,达到9~13cm。三国、两晋时代也保持着这样的尺寸。这样,我们可以推测,神臂弓的望山高度大约10cm多一点。
    编辑本段神臂弓的做功距离
    踏张弩的规格多样,但有一点比较稳定,就是开弩时的最终提拉高度,合理的范围大约80~85cm,这样的高度能够比较充分地发挥人的潜能。模拟一下开弩的动作就能发现这一点。
    起始高度呢?脚蹬(踏环)大约20cm,弩弓的纵向尺寸也大致相当或略大一点,考虑两者的尺寸有重叠部分,因此,开弩时的起始高度可以降低到40cm甚至35cm。
    这样,神臂弓的做功距离大约40~45cm,最多可以达到50cm,我相信克敌弓就接近50cm。根据《容斋三笔》,克敌弓是神臂弓的改进型,增加了尺寸,更加强劲。
    我们可以大致估算,40~45cm左右的做功距离的构成。弦的张角变化大约提供一半多,弦长80cm,一半为40cm,开弩过程结束,假定两侧弦的张角为90度,则纵向移动距离28cm。其余的部分由弓的变形获得。
    80~85的总距离,扣除脚蹬的大约20cm,望山到弩臂前端的距离大致为60~65cm。因此,最大初仰角大约为10度,对应10.6~11.5cm的望山高度,这正是典型的望山高度。
    编辑本段神臂弓的拉力
    这是争议比较大的地方。按宋史记载(政和)三年,诏:“马甲曩用黑髹漆,今易以朱。”是岁,姚古奏更定军器,曩时甲二副,今拆造三副;曩时手刀太重,今皆令轻便易用;曩时神臂弓硾二石三斗,今硾一石四斗。从之,悉下诸路改造。
    二石三斗是拉力?我们看看宋代弩的考核标准。wdg2000汇总了宋史中的有关记录;
    康定元年,帝御便殿阅诸军阵法。议者谓诸军止教坐作进退,虽整肃可观,然临敌难用,请自今遣官阅阵毕,令解镫以弓弩射。营置弓三等,自一石至八斗;弩四等,自二石八斗至二石五斗,以次阅习。诏行之陕西、河东、河北路。‘
    (庆历)六年,诏诸军夏三月毋教弓弩,止习短兵。又诏:“以春秋大教弓射一石四斗、弩彍三石八斗、枪刀手胜三人者,立为武艺出众格。中者,本营阙阶级即以次补。”‘
    至和元年,诏:“诸军选将校,武艺钧,以射亲为上。”韩琦又言:“奉诏,军士弩彍四石二斗并弓箭、枪手应旧规选中者,即给挺补守阙押官,然则排连旧制为虚文矣。请三路兵遇春秋大教,武技出众者优给赏物,免本营他役,候阶级阙,如旧制选补。”奏可。‘
    乾道中,诏弓箭手元射一石四斗力升加三斗,元射一石力升加五斗,弩手元射四石力升加五斗,元射两石七斗力升加八斗,进秩推赏有差。‘
    淳熙间,立枪手及射铁帘格。...诏中垛帘弓箭手一石二斗力十箭,弩手四石力八箭,依格进两秩,各赐钱百缗;弓箭手一石力十箭以上,弩手三石力八箭,各进两秩。‘
    (绍熙)二年,枢密院言:“殿、步司诸军弓箭手,带甲六十步射,一石二斗力,箭十二,六箭中垛为本等。弩手,带甲百步射,四石力,箭十二,五箭中垛为本等。
    再看《梦溪笔谈》中的记载
    钧石之石,五权之名,石重百二十斤。后人以一斛为一石,自汉已如此,“饮酒一石不乱”是也。挽蹶弓弩,古人以钧石率之。今人乃以粳米一斛之重为一石。凡石者,以九十二斤半为法,乃汉秤三百四十一斤也。今之武卒蹶弩,有及九石者,计其力乃古之二十五石,比魏之武卒,人当二人有余;弓有挽三石者,乃古之三十四钧,比颜高之弓,人当五人有余。此皆近歳教养所成。以至击刺驰射,皆尽夷夏之术;器仗铠胄,极今古之工巧。武备之盛,前世未有其比。
    可见宋代弩的拉力非常惊人,考核标准很高,多数在4石左右。1宋斤为633g,按《梦溪笔谈》中的记载,测试弓弩拉力,1石按92.5宋斤计。王增瑜先生在《宋朝兵制初探》中讨论过这个问题。韩琦曾说“今之试武艺,弓弩惟务斗力多,而不求所射疏密,…,乃军中之戏”,批评开弩只求力大,不求准确,训练不求实艺;《梦溪笔谈》中的记载也说明宋代弓弩的拉力惊人,蹶弩记录达到9石(沈括这里换算可能出了错误,‘乃汉称三百四十一斤也’,只能是120宋斤的‘石’,后面的几个‘石’,都应为120宋斤,这里不多讨论),沈括自己也很自豪。看来还真是如此,并非史料夸大。
    神臂弓素以强劲著称,不可能只有2石3斗拉力,尤其是后期降到1石4斗,更不可能。1石4斗才82公斤,以踏张弩的标准衡量,实在太弱,按临敌不过三发考虑,我们这些泡网的人当中,年龄小一点的,相当一部分都拉得动。
    那么,结论只有一个,测试拉力时,用2个硾。如果按常规,重物挂在弦上,则2硾并列或硾上下设钩,上钩挂弦,下钩挂另一硾,这样,拉力为4石6斗,约合269公斤。这确实太强,后期降低到二石八斗(164kg)就是很自然的事情了,直到由于抗金作战的需要,出现更加强劲的神劲弓和克敌弓,但拉力恐怕也就是大致恢复到早期神臂弓的水平。
    为什么要两个硾?强壮的弩兵可以开4石6斗的强弩,但两个测试者未必能挑得动270公斤的重硾,分成两个,就比较容易操作,这是我的看法。
    两个硾还可以有另外的作用。箭上有木羽,所以弩臂上的箭槽是很浅的,深度必定小于箭杆半径,箭槽有一点导向作用,但不强。神臂弓很精确,为此,弩弓两端的平衡非常重要,在弓的双耳上挂硾,可以确定弩弓两侧是否平衡。
    神臂弓的箭
    神臂弓的箭很短,数寸而已,1宋寸为3.12cm,按6~8寸计算,就是19~25cm。
    根据这样的长度,截面积也必定相应减小,箭的长/截面直径比和普通的箭相当或略粗壮一点是合理的,如果和普通的箭一样粗,则空气阻力太大,速度衰减很快,射程也会大大缩短。因此,神臂弓的箭一定比较轻。
    4石6斗拉力,40cm的做功距离,这样的复合弓,大约可以使20g/22g/24g的箭分别获得140~150m/s的初速度。我计算过16~26g的箭的各种情况,不考虑更轻的箭是因为弩的能量转换效率太低,不考虑更重的箭是因为初速度低,又要减少迎风面积以减少阻力,要达到预定的重量,箭需要几乎全部由金属组成,再增加重量就达不到了,因为箭的长度应在6~8寸,不应超过9寸。后面我们会看到计算的例子。
    神臂弓的弓弦
    4石6斗,这么大的拉力,麻绳制作的弦直径应达到1cm左右。那么,箭这么细,怎么配合呢?可以增加木制尾部的直径,但这样会大大增加飞行阻力,不行。个人认为,垂直尾羽是关键,弦是推动尾羽而推动箭的。从弩臂上端面计,垂直尾羽的高度只要达到8、9mm,弦释放后,就可以顺利推动箭飞出。
    回头看来,“箭木羽长数寸”,简短的几个字,内涵却实在太丰富了。
    箭的飞行过程分析这是一个不可缺少的过程。根据箭的质量、初速度、仰角,和假定的空气阻力系数,可以得到箭的速度和行程与时间的关系,就可以判断能否达到预定的射程。我们来看一下,神臂弓是否能达到520米的射程,需要什么条件。
    空气阻力依据通常的模型计算,和速度的平方成正比。
    由于初仰角只有10度,因此可以对问题进行简化。在飞行的前半段重力有微小的减速作用,而在后半段有微小的加速作用,从分析射程的角度,两者作用都很小,大小相近,方向相反,相互抵消,因此可以忽略。这样,问题就大大简化了。
    总行程呢?初仰角10度,射程520米,那么,总行程必定略小于520/cos(10°)=528米。我们就保守一点,让箭飞行528米。
    箭的飞行可以理解成有空气阻力的仰角为10度的直线运动和自由落体运动的组合。自由落体的行程为520*tan(10°)=91.4米。保守地考虑,则飞行过程需要在4.32秒内完成,否则没达到520米的射程箭就掉到地上了(实际时间可以稍微长一点,因为这里箭的落体过程中没有考虑空气阻力,也没有考虑水平尾羽的滑翔作用,虽然这些作用都很微弱)。
    剩下的计算就很容易了,通过一个最简单的微分方程,就可以得到需要的结果,下表是一个例子。
    箭重20g,初速度150m/s,阻力系数1.50E-5,则速度和时间的关系为
    时间012344.32
    速度150135122112103101
    4.32秒后的行程528.1米。阻力系数要通过二分法一类的方法,反复试算得到,几次就可以了。
    假定弩箭头部冠的尺寸和箭杆直径的比例与普通箭相同,根据阻力系数,可以知道箭的直径大约4.9mm,木制的尾部至少应有5cm长,则箭长大约18cm或略多一点。
    因为箭比较细,我个人倾向于簇尖没有这样的冠,而是类似于卷笔刀削过的铅笔。这样,箭杆比上面的结果还要粗一点。
    末速度100.9m/s!,有这样的速度,末动能与前面提到的长弓相比,大了近一倍,‘入榆木半笴’当然没有问题,穿甲能力强多了!
    再看一个例子
    箭重22g,初速度145m/s,阻力系数1.39E-5,则速度和时间的关系为
    时间012344.32
    速度145133123114106104
    4.32秒后的行程527.8米。箭的直径4.7mm,箭的总长约20mm。
    例子3
    箭重24g,初速度140m/s,阻力系数1.21E-5,则结果为
    时间012344.32
    速度140131123116109107
    4.32秒后的行程527.9米。箭的直径4.4mm,箭的总长约24mm。
    因此,箭轻一点,细一点,20~24g,直径4.4~4.7mm(头部无冠的话,还要粗一些,大约5mm吧),就可以达到520米的射程。这样的比例正常吗?我们把长度放大两倍,54~72cm,直径也相应放大,则为14.7~13.2mm,是很粗壮的。这么细的箭,有杀伤力吗?根据其动能,300步洞重札没有问题,而且,为了追求使用效率,神臂弓的实际使用距离不超过200米,末速度很快,命中目标就是洞穿,铠甲根本没用,杀伤力还是很大。由于计算有些保守,做功距离又考虑40cm,如果是45cm,则初速度更高一点,考虑这些因素,箭的直径还可以略微大一点。
    如果射程是240步,那么,要达到300步,22g的箭,仰角要15度,根本没法瞄准,而且末速度不过66m/s,这样的动能,不能“洞重札”。即使考虑望山高度只支持9.5度的最大初仰角,射程240步,那么,达到300步,仰角也需要14.4度,末速度小于70m/s,动能仍然不够。前面提到,沈括管理过武器的生产,他亲眼见证过早期的神臂弓,他的描述当然分量极重。因此我相信,340步的射程是早期神臂弓的最大射程。
    编辑本段240步的推测
    (政和)三年,诏:“马甲曩用黑髹漆,今易以朱。”是岁,姚古奏更定军器,曩时甲二副,今拆造三副;曩时手刀太重,今皆令轻便易用;曩时神臂弓硾二石三斗,今硾一石四斗。从之,悉下诸路改造。
    可见,神臂弓在后期经过改动,拉力大大减小。这和神臂弓拉力太大不无关系,作为军队中配备相当数量的武器,4石6斗拉力确实太强,不便使用。我们可以猜测,240步是拉力减少以后神臂弓的射程。那么,就验算一下。
    2石8斗拉力,22g的箭,弩弓变轻,能量转换效率有所提高,初速度应在110~120m/s之间,取115m/s,10度仰角,阻力系数1.39E-5,则射程就在240步左右!反过来,射程240步,则可计算出初速度为116m/s。吻合得相当好。
    编辑本段设计评价
    这样轻的箭,悲观的看法是弩的能量转换效率太低,不可能获得假定的性能,但看看长弓和鞑靼弓,那么大尺寸,箭重不过60g左右,神臂弓要紧凑得多,不仅弓长较短,从弓/弦比看,弓的弯曲程度比较大,不可能是非常粗壮的,弓的断面尺寸较小,因此,完全可以使用较轻的箭而不至于效率下降过多。
    从储能的角度看,4.6石/0.40米做功距离,和700N/0.58米做功距离相比,做功几乎大了2倍,但由于弓的储能密度差距很大,两者的质量应大体相当;弩弦更粗,但长弓的弦很长,拉满后张角较大,弦需要有所增强,因此,两者质量差别也不是特别大。综合评价,由于箭重得多,长弓的能量转换效率高一些,但神臂弓的设计,技术含量还是高得多。用轻而细的箭,弩的能量转换效率低一些,但箭的飞行效率高,动能损失慢,轨迹也更稳定,击中目标后虽然创口较小,但考虑洞穿目标,杀伤力还是很大。这是综合考虑了各种因素的杰出设计。
    编辑本段最后的疑团
    神臂弓的弩弓,到底是什么结构?现在人们依然能看到聚元号制作的复合弓,但尺寸较大,是竹片作胎,拉力一般不超过百磅。神臂弓的弓长才1米,实在太紧凑了。难道是多层桑木叠合,相邻的两层间都粘有牛筋?已经不得而知了。但愿在不久的将来,我们能看到复制的、参数和性能符合史料记载的神臂弓。。。
    早期射程340步,拉力4石6斗,后期射程240步,拉力2石8斗;做功距离40cm或略大一点,箭轻而细,大约22g,箭杆直径5mm或略大一点…这些就是我对神臂弓的看法。需要指出的是,很多内容都是猜测,欢迎拍砖。这里要感谢Laminin、wdg2000、羽陵,当然还有神甫卡茨,很多的想法都来源于他们或他们提供的资料。
    编辑本段三国的弩箭部队
    先登死士
    “绍令麹义以八百兵为先登,强弩千张夹承之,绍自以步兵数万结阵於后。义久在凉州,晓习羌斗,兵皆骁锐。”界桥之战,这八百“先登”在袁绍大将麹义(不要看不起被演义忽视的他,他在前期的表现比所谓的“河间四将”还抢眼,后来因为居功自傲,被袁绍杀死)率领下竟然击败公孙瓒的“万余”骑,其中还包括精锐的“白马义从”!“瓒见其兵少,便放骑欲陵陷之。义兵皆伏楯下不动,未至数十步,乃同时俱起,扬尘大叫,直前冲突,强弩雷发,所中必倒”,史书中写很明白,这八百人“晓习羌斗”,也就是熟悉“骑斗”,在公孙瓒骑兵冲来时他们躲在“楯下”,“未至数十步”时一起冲出,用千张“强弩”射垮了公孙瓒纵横北地的“控弦”。汉武帝时,李广之孙李陵率部卒五千,“皆荆楚勇士奇材剑客”,深入匈奴腹地,与相当于自己十六倍的匈奴主力骑兵相遇,结果他们硬生生坚持了十天,转战千里,杀敌数万!但最后李陵箭尽被擒,被俘前他曾说:给我的士兵每人三支箭,我们就可以坚持到汉朝边境。可惜他们一只箭也没有了!据说他们一共射出五十万支箭!从中可见“强弩”对缺少重甲的“控弦”的杀伤力可以用“恐怖”来形容。附带说一下曾经被袁绍寄予厚望的张郃“大戟士”面对被麹义击败的2千骑兵时,根本没有还手之力,最后还是麹义来救了袁绍。麹义先登——轻骑兵的克星。
    编辑本段古代弩弓
    大约在3万年以前,我国就发明了弓箭,这是机械方面最早的一项发明;说明人类开始使用复合工具,弓是利用人在拉弦过程中积累起来的力量,以瞬间爆发的形式将箭弹射出去,这说明人类已经具备了机械储存力量的知识。正如恩格斯所说:“弓箭对于蒙昧时代,正如铁剑对于野蛮时代和火器对于文明时代一样,乃是决定性的武器。”弓和箭是使用时间最长的古老兵器,弓箭可以远射,原始人有了弓箭,就比较容易获得猎物,也可以制服那些凶猛的野兽了。后来,部落之间发生战争,弓箭就成了重要的兵器。最早的弓是用单片的木头或者竹子做的弓背,用动物的筋制成弓弦;箭是一头削尖了的木棍或竹竿。
    春秋时期出现弩,控制射击的弩机已是比较灵巧的机械装置。弩弓的发射原理是相同的,比弓箭射得远,杀伤力强,并克服了拉弓时体力受限制而不能持久得弱点。到汉代,弩机的加工精度和表面光洁度已达到相当高的水平。汉弩有一石至十石等八种规格,这些规格的形成表明机械制造标准在汉代已初步确立。弩机上留下了作工、锻工、磨工等的名字。宋应星(1587~1644(?))的《天工开物》在卷十五《佳兵篇》中记述了测试弓弦弹力大小的方法:“凡试弓力,以足踏弦就地,秤钩搭挂弓腰,弦满之时,推移秤锤所压,则知多少”,方法十分巧妙。该书在我国失传300年,于1926年才由日本找回翻印本。
    商代的铜箭头已颇阴毒,凸脊、叁角形扁翼,当箭头刺入身体后,两翼的倒刺会牢牢钩住合拢的伤口难以拔出,血槽就像吸血蝠般抽出敌人的血液。时至战国,新兴的叁棱翼样式更使箭即便拔出伤口也更难愈合,并且相应的血槽增至六个。
    秦代箭头则提高了致人中毒的铅含量,同时与某些秦剑一样,飞越时代的表面氧化铬技术也使某些箭头历久常锋。但铜材较难得,秦代已经尝试用铁制作箭头铤部,而随着西汉炼钢业的发达,全铁制的箭头也问世了。早期铁箭头采用铸造,显然是舍不得铜箭头样式的惨毒,不过随即就发觉其锋利尚不及后者,于是只得改用锻制。锻制的缺点是浇铸而成的复杂造型必须舍弃,改为如铁剑的四棱剑身那般易于打造,但优点更为显着,锻制将使其比前辈坚韧得多。铜箭退出舞台,其开始与结束都在东汉。第一种锻制铁箭树立了宋代以前铁箭的基本特征—扁平四棱形,这是利于锻制的样式。从魏晋到隋唐,铁箭的分类很简单,发展路线也就是使箭头更硬更长,足以穿透日益精良的铁甲,撕裂敌人的肌肉和骨骼。
    对铁箭种类的细化又是始于宋代,这真是个颇有意思的时代,军政软弱的同时,军事技术却在突飞猛进的发展。宋代有值得钦佩的耐性对每种武器精雕细琢,而箭的样式也因之精细化,像铁脊箭、锥箭等,造型都已脱离扁平四棱形的单调,变得更为专业。南宋拉开了火器时代的帷幕,对金、元的连绵战争迅速使火器走向成熟,成为主宰战场命运的力量。不过在火器的射速和命中率还只适合火力覆盖的情况下,箭之序列的壮大会持续到明代,并继续创立出更多令人目眩的种类和造型。
    射是周代时的‘六艺’之一,也是古代最强大的攻击手段之一。早时的贵族,如果家中生下男孩,都要向天地四方射出六箭,以示男子所要征服的世界,足见其在人们心中的地位。东周时期复合技术的普及大大增加了弓身可储存的势能,使人在生理结构容许的拉程内,能将更多力量转化给弓身,射出更快更远之箭。
    古人超常的膂力令人惊诧,精锐射手竟能拉开70公斤的强弓,估计有效射程应在50-70米之间,最远射程更是数倍之多。当然这其中也离不开始于商代的扳指的功劳。扳指这项不起眼的发明,却令拉动强弓硬弩得以可行,避免因疼痛降低射速,甚至割伤手指。扳指对射手的意义如此重大,以至骑射起家的清朝王公贵族们,竟最终使其异化成为一种首饰。弓是以轻便、快速为特点的,这令其在清中期前始终占据着骑兵远射兵器序列的主力地位,而当火器的发展淘汰了强弩时,弓也仍能扬己所长与火器平分秋色了400年。
    弩在军事领域的发展得益于复合弓和铜弩机的发明,否则凭其较短的拉程,是无法与弓的杀伤力较长短的。强弩的特点是又远又准,有时间从容瞄准,但上弦比较费力耗时。根据这些特点,强弩通常被用于防御和伏击,射击的连续性则依*几组射手的轮番。不过也有特例,比如唐代骑兵的车轮讨敌战术。战国时强弩成了战车的心腹大患,远程打击的强大杀伤力令战车坚固的盾甲也黯然失色。但强并不是当时弩的唯一发展方向,足够轻巧的弩在简化射击步骤以提高射速方面另有优势,于是出现了带有箭匣和活动臂的迷你连弩,这可视为诸葛弩的前身。
    西汉对强弩的发展影响深远。不但在秦代增大望山的基础上,又添刻度,使弩拥有了稳定的弹道参照,且随着铜弩廓取代木弩廓,弩身对拉力的承受力也大大增强了。划船器般上弦的腰引弩最高拉力可达370公斤,简直到了不可思议的程度,有效射程超过500米,可惜由于实用性不如臂张和踏张,汉代以后就很少使用了。到了叁国时期,诸葛亮为了对抗魏国的强大骑兵,便制成了俗称诸葛弩的元戎,元戎之名得自春秋时一种主将战车,后代指将军之意。元戎最诱人之处在于机巧而非实用,虽昙花一现,但拉臂上弦便能快射10支毒箭的巧妙设计,却成了被当代人津津乐道的古代传奇。
    剽悍的草原之风,终于为南北朝召唤出巨大的强弩之王—床弩。这种弩战国亦出现过,当时称为‘连弩’,应是取多张弩联合一体之意,可惜后代一度失传。此时的床弩用多头牛力绞轴上弦,威力已大大强于战国人力绞轴的连弩,发射以皮或铁叶为羽的巨大标枪,主要用于攻守城时撞毁楼台、攻城器、城墙等,其宋代极者的最远射程超过1.5公里,是古代世界射程最远的冷兵器。
    赋予床弩以机动性的是唐代,用牛牵拉的车弩不但大大提高了部署灵活性和生存机会,更锦上添花的将绞绳与车轴钩连,行进就可上弦,大为提高了效率。车弩装置1张拉力860公斤的巨弩,有7个发射槽,最远射程超过1公里,中间槽所用的箭有1米多长。
    弩在宋代得到大发展,偏重步兵的宋庭将其视作对抗北方骑兵民族的利器。弩手多用踏张弩,采用叁组轮射的迭射法,而‘神臂弓’的发明,使宋军的有效射程可至370米。床弩则从两弩至四弩,从小型至巨型,种类繁多,两床和叁床弓还能在弦上绑一个装有数十支普通箭的铁兜子,使床弩拥有了杀伤人马的功能。许是善于骑射的元朝过于武断,竟干净利落的手起刀落,将弩留在了前朝,于是弩从宋代的极盛一跌而至元代的极衰,随着火器的继续发展,也就再没机会翻身了。

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