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第二章 声名鹊起 第十节 一改强弩

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    飞虎车定型之后,刘备开始研究强弩。在步枪发明以前,弩是最好的杀人武器,独领风骚两千年,要想在军事上有所建树,就必须用好弩。后世的考古发掘证明,弩的发明时间至迟在春秋中期[1],距刘备这个时代已经有近千年的历史了。

    秦代制弩工艺高度发达,到西汉中后期才重新超越,东汉时代,制弩的工艺已经相当完备。汉军北军射声营士兵用的强弩都是六石的厥张强弩,射程高达两百步,由于太远偏差太大,基本射不到想射的目标,因此其有效射程也只在百步左右,集群射击时的有效距离可提高到百五十步。

    这样强悍霸道的厥张弩,要想再提高威力,已经没有多大的可能了。从实战要求来说,超过百步距离的射击,(步枪也只要求百米以内实现精确射击。)准确度和杀伤力都非常有限,除了空耗箭枝外,没有多大意义,而在百步距离之内,最需要提高的是射速,而不是威力,只有用更多更密集的弩箭,才能更有效的遏制敌人进攻,实现最大限度的杀伤敌人。

    刘备想做的,就是在降低弩弓造价的基础上,尽可能提高射速和精度,提高有效射程。理论上,强弩的威力只和弩臂积蓄弹性能的多少以及释放所积蓄能量的效率有关,前者取决于人力,后者取决于材料性能。人力的极限就是开六石的厥张,再想提高,就只能采用机械手段,而这一定会降低射速,不合算。至于材料么,当然以质量轻而弹性好的材料为上。后世做弩的最好材料是碳纤维复合材料,而汉代不可能造出碳纤维。

    厥张弩的弩臂,也是用复合材料制成,增强纤维是优质的蚕丝、中坚层为优质木料、牛角为支撑背板,再用胶、漆、丝线将三层粘合捆绑固定到一起,这样制成的复合材料,不仅变形能力大,弹力高,而且质量轻,能最大限度的积蓄能量和有效释放能量。经过秦汉两代工匠四百多年的努力,其性能已经达到了极致,在没有先进的增强纤维之前,想在短期内提高弩臂材料的性能,绝无实现的可能。

    刘备没打算提高弩臂材料的力学性能,相反,他要降低材料性能,因为只有这样,才有可能降低造价。只有降低了造价之后,才有可能大量装备,才有可能发挥集群射击的优势,提高作战效果。基于这种考虑,刘备设计的强弩,所用的技术和材料,都很简单,只是他还不知道威力和准确性究竟能达到什么程度。

    新设计的弩弓,其弩臂仿照宋代的神臂弓,形状和后世的汽车弹簧钢一样,采用多层竹片叠加制作而成。若将弩臂中间的固定处看成固支条件,从力学上看,这个弩臂就是两根左右展开的叠层等强度悬臂梁。这种弩臂比现在的复合弓臂成本要低很多,而且工序简单,生产周期短,适合于大规模生产。

    不过无论采用什么材料的弓臂,顺利的给弩上弦和蓄能才是根本。为解决这个问题,刘备采用了两次蓄能设计。普通士兵开弓只能开三石弓,而厥张开弩多能开到五石,而以力为材的材官力士,则能用厥张的方法连续开六石的强弩,但是这样的材官并不多。(北军射声营也只有六百名材官力士。)

    考虑到人的输出功率有限,因此想提高弩的射速,就只有降低挂弦张力一途,想提高威力,则只有提高张力一途,这两者本是一对矛盾,但是刘备有办法解决这个矛盾。他的想法很简单,就是将目前的一次蓄能的能弩,改为二次蓄能弩。当敌人离得远时,采用两次蓄能,将弩的张力提高到最大。当敌人近了的时候,就采用一次蓄能,将弩弦张力达到两石半以上即可,这样百步之内,可以象弓箭一样连续挂弦发射,就可以最大限度的提高射速。

    具体实现方法至少有三种,刘备现在也不清楚哪种最好,因此需要试验。

    第一种设计是将弩臂的挂弦张力控制在二石半以上,这样人用手就可轻松的挂弦。而二石半的弩发射出的弩箭,在五十步内肯定是有杀伤力的。在弩弓的前端,相对于发射弩箭的弩弦,再设计一根增强弦,这根弦短而粗,只起于增强弩臂强度的作用。连在左右弩臂的两个中点之上,在需要增大弩臂张力时,将这根弦,向前拉,挂在弩臂立柱的前端,这根弦张紧之后,就提高了弩臂的弹力,增加了弩臂所积蓄的弹性能。当然,这第一次挂弦和第二次挂弦的顺序是不能搞反的,否则就无法实现轻松挂弦了。不过,用先挂增强弦,再挂发射弦的方法,可以轻松测量出二段蓄能后的弩弓张力,刘备希望这个张力在五石以上。

    第二种设计方法是将左、右弩臂分开,各自固定在头部夹在一起的弹性铁件上,铁件分为两片,一端固定在一起,有弹性,在弩弦的拉力下可以张开。由于铁件可以张开,而且刚度较小,因此,在给弩弓上弦时,弦拉动弩臂两端,带动铁件向左右张开约二十度,这时弩臂虽然变形很小,但是由于弩臂固定端张开,弩臂挂弦端自然向后移动,缩短了挂弦行程,实际挂弦拉力主要取决于弹性铁件,只要设计好铁件的弹力,就可以控制上弦拉力,同样,挂弦拉力还是要控制在两石半左右。

    这样挂弦之后,弩也可以发射,但积蓄的弹性能不够,必然不能及远,要提高弩的性能,就必须通过二次蓄能来提高弩积蓄的弹性势能。为实现这个目的,弩的前段固定上一个扳手,扳手上带有半圆形齿轮,通过向后扳动扳手,齿轮带动与之配合的齿条向前运动,而齿条端部固定一个带滑轮的套管,齿条向前运动时,滑轮套管将张开的弩臂铁件向前套紧,强制让张开的铁件合拢到一起,这时弹性铁件被夹紧,就会带动弩臂固定端向前运动,合拢张角,而弩弦已经固定,在弩弦的拉力下,弩臂挂弦端无法向前移动,此时弩臂就只能增加弯曲变形量,完成二次蓄能过程。

    考虑到实战应用和结构的需要,这种弩分三个部分,包括弩臂,弩架和管形枪刺。枪刺兼作扳手之用,整个结构和后世的步枪相似,具备刺杀功能,而且两边的弩臂,能够增加防御能力,说不准,这种奇形兵器的格斗能力能超过刀盾兵呢!

    第三种设计是将弩架设计为可伸缩的弩架,弩架缩短后,挂弦行程缩短,拉力必然减小,实现近处快速射击,要射远处的目标时,可以采用丝杆或齿轮齿条配合,伸长弩架,提高实际挂弦行程,这就可以提高积蓄的弹性能。

    这三种设计,都能实现二次蓄能的思想,若试验成功了,还可以考虑三段蓄能。当然,不管怎么设计,这种多次蓄能的方法都是有代价的,因为会降低大威力状态下的射速。其优点是能提高近战时的射速,同时兼顾远射威力。

    在设计新式二段弩的同时,益农作坊的骨陶试验也在进行。试验的结果有点令人意外,在卧式节能火炉内,烧制出的骨陶暗无光泽,而且表面粗糙,断口疏松,烧制之后变形较大,连续几天的试验都没有达到好的效果,唯一的优点是,这种陶片脆性低,不容易摔碎。联想到后世坦克装甲中的装甲陶瓷夹层,刘备让陶工试作调整配方,看能否生产出适合制作铠甲的陶片。和骨陶试验不顺相反,强弩的试制比较顺利,前两种设计方案都获得了成功,为了保证威力,刘备提出弩初次蓄能的拉力必须达到二石以上,最大拉力必须达到五石以上,通过试验,很容易就确定了叠层梁的尺寸。接下来就是确定第一方案中增强弦的强度和固定位置,第二方案中固定铁件的弹力。几组试验之后,就确定了固定件的形制尺寸。

    四天后,强弩试制完毕。第一种方案两次挂弦拉力都符合要求,缺点是第二次蓄能时需要将弩过头来挂增强弦。第二种方案的初次挂弦拉力不达标,力量不足两石,而弩臂固定时,挂弦拉力达到五石半。

    两个弩在大威力试射时,弦声响如霹雳,弩箭快如流星,发射之初,肉眼几不可见。受场地限制,最大射程没敢试,但是在二百步之外,箭依然射入夯土墙三分。百步之外,贯穿两寸木板,五十步上,入木四寸,这个力量足以射穿五十步外的所有盾牌和铁甲了。不过第二方案的弩有个很大的缺点,就是太重,足足达到六十五汉斤,而且重量集中于头部,和打铁的大号铁锤一样,普通人根本无法端稳瞄准。

    这两个方案缺点都很明显,因此必须改进,第一方案必须设计出不掉头就能挂上增强弦的机构。第二方案必须利用挖孔、加筋,合理利用材料,实现减重的目的。

    为调动工匠的积极性,刘备将自己在这方面能想到的方法全部传授给工匠,让他们逐一尝试完善,并提出重奖,若能减重一半,则奖励一万钱,若减到二十汉斤以内,则奖励三万钱。若实现快速悬挂增强弦,也奖励三万钱。

    二段弩的实现只是为提高射速提供了可能,至于射击的精度问题,就只能从改进箭枝着手了。一是平衡配置尾羽,二是让箭枝在飞行中旋转起来,这样可防止箭枝连续向一个方向偏斜,能在一定程度上,减小散布半径。

    此时的骨陶甲片的试验也有了进展,烧制工人发现,在圆形薄片情况下,骨陶的变形较小,而且,半寸厚的陶片,在五十步外,能挡住三石弓的射击,只是陶片会被射碎。不过,这个问题不大,若造价够低,且陶片够小的话,完全可以在战后替换一块,毕竟一场战斗中,同一个地方命中两次的可能性很小!

    为了找到骨陶的最佳配方,刘备让工匠们按五十种不同骨粉添加量调制陶土,一次性烧制出甲片五百片,然后让王健用弓箭射击千层纸,再用落锤撞击箭头来等效弓箭的破坏力,之后再用落锤试验来检验甲片的力学性能,希望能早点优选出最佳配方。之所以这样试验,是因为单个的甲片太小,直接用箭射,肯定射不到,所以无法试验,定型后,就可以直射检验了。

    ――――――――――*――――――――――

    1、我国在春秋时期已经有弩机,战国中期的铜弩机已经比较进步了。我国弩的出现比西方早十三个世纪。

    到汉代,弩逐渐走向标准化,有一石、……五石、……十石等八种。其中六石弩最常用,张力一百八十六千克,射程二百六十米,(此处数据不确,出土的一石铁权,只有二十三公斤重,六石弩,张力应该在138公斤力左右。射程也存疑。)同时,射击的准确性也有了很大的提高。弩机的“望山”上开始出现刻度,这相当于步枪的标尺。

    最初,弩也和弓一样只用一个人手臂的力。经过逐步发展,就有了采用脚蹬方式拉弦的叫“厥张弩、神臂弓”,有用绞车开弦的叫“车弩”,还有把两张弓或三张弓合成一个弩的叫“床子弩”。无论怎么发展,都是以提高蓄能能力为前提的。

    三国志魏书文帝纪中,裴松之引曹丕的原话注释中提到,曹丕“逐禽辄十里,驰射常百步”,由此看来,弓箭的射程确实在百步以上,相当于138米。现代奥运会射箭比赛的射击距离无论男女都是七十米,这个距离上,选手能长时间稳定瞄准,而且精度极高,说明实际射程会超过70米很多,至少有效杀伤距离不低于70米。因为选手的弓开得并不满,弦只拉到下颌中间即止,而拉满时至少可以多拉五厘米。也正因为这个原因,我认为拉力高达180公斤力的强弩射程只有二百六十米的可能不大,应当更远些。

    2、瓷不是陶的精细化产品,因为瓷土和陶土的化学成分有根本的不同。陶烧制的温度在800度左右,超过这个温度,陶土中的大量助溶物质就会融化,最后会融化成一滩。而瓷土融化温度极高,因此瓷器的烧制温度都在1200摄氏度上下,低于这个温度,无法烧制成型,高于这个温度,表面的釉质会流掉,而且温度过高时,瓷器也会软化变形。

    3、考古发现,我国远在商、周时期就发明了原始青瓷,后来不知为何,渐渐失传。到汉代,又出现了瓷器,不过和原始青瓷之间相差较大,而且都集中在产高岭瓷土的南方地区,北方没有。不过刘备知道,今天的唐山地区,(汉时属右北平)附近有高岭瓷土出产。

    4、刘备设计的弩:

    主要特点:将强力弩弓的弓臂分解为两部分,先放松弩臂,使用较小的拉力完成上弦动作,这时,虽然可以射击,但是威力不大。第二步,通过扳手驱动弩臂加强部件,夹紧弩臂,强制提高弩臂的弹性,从而再次增加弩臂所积蓄的弹性势能。实现方法可以有两类,一类为弩臂固定件可以在小拉力下张开、强力下合拢,实现两段积蓄能量的目的。第二类使用两次增强的弩臂,先以较弱的弩臂受力,实现轻松挂弦。然后用增强纤维增强弩臂,或用增强弩臂来顶紧第一层较弱弩臂,将弩臂强制向前顶或向前拉,实现二次蓄能。第二类方法有可能导致两层弩臂之间静摩擦太大或挂增强弦困难。不经试验,不敢肯定结果。

    第二种设计方案的实现方法:

    第一步是通过管形枪刺带动半圆形齿轮,由齿轮带动齿条。向前扳动时,带动齿条后移,齿条上夹紧弩臂固定铁件的套筒后移,放开弩臂固定件,由于设计强度限制,此时弩臂的张力只有两石以上。这样,在弦的张力下,铁件可以象剪刀那样张开,由于弩臂长度的放大作用,因此只需张开较小的角度,就能让弩臂挂弦端后移较长的距离,从而大大缩短挂弦行程。这里的设计要点是,弩臂固定件张开的角度,应当保证能够用一只手轻松挂弦,比如控制在150-250牛顿的挂弦拉力。挂弦后,弦由于张力作用,自然挂在发射机臂上,不能移动。

    枪刺的设计最大旋转角应为一百八十度。挂弦的第二步,将张开在前面的枪刺,向后扳动,(和气枪压气动作相同)此时半圆齿轮驱动齿条向前移动,套筒沿着铁件张开的小张角向前移动,将张开的弩臂固定铁件重新合拢。整个动作的原理和在剪刀上加一个滑动套一样,当套子向剪刀轴移动时,剪刀可以张开,而当套子滑向剪刀尖部时,剪刀必然会被套子合拢,而且扳手、套紧都为省力杠杆,因此必然能够产生足够的套紧力,将张开的弩臂铁件合拢。因为弩弦拉动弩臂的力臂较大,相对于合拢力是省力结构,因此所需合拢力较大,故此,强调扳手、套筒的材料强度,且扳手需要足够长,才能实现大幅度省力的目的。

    此弩的用法:远处之敌可以使用两次蓄能弩射击,近了可以用一次蓄能实现快速射击,再近了可以使用弩刺自卫。格斗时,张开的弩臂能很好的保护弩兵的胳膊,为弩兵提供额外的防护能力,经过刺杀训练的弩兵,应该能具备二战时期士兵的刺杀能力。

    本弩是作者为此书特别设计,若有其他书友引用,请注明为夸父设计,也可命名为夸父弩。考虑到本人手边不具备工具,也不具备试制条件,因此本人没有试验此种弩弓是否能够工程实现,也没有申请专利,若有弩弓工厂按此制作成功,希望能送夸父成品一个。(要求不高吧?)。本设计完成时间:二零零八年三月二十八日。快眼看书小说阅读_www.bookcu.com

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