熙寧(ning)元(yuan)年,始命入內(nei)副都知張若(ruo)水、西上閣門(men)使(shi)李評料簡(jian)弓(gong)弩而增(zeng)修之。若(ruo)水進(jin)所造神(shen)臂(bei)弓(gong),實李宏(hong)所獻,蓋弩類(lei)也。以(yi)檿為身,檀為弰,鐵為登(deng)子槍(qiang)頭,銅(tong)為馬(ma)面(mian)牙發(fa),麻繩扎絲(si)為弦。弓(gong)之身三尺(chi)(chi)有(you)二寸(cun),弦長(chang)二尺(chi)(chi)有(you)五(wu)寸(cun),箭木羽長(chang)數寸(cun),射三百四十余步,入榆木半笴。
熙寧中,李(li)定(ding)獻偏(pian)架弩(nu),似(si)弓而(er)(er)施榦(gan)鐙。以鐙距地而(er)(er)張之,射三百步,能洞(dong)重(zhong)扎,謂之“神臂弓”,最為利(li)器。李(li)定(ding)本(ben)黨項(xiang)羌(qiang)酋,自投歸朝廷,官至防團而(er)(er)死,諸(zhu)子皆以驍(xiao)勇(yong)雄于西邊(bian)。
其余(yu)如《宋(song)會要輯稿(gao)》《文獻通考》《曲洧舊聞》《容(rong)齋三筆》等史料中,神臂弓的射程作(zuo)“二百四十(shi)步(bu)”,如《容(rong)齋三筆》卷十(shi)六《神臂弓》
神臂弓出(chu)于弩(nu)(nu)遺法,古未有也。熙寧(ning)元年(nian),民李宏始獻(xian)之入(ru)內,副都知張若(ruo)水方受(shou)旨料(liao)簡弓弩(nu)(nu),取以(yi)進。其法以(yi)桑木為身,檀為秢,鐵為蹬子槍頭,銅為馬面牙(ya)發(fa),麻繩扎絲為弦。弓之身三尺(chi)有二(er)寸,弦長二(er)尺(chi)有五寸,箭木羽長數寸,射二(er)百四十余(yu)步,入(ru)榆木半秥(nian)。
宋史(shi)是元人根據宋代的文獻(xian)、檔(dang)案(an)編纂的。
宋史的訓練之制
[六年,從郭忠紹之請,步軍(jun)弩手第(di)一(yi)等(deng)者,令兼習神臂弓。]
[三年五月(yue),詔在(zai)京、府界諸路禁(jin)軍格斗法(fa)(fa)(fa),自今并(bing)(bing)依元豐條法(fa)(fa)(fa)教習。七月(yue),詔選弩手(shou)兼習神臂弓(gong)(gong)。八月(yue),詔:“殿前、馬步軍司見管教頭,別選事藝(yi)精強、通曉教像體(ti)法(fa)(fa)(fa)者,展轉教習。其弓(gong)(gong)箭手(shou)馬、步射射親,用(yong)點(dian)藥包指(zhi)及第二(er)指(zhi)知鏃,并(bing)(bing)如元豐格法(fa)(fa)(fa)。”是月(yue),又詔復(fu)神臂弓(gong)(gong)射法(fa)(fa)(fa)為百二(er)十(shi)步。]
[四(si)年五月,臣僚(liao)上(shang)(shang)言:“神臂弓(gong)垛(duo)遠百二十步,給箭十只,取(qu)五中(zhong)為合格,軍(jun)中(zhong)少得該賞,恐惰(duo)于(yu)習射。送(song)殿前、馬步軍(jun)司勘會(hui),將中(zhong)貼箭數并改為上(shang)(shang)垛(duo),其一中(zhong)貼此兩上(shang)(shang)垛(duo)。”從之。
五年三月(yue),詔:“自今敢(gan)占留將兵(bing),不(bu)赴(fu)教(jiao)閱(yue),并以違御(yu)筆論。不(bu)按(an)舉者,如其(qi)罪。”十一月(yue),臣僚言:“春秋(qiu)大(da)教(jiao),諸軍弓弩上取斗(dou)力(li)高(gao)強,其(qi)射親中多(duo)者,激賞太薄,無以為(wei)勸。”詔依元(yuan)豐法。]
“近于陜(shan)西省城(cheng)見有(you)城(cheng)樓舊題(ti)神臂弩數(shu)百(bai)張,相傳者(zhe)百(bai)余(yu)年矣(yi)。乃知(zhi)先朝亦(yi)嘗制(zhi)此。雖皆損壞,而制(zhi)度猶存,但箭則(ze)無矣(yi)。臣謹從宜遵效造成。其(qi)(qi)(qi)(qi)制(zhi)以(yi)闊厚堅勁(jing)大弓,其(qi)(qi)(qi)(qi)力(li)一(yi)百(bai)五十(shi)斤(jin)(jin)上(shang)(shang)下、及(ji)一(yi)百(bai)二十(shi)斤(jin)(jin)上(shang)(shang)下、及(ji)九(jiu)十(shi)斤(jin)(jin)上(shang)(shang)下,為三等,慮人力(li)有(you)強弱也。其(qi)(qi)(qi)(qi)長(chang)均為四尺五寸(cun),矢取(qu)其(qi)(qi)(qi)(qi)利最遠,而端可及(ji)三百(bai)步內外(wai)者(zhe)。為矢,其(qi)(qi)(qi)(qi)長(chang)均七寸(cun)五分(fen),其(qi)(qi)(qi)(qi)重(zhong)則(ze)六錢上(shang)(shang)下,亦(yi)三等,俾(bi)與弩稱。復效漢耿恭之(zhi)法,箭簇開四尖(jian),又輔以(yi)荷蘭嵩(song)縣(xian)等處射(she)虎(hu)箭藥,俾(bi)入(ru)馬中無不三洞。尤(you)虜(lu)所(suo)畏。其(qi)(qi)(qi)(qi)箭簇后小鐵管心,僅(jin)長(chang)分(fen)許(xu),入(ru)箭桿處內用漆膠外(wai)用竹絲以(yi)夾縛之(zhi),俾(bi)虜(lu)不能(neng)取(qu)以(yi)反射(she)。蓋虜(lu)之(zhi)射(she)藝極(ji)精,矢無虛發,惟此足(zu)以(yi)勝之(zhi)。”
注意實物(wu)的尺寸和原始記載是(shi)吻合(he)的,長4尺5寸,所(suo)以不存在這(zhe)個(ge)是(shi)啥啥后期弱化(hua)了的版本(ben)的可(ke)能。尤其提到(dao)拉力分為三檔,分別是(shi)90斤(jin)、120斤(jin)和150斤(jin)(明代一(yi)斤(jin)590g,和現代一(yi)斤(jin)差(cha)不太多,折算的話,是(shi)53.1kg、70.8kg,88.5kg)。這(zhe)樣的話,和英式長弓拉力基本(ben)相當,射程最遠(yuan)可(ke)及(ji)300步,而不是(shi)300步外還有殺(sha)傷力。應該說,這(zhe)些(xie)數據都是(shi)符合(he)常識的。
(注1:明代一斤約合(he)600g,現代一市(shi)斤合(he)500g。現殘存明代砝碼一斤多少(shao)于600g,少(shao)數多于600g。故而一百五十斤約合(he)90Kg。)
(注(zhu)2:“先朝”指元朝而(er)非宋朝。此處神(shen)臂弓(gong)只是元朝仿制宋朝某種(zhong)型(xing)號(hao)的(de)神(shen)臂弓(gong)的(de)復原品,而(er)已知(zhi)宋代神(shen)臂弓(gong)有多(duo)個強(qiang)弱不同的(de)型(xing)號(hao)存在,因而(er)不能以此代表全部(bu)的(de)型(xing)號(hao)。)
而(er)就(jiu)這(zhe)兩個圖來看(kan),似乎神(shen)臂(bei)弩(nu)(nu)(nu)的(de)(de)(de)確是一種介于單兵(bing)和床弩(nu)(nu)(nu)之間的(de)(de)(de)多用(yong)途弩(nu)(nu)(nu)。注意(yi)看(kan)的(de)(de)(de)話(hua),那個“神(shen)臂(bei)床子連(lian)城弩(nu)(nu)(nu)”其(qi)實并非(fei)(fei)是正式的(de)(de)(de)床弩(nu)(nu)(nu),而(er)更像是直接拿一個單兵(bing)弩(nu)(nu)(nu)架(jia)在某(mou)個依托物上上弦發射,關鍵是用(yong)弩(nu)(nu)(nu)最前(qian)方的(de)(de)(de)一個鉤(gou)子形(xing)裝置和下方支(zhi)架(jia)起到固(gu)定(ding)的(de)(de)(de)作用(yong)。這(zhe)樣的(de)(de)(de)話(hua),神(shen)臂(bei)弩(nu)(nu)(nu)就(jiu)并非(fei)(fei)是腳(jiao)(jiao)張弩(nu)(nu)(nu),而(er)是利用(yong)前(qian)方的(de)(de)(de)鉤(gou)子作為(wei)支(zhi)點(dian),下方支(zhi)臂(bei)作為(wei)支(zhi)撐,來完成上弦的(de)(de)(de),所以其(qi)拉力可(ke)能較通(tong)常腳(jiao)(jiao)張弩(nu)(nu)(nu)略大。這(zhe)么看(kan)的(de)(de)(de)話(hua),前(qian)面帖子關于神(shen)臂(bei)+偏架(jia)的(de)(de)(de)推測,似乎可(ke)以加以印證。
另外明后期大臣向(xiang)皇帝(di)主張挖掘古(gu)墓(mu)中(zhong)的弩機來改良(liang)明代弩的射(she)程和威力(li),說明了明代弩威力(li)大不如宋(song)。
根(gen)據它的(de)(de)(de)弦(xian)/弓(gong)比(bi),就可以斷(duan)定它是(shi)復合材料制成的(de)(de)(de)。單(dan)體木(mu)弩(nu)的(de)(de)(de)弓(gong)的(de)(de)(de)形狀類似一段圓弧,弦(xian)/弓(gong)比(bi)大于0.9,而(er)神(shen)臂弓(gong)的(de)(de)(de)弦(xian)/弓(gong)比(bi)小于0.8,如果是(shi)單(dan)體木(mu)弩(nu),只有在快拉(la)滿的(de)(de)(de)時候,才能達(da)到(dao)這樣的(de)(de)(de)弦(xian)/弓(gong)比(bi)。神(shen)父卡茨提到(dao)過這一點,但是(shi),他先假定神(shen)臂弓(gong)是(shi)木(mu)弩(nu),因此判斷(duan)弓(gong)長(chang)的(de)(de)(de)記(ji)錄有誤,這是(shi)不正確的(de)(de)(de)。
另一(yi)方面,神(shen)臂弓的(de)(de)(de)弓長100cm,單體木弩(nu)在尺寸如此(ci)小(xiao)巧的(de)(de)(de)前(qian)提(ti)下,不(bu)可(ke)能這般(ban)強(qiang)勁。因為單位質量山桑(sang)木的(de)(de)(de)儲能,不(bu)過復(fu)合(he)材料的(de)(de)(de)三分之一(yi)。神(shen)臂弓這樣輕巧,又如此(ci)強(qiang)勁,弩(nu)弓材料一(yi)定非同一(yi)般(ban),而在中國(guo),復(fu)合(he)弓、弩(nu)的(de)(de)(de)制作從(cong)商晚(wan)期代就開始(shi)了,在中國(guo)古(gu)代一(yi)直大行其道(dao),用(yong)在神(shen)臂弓上是(shi)很正常的(de)(de)(de)事(shi)情。
任何一(yi)種弓(gong)、弩(nu),當(dang)然都能45度(du)左右的初仰角射擊,以獲得最大射程(cheng)(cheng),但弓(gong)弩(nu)的實際(ji)使用方式(shi)并非如此。因此,要討論射程(cheng)(cheng),必(bi)須在限定初仰角的前(qian)提下進(jin)行。
從前面的(de)(de)史(shi)料(liao)中我們可(ke)以看到,“二百(bai)四十(shi)(shi)步”,“三百(bai)四十(shi)(shi)步”,“三百(bai)步”這些(xie)測試的(de)(de)記(ji)錄,都(dou)有相同點:結果不(bu)(bu)同,但都(dou)很遠;但最關鍵的(de)(de)是,目(mu)標(biao)尺寸都(dou)不(bu)(bu)大。二百(bai)四十(shi)(shi)步合(he)三百(bai)七十(shi)(shi)米,已經(jing)非(fei)常(chang)遙遠了,要命(ming)中“榆木”、“重札”,非(fei)瞄準不(bu)(bu)可(ke),不(bu)(bu)可(ke)能大仰角射擊,除非(fei)這些(xie)目(mu)標(biao)有十(shi)(shi)米以上的(de)(de)高度,以及相近級別的(de)(de)寬度。
神臂弓的(de)(de)瞄準方式(shi)和前代(dai)的(de)(de)弩有所不同。更(geng)早的(de)(de)弩,箭比較長,就(jiu)位后箭頭伸出(chu)弩臂,弩手根(gen)據(ju)目標的(de)(de)距(ju)離(li)(li),以及自身的(de)(de)經驗,在(zai)望(wang)山上選擇適當高度的(de)(de)位置,和簇尖、目標成三點一(yi)線。神臂弓的(de)(de)弩箭很短,僅數寸(cun)長,按6~8寸(cun)計算,就(jiu)是19~25cm,不可能伸出(chu)弩臂,因(yin)(yin)此必然(ran)用箭槽前端口代(dai)替簇尖瞄準。這肯定是一(yi)個進步,因(yin)(yin)為(wei)同一(yi)種箭的(de)(de)長度也會有微(wei)小的(de)(de)差別。這樣,最大仰角就(jiu)由(you)望(wang)山高度和望(wang)山到弩臂前端的(de)(de)距(ju)離(li)(li)確定。
從戰國到秦代的(de)(de)弩,望(wang)山(shan)高度較(jiao)小,但一(yi)直在逐步增(zeng)加,從最低的(de)(de)3.5cm到兵(bing)馬(ma)俑出土弩機的(de)(de)6cm。進(jin)入漢代以后,望(wang)山(shan)高度大幅度增(zeng)加,根據這一(yi)時期的(de)(de)出土文物,達到9~13cm。三(san)國、兩(liang)晉時代也保持著這樣的(de)(de)尺寸。這樣,我們可(ke)以推測(ce),神(shen)臂(bei)弓的(de)(de)望(wang)山(shan)高度大約10cm多(duo)一(yi)點。
踏(ta)張弩(nu)的(de)規格多樣(yang),但有一(yi)點比(bi)較(jiao)穩定,就(jiu)(jiu)是開弩(nu)時(shi)的(de)最終提拉高(gao)度(du),合(he)理的(de)范圍(wei)大約80~85cm,這樣(yang)的(de)高(gao)度(du)能夠比(bi)較(jiao)充分地發(fa)揮(hui)人(ren)的(de)潛能。模(mo)擬(ni)一(yi)下開弩(nu)的(de)動作(zuo)就(jiu)(jiu)能發(fa)現這一(yi)點。
起(qi)始(shi)高(gao)度呢?腳(jiao)蹬(踏環)大(da)約20cm,弩弓的縱向尺寸(cun)也大(da)致相當(dang)或(huo)略(lve)大(da)一點,考慮兩者(zhe)的尺寸(cun)有重疊部分(fen),因此,開弩時(shi)的起(qi)始(shi)高(gao)度可以(yi)降低(di)到(dao)40cm甚(shen)至(zhi)35cm。
這樣,神臂弓(gong)的做功距離大約40~45cm,最(zui)多可以達到50cm,我(wo)相信克敵(di)弓(gong)就(jiu)接近(jin)50cm。根據《容齋三筆(bi)》,克敵(di)弓(gong)是神臂弓(gong)的改(gai)進型,增(zeng)加了(le)尺寸,更加強勁(jing)。
我們可以大致估算(suan),40~45cm左(zuo)右的(de)(de)(de)做(zuo)功(gong)距離的(de)(de)(de)構(gou)成。弦(xian)的(de)(de)(de)張角變化大約提供一半多,弦(xian)長80cm,一半為40cm,開弩過程結束,假定兩側弦(xian)的(de)(de)(de)張角為90度,則縱向(xiang)移動(dong)距離28cm。其(qi)余(yu)的(de)(de)(de)部分由(you)弓的(de)(de)(de)變形獲(huo)得。
80~85的(de)(de)總距(ju)離,扣(kou)除腳蹬的(de)(de)大(da)約(yue)20cm,望山(shan)到(dao)弩臂前端的(de)(de)距(ju)離大(da)致為60~65cm。因此(ci),最大(da)初(chu)仰角大(da)約(yue)為10度,對(dui)應(ying)10.6~11.5cm的(de)(de)望山(shan)高度,這正是典型的(de)(de)望山(shan)高度。
這是爭議(yi)比較大的地方。
二石三斗是拉力(li)?我們(men)看看宋(song)(song)代(dai)弩的(de)考(kao)核標準。wdg2000匯總了宋(song)(song)史(shi)中的(de)有關記錄;
康定(ding)元年,帝御便殿閱諸(zhu)軍陣法。議者(zhe)謂諸(zhu)軍止教(jiao)坐(zuo)作進退,雖整肅可觀,然臨(lin)敵難用,請(qing)自今遣(qian)官閱陣畢,令(ling)解鐙以弓弩射(she)。營(ying)置弓三(san)等,自一石至八斗;弩四等,自二(er)石八斗至二(er)石五斗,以次閱習。詔(zhao)行之陜西、河東(dong)、河北路。"
(慶歷)六年(nian),詔(zhao)諸軍夏三月毋教弓(gong)弩(nu),止習短兵。又詔(zhao):“以(yi)春秋大教弓(gong)射(she)一石(shi)四斗(dou)、弩(nu)彍三石(shi)八(ba)斗(dou)、槍刀手勝三人者,立(li)為武藝出眾格(ge)。中者,本營(ying)闕階級即以(yi)次(ci)補。”"
至和元年,詔(zhao):“諸軍選將校,武藝鈞,以射親為上。”韓琦又言:“奉詔(zhao),軍士弩(nu)彍四(si)石二斗(dou)并(bing)弓箭、槍(qiang)手應舊(jiu)規(gui)選中者,即給挺補守闕(que)押(ya)官,然則排連舊(jiu)制(zhi)為虛(xu)文(wen)矣。請(qing)三路(lu)兵遇春秋大教,武技(ji)出眾者優給賞物,免本(ben)營他役,候(hou)階級闕(que),如舊(jiu)制(zhi)選補。”奏可。"
乾(qian)道中,詔弓箭(jian)手(shou)元(yuan)射(she)一(yi)石四(si)斗(dou)(dou)力升(sheng)加(jia)三斗(dou)(dou),元(yuan)射(she)一(yi)石力升(sheng)加(jia)五斗(dou)(dou),弩手(shou)元(yuan)射(she)四(si)石力升(sheng)加(jia)五斗(dou)(dou),元(yuan)射(she)兩石七(qi)斗(dou)(dou)力升(sheng)加(jia)八斗(dou)(dou),進秩推賞有差。"
淳熙間,立槍(qiang)手(shou)(shou)及射鐵簾(lian)格(ge)。...詔中垛(duo)簾(lian)弓箭(jian)(jian)手(shou)(shou)一石二斗力(li)(li)(li)十(shi)箭(jian)(jian),弩(nu)手(shou)(shou)四(si)石力(li)(li)(li)八(ba)箭(jian)(jian),依格(ge)進兩秩,各賜錢百緡;弓箭(jian)(jian)手(shou)(shou)一石力(li)(li)(li)十(shi)箭(jian)(jian)以(yi)上,弩(nu)手(shou)(shou)三(san)石力(li)(li)(li)八(ba)箭(jian)(jian),各進兩秩。"
(紹熙)二(er)(er)年,樞密院言:“殿、步(bu)司諸軍弓箭(jian)(jian)手,帶甲六十(shi)步(bu)射,一(yi)石(shi)二(er)(er)斗(dou)力,箭(jian)(jian)十(shi)二(er)(er),六箭(jian)(jian)中垛為本(ben)等。弩手,帶甲百步(bu)射,四石(shi)力,箭(jian)(jian)十(shi)二(er)(er),五箭(jian)(jian)中垛為本(ben)等。
鈞石(shi)(shi)(shi)之(zhi)(zhi)石(shi)(shi)(shi),五(wu)權之(zhi)(zhi)名,石(shi)(shi)(shi)重(zhong)百二十斤。后人以(yi)(yi)一(yi)斛為一(yi)石(shi)(shi)(shi),自漢已如(ru)此(ci),“飲酒一(yi)石(shi)(shi)(shi)不亂(luan)”是也(ye)。挽蹶弓弩,古(gu)人以(yi)(yi)鈞石(shi)(shi)(shi)率(lv)之(zhi)(zhi)。今(jin)(jin)人乃以(yi)(yi)粳米一(yi)斛之(zhi)(zhi)重(zhong)為一(yi)石(shi)(shi)(shi)。凡石(shi)(shi)(shi)者,以(yi)(yi)九(jiu)十二斤半(ban)為法,乃漢秤三百四(si)十一(yi)斤也(ye)。今(jin)(jin)之(zhi)(zhi)武卒(zu)蹶弩,有及九(jiu)石(shi)(shi)(shi)者,計(ji)其力乃古(gu)之(zhi)(zhi)二十五(wu)石(shi)(shi)(shi),比(bi)魏之(zhi)(zhi)武卒(zu),人當(dang)(dang)二人有余(yu);弓有挽三石(shi)(shi)(shi)者,乃古(gu)之(zhi)(zhi)三十四(si)鈞,比(bi)顏高之(zhi)(zhi)弓,人當(dang)(dang)五(wu)人有余(yu)。此(ci)皆近歳教養所(suo)成。以(yi)(yi)至擊刺馳射,皆盡(jin)夷(yi)夏之(zhi)(zhi)術;器仗鎧胄,極今(jin)(jin)古(gu)之(zhi)(zhi)工巧。武備之(zhi)(zhi)盛,前(qian)世未(wei)有其比(bi)。
可(ke)見宋代(dai)弩(nu)(nu)(nu)的(de)(de)(de)拉(la)力(li)非(fei)常驚人(ren),考核標準(zhun)很高(gao),多數在4石(shi)(shi)左右。1宋斤為(wei)633g,按《夢(meng)溪筆(bi)談》中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)記載,測試弓弩(nu)(nu)(nu)拉(la)力(li),1石(shi)(shi)按92.5宋斤計(ji)。王增瑜(yu)先(xian)生在《宋朝兵制(zhi)初探》中(zhong)(zhong)討(tao)論過這(zhe)(zhe)個問題。韓琦(qi)曾(ceng)說“今之試武藝,弓弩(nu)(nu)(nu)惟務斗(dou)力(li)多,而不求(qiu)(qiu)所射疏密,…,乃軍中(zhong)(zhong)之戲”,批評開弩(nu)(nu)(nu)只(zhi)求(qiu)(qiu)力(li)大,不求(qiu)(qiu)準(zhun)確(que),訓練不求(qiu)(qiu)實(shi)藝;《夢(meng)溪筆(bi)談》中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)記載也(ye)說明宋代(dai)弓弩(nu)(nu)(nu)的(de)(de)(de)拉(la)力(li)驚人(ren),蹶弩(nu)(nu)(nu)記錄達到9石(shi)(shi)(沈(shen)括這(zhe)(zhe)里換算可(ke)能(neng)出了錯誤(wu),‘乃漢稱三(san)百四十(shi)一斤也(ye)’,只(zhi)能(neng)是(shi)120宋斤的(de)(de)(de)‘石(shi)(shi)’,后(hou)面(mian)的(de)(de)(de)幾個‘石(shi)(shi)’,都應(ying)為(wei)120宋斤,這(zhe)(zhe)里不多討(tao)論),沈(shen)括自(zi)己也(ye)很自(zi)豪。看來還真是(shi)如此,并非(fei)史料夸大。
神臂弓素(su)以強(qiang)勁著(zhu)稱,不可能只(zhi)有2石(shi)3斗拉(la)力,尤其是后期降到1石(shi)4斗,更不可能。
那(nei)么,結論只有一(yi)個(ge),測(ce)試拉力(li)時,用2個(ge)硾(zhui)(zhui)。如果按(an)常(chang)規,重物掛在(zai)弦(xian)上,則2硾(zhui)(zhui)并列或硾(zhui)(zhui)上下(xia)設鉤,上鉤掛弦(xian),下(xia)鉤掛另一(yi)硾(zhui)(zhui),這(zhe)樣,拉力(li)為4石(shi)6斗(dou),約合269公(gong)斤(jin)。這(zhe)確(que)實太強,后期(qi)降低(di)到(dao)二石(shi)八斗(dou)(164kg)就是很(hen)自(zi)然的事情(qing)了,直到(dao)由于抗金作戰的需要,出(chu)現更加強勁(jing)的神(shen)勁(jing)弓和克敵弓,但拉力(li)恐怕(pa)也就是大致恢復(fu)到(dao)早期(qi)神(shen)臂弓的水平。
為什么要兩(liang)個(ge)(ge)硾?強(qiang)壯的弩兵(bing)可(ke)以開4石6斗的強(qiang)弩,但兩(liang)個(ge)(ge)測試者未必能挑得動270公斤的重硾,分成兩(liang)個(ge)(ge),就比較容易(yi)操作,這是我的看法(fa)。
兩個硾(zhui)還可以(yi)有另外的(de)(de)作用。箭(jian)(jian)上(shang)有木羽,所以(yi)弩臂上(shang)的(de)(de)箭(jian)(jian)槽是很淺的(de)(de),深度必定小于箭(jian)(jian)桿半(ban)徑,箭(jian)(jian)槽有一(yi)點(dian)導向作用,但不強。神臂弓很精確,為此(ci),弩弓兩端的(de)(de)平衡非常重要,在弓的(de)(de)雙耳上(shang)掛(gua)硾(zhui),可以(yi)確定
弩弓兩側是否平衡。
神(shen)臂弓的箭很(hen)短,數寸(cun)(cun)而已,1宋寸(cun)(cun)為(wei)3.12cm,按6~8寸(cun)(cun)計算,就是19~25cm。
根據這樣(yang)的(de)(de)長度,截面積也必定(ding)相應減小,箭(jian)的(de)(de)長/截面直徑比(bi)和(he)普通(tong)的(de)(de)箭(jian)相當或略粗壯一點是(shi)合理的(de)(de),如果和(he)普通(tong)的(de)(de)箭(jian)一樣(yang)粗,則(ze)空氣(qi)阻力太大,速度衰減很快,射程也會大大縮短(duan)。因此,神臂弓的(de)(de)箭(jian)一定(ding)比(bi)較輕。
4石6斗拉力,40cm的(de)(de)做功距(ju)離,這樣的(de)(de)復合(he)弓(gong),大約可以(yi)使20g/22g/24g的(de)(de)箭(jian)(jian)分別獲得140~150m/s的(de)(de)初速度。我(wo)計(ji)算過16~26g的(de)(de)箭(jian)(jian)的(de)(de)各種情況,不考慮(lv)更輕的(de)(de)箭(jian)(jian)是因(yin)為弩的(de)(de)能量(liang)轉換(huan)效(xiao)率太低,不考慮(lv)更重的(de)(de)箭(jian)(jian)是因(yin)為初速度低,又要減少迎風面積(ji)以(yi)減少阻力,要達到(dao)預定的(de)(de)重量(liang),箭(jian)(jian)需要幾乎全部(bu)由金屬組成,再增加重量(liang)就達不到(dao)了,因(yin)為箭(jian)(jian)的(de)(de)長(chang)度應(ying)(ying)在6~8寸,不應(ying)(ying)超過9寸。后面我(wo)們會看到(dao)計(ji)算的(de)(de)例(li)子。
4石6斗(dou),這(zhe)么(me)大的(de)拉力(li),麻繩制(zhi)作的(de)弦直(zhi)徑應達(da)到1cm左右。那么(me),箭這(zhe)么(me)細,怎么(me)配合(he)呢?可(ke)以(yi)(yi)增(zeng)加木(mu)制(zhi)尾(wei)(wei)部的(de)直(zhi)徑,但這(zhe)樣(yang)會大大增(zeng)加飛行(xing)阻力(li),不行(xing)。個(ge)人認為,垂直(zhi)尾(wei)(wei)羽是關鍵,弦是推(tui)動(dong)尾(wei)(wei)羽而推(tui)動(dong)箭的(de)。從弩(nu)臂上(shang)端面計,垂直(zhi)尾(wei)(wei)羽的(de)高度(du)只要達(da)到8、9mm,弦釋放后,就可(ke)以(yi)(yi)順利(li)推(tui)動(dong)箭飛出(chu)。
回頭看來,“箭木羽長數寸”,簡(jian)短的(de)幾(ji)個字,內涵卻實在太豐富了。
這是一個(ge)不(bu)可缺少的(de)(de)過程(cheng)。根據箭(jian)的(de)(de)質量(liang)、初速度、仰角(jiao),和(he)假定的(de)(de)空氣阻力系數,可以得到(dao)箭(jian)的(de)(de)速度和(he)行程(cheng)與(yu)時間的(de)(de)關系,就可以判(pan)斷能(neng)否(fou)達(da)到(dao)預(yu)定的(de)(de)射程(cheng)。我們來看一下,神臂弓是否(fou)能(neng)達(da)到(dao)520米的(de)(de)射程(cheng),需要什么條件。
空(kong)氣阻力依(yi)據通常的(de)模型計算,和速度(du)的(de)平方成正比。
由(you)于初仰角只有(you)(you)10度,因此(ci)可以對問題進行簡(jian)化(hua)。在(zai)飛行的(de)前(qian)半段重力有(you)(you)微(wei)小(xiao)(xiao)的(de)減速(su)作用,而在(zai)后(hou)半段有(you)(you)微(wei)小(xiao)(xiao)的(de)加(jia)速(su)作用,從分(fen)析射程的(de)角度,兩者作用都很小(xiao)(xiao),大小(xiao)(xiao)相(xiang)(xiang)近(jin),方向相(xiang)(xiang)反,相(xiang)(xiang)互抵消,因此(ci)可以忽略。這樣,問題就大大簡(jian)化(hua)了(le)。
總行程(cheng)(cheng)呢?初(chu)仰(yang)角10度(du),射(she)程(cheng)(cheng)520米(mi)(mi),那么(me),總行程(cheng)(cheng)必定略小于520/cos(10°)=528米(mi)(mi)。我(wo)們就保守一點,讓(rang)箭飛行528米(mi)(mi)。
箭的(de)(de)(de)飛行可(ke)以理解成(cheng)有空氣阻力(li)(li)的(de)(de)(de)仰角為10度的(de)(de)(de)直(zhi)線運動和自(zi)由落(luo)體運動的(de)(de)(de)組(zu)合(he)。自(zi)由落(luo)體的(de)(de)(de)行程(cheng)為520*tan(10°)=91.4米(mi)。保守地考(kao)慮,則飛行過程(cheng)需要在(zai)4.32秒(miao)內完成(cheng),否則沒(mei)達(da)到(dao)520米(mi)的(de)(de)(de)射程(cheng)箭就掉到(dao)地上了(實際時間(jian)可(ke)以稍微長一點(dian),因為這(zhe)里箭的(de)(de)(de)落(luo)體過程(cheng)中沒(mei)有考(kao)慮空氣阻力(li)(li),也沒(mei)有考(kao)慮水(shui)平尾羽的(de)(de)(de)滑(hua)翔(xiang)作用,雖(sui)然這(zhe)些作用都很微弱)。
剩下的計算(suan)就很容(rong)易了(le),通過一(yi)個最簡(jian)單(dan)的微分(fen)方程,就可以得到需要的結果(guo),下表是一(yi)個例子。
箭重20g,初速度150m/s,阻(zu)力系數 1.50E-5,則速度和時間(jian)的關系為(wei)
時間 0 1 2 3 4 4.32
速(su)度 150 135 122 112 103 101
4.32秒后的(de)行程528.1米。阻力系數要通過二(er)分法(fa)一類的(de)方法(fa),反復(fu)試算得到,幾次就可以了。
假定弩箭(jian)頭部冠的(de)(de)尺(chi)寸和(he)箭(jian)桿直徑的(de)(de)比例與普通箭(jian)相同,根據阻力系數(shu),可以知(zhi)道箭(jian)的(de)(de)直徑大約4.9mm,木(mu)制的(de)(de)尾(wei)部至少應有(you)5cm長(chang),則箭(jian)長(chang)大約18cm或(huo)略多一點(dian)。
因(yin)為箭比(bi)較細(xi),我個人傾向于(yu)(yu)簇尖(jian)沒(mei)有(you)這樣的冠,而是類似(si)于(yu)(yu)卷筆刀削(xue)過的鉛筆。這樣,箭桿(gan)比(bi)上面的結果還(huan)要(yao)粗一點(dian)。
末(mo)速度100.9m/s!,有(you)這樣的(de)速度,末(mo)動能與前面提到(dao)的(de)長弓相比,大了(le)近(jin)一(yi)倍(bei),‘入榆(yu)木半笴(ge)’當(dang)然沒有(you)問題,穿甲能力強多了(le)!
再看一個例子
箭(jian)重22g,初(chu)速度145m/s,阻(zu)力(li)系數1.39E-5,則速度和時(shi)間的關系為
時間 0 1 2 3 4 4.32
速(su)度 145 133 123 114 106 104
4.32秒后(hou)的行程527.8米(mi)。箭的直徑4.7mm,箭的總長約20mm。
例子3
箭重24g,初速度140m/s,阻力系數(shu) 1.21E-5,則結果為
時間 0 1 2 3 4 4.32
速(su)度(du) 140 131 123 116 109 107
4.32秒后的(de)行(xing)程527.9米。箭(jian)的(de)直(zhi)徑4.4mm,箭(jian)的(de)總長(chang)約(yue)24mm。
因此,箭(jian)輕一點(dian),細(xi)一點(dian),20~24g,直(zhi)徑4.4~4.7mm(頭部無冠的(de)(de)話,還(huan)要(yao)粗(cu)一些,大(da)(da)約5mm吧),就可(ke)以(yi)達到520米的(de)(de)射程。這(zhe)樣的(de)(de)比例正常嗎(ma)?我(wo)們把長度(du)(du)放大(da)(da)兩倍,54~72cm,直(zhi)徑也相(xiang)應放大(da)(da),則為(wei)14.7~13.2mm,是(shi)很粗(cu)壯的(de)(de)。這(zhe)么細(xi)的(de)(de)箭(jian),有(you)殺(sha)傷力嗎(ma)?根據其動能,300步洞重札沒(mei)有(you)問(wen)題,而且,為(wei)了追求使用效率,神臂弓的(de)(de)實際使用距離(li)不超過200米,末速度(du)(du)很快,命(ming)中目(mu)標(biao)就是(shi)洞穿,鎧甲根本沒(mei)用,殺(sha)傷力還(huan)是(shi)很大(da)(da)。由于計算有(you)些保守,做功距離(li)又考(kao)慮40cm,如果是(shi)45cm,則初速度(du)(du)更(geng)高一點(dian),考(kao)慮這(zhe)些因素,箭(jian)的(de)(de)直(zhi)徑還(huan)可(ke)以(yi)略微大(da)(da)一點(dian)。
如果射程(cheng)(cheng)是240步(bu)(bu),那么,要達到300步(bu)(bu),22g的(de)(de)(de)箭,仰(yang)角(jiao)要15度(du),根本沒法瞄準,而且末速(su)度(du)不(bu)過66m/s,這樣的(de)(de)(de)動(dong)能(neng),不(bu)能(neng)“洞重札(zha)”。即使考(kao)慮望山高度(du)只支(zhi)持(chi)9.5度(du)的(de)(de)(de)最大初(chu)仰(yang)角(jiao),射程(cheng)(cheng)240步(bu)(bu),那么,達到300步(bu)(bu),仰(yang)角(jiao)也(ye)需要14.4度(du),末速(su)度(du)小于70m/s,動(dong)能(neng)仍(reng)然不(bu)夠。前(qian)面提到,沈括管理過武器的(de)(de)(de)生產,他親眼見(jian)證過早(zao)期的(de)(de)(de)神臂弓,他的(de)(de)(de)描述當然分量極重。因(yin)此我相信,340步(bu)(bu)的(de)(de)(de)射程(cheng)(cheng)是早(zao)期神臂弓的(de)(de)(de)最大射程(cheng)(cheng)。
可見,神臂(bei)弓(gong)在(zai)后(hou)(hou)期經過(guo)改動,拉力(li)(li)大大減小(xiao)。這和神臂(bei)弓(gong)拉力(li)(li)太大不(bu)無關(guan)系(xi),作(zuo)為軍隊中(zhong)配備相當數量的武器,4石6斗拉力(li)(li)確(que)實太強,不(bu)便使用。我們可以(yi)猜(cai)測(ce),240步是拉力(li)(li)減少以(yi)后(hou)(hou)神臂(bei)弓(gong)的射程。那么,就驗(yan)算一(yi)下(xia)。
2石8斗拉力,22g的箭,弩弓變輕,能量轉換效率有所(suo)提高,初速度應在110~120m/s之間,取(qu)115m/s,10度仰角,阻力系數(shu)1.39E-5,則射(she)(she)程就在240步左右!反(fan)過來,射(she)(she)程240步,則可計算出初速度為116m/s。吻合得(de)相當好。
這樣輕的(de)箭(jian)(jian),悲觀的(de)看(kan)法是弩(nu)的(de)能量轉(zhuan)換效率太低,不可能獲得假定的(de)性(xing)能,但看(kan)看(kan)長(chang)弓(gong)(gong)(gong)和(he)韃靼(da)弓(gong)(gong)(gong),那(nei)么大尺(chi)寸(cun),箭(jian)(jian)重不過60g左(zuo)右,神臂弓(gong)(gong)(gong)要緊湊得多(duo)(duo),不僅弓(gong)(gong)(gong)長(chang)較(jiao)(jiao)(jiao)短,從弓(gong)(gong)(gong)/弦(xian)比看(kan),弓(gong)(gong)(gong)的(de)彎(wan)曲程度(du)比較(jiao)(jiao)(jiao)大,不可能是非(fei)常粗壯的(de),弓(gong)(gong)(gong)的(de)斷面尺(chi)寸(cun)較(jiao)(jiao)(jiao)小(xiao),因此,完全可以使(shi)用較(jiao)(jiao)(jiao)輕的(de)箭(jian)(jian)而(er)不至(zhi)于效率下降(jiang)過多(duo)(duo)。
從儲能(neng)的(de)(de)角度(du)看,4.6石/0.40米做功(gong)距(ju)離,和700N/0.58米做功(gong)距(ju)離相比(bi),做功(gong)幾乎大了(le)2倍(bei),但(dan)(dan)由(you)于(yu)弓(gong)的(de)(de)儲能(neng)密度(du)差距(ju)很大,兩者(zhe)的(de)(de)質量應大體(ti)相當(dang);弩弦更粗,但(dan)(dan)長弓(gong)的(de)(de)弦很長,拉滿后(hou)張角較(jiao)大,弦需(xu)要有所增(zeng)強,因此,兩者(zhe)質量差別也不是(shi)特別大。綜合(he)評價,由(you)于(yu)箭(jian)(jian)重得多(duo),神(shen)臂弓(gong)的(de)(de)設計,技術含量高(gao)(gao)得多(duo)。用輕而(er)細的(de)(de)箭(jian)(jian),弩的(de)(de)能(neng)量轉換效率低(di)一些(xie),但(dan)(dan)箭(jian)(jian)的(de)(de)飛行效率高(gao)(gao),動(dong)能(neng)損失慢(man),軌跡也更穩定(ding),擊(ji)中目標(biao)后(hou)雖然(ran)創口較(jiao)小,但(dan)(dan)考(kao)慮洞穿目標(biao),殺(sha)傷力(li)還是(shi)很大。這(zhe)是(shi)綜合(he)考(kao)慮了(le)各種(zhong)因素的(de)(de)杰出(chu)設計。
神(shen)(shen)臂(bei)弓(gong)的(de)弩(nu)弓(gong),到底是(shi)什么結構?是(shi)竹片作胎(tai),拉(la)力一般(ban)不超過百磅(bang)。神(shen)(shen)臂(bei)弓(gong)的(de)弓(gong)長才1米,實在太緊湊了(le)。難道是(shi)多(duo)層(ceng)桑木(mu)疊合(he),相鄰的(de)兩層(ceng)間(jian)都粘有牛筋(jin)?已經不得(de)而(er)知(zhi)了(le)。但愿在不久(jiu)的(de)將來(lai),我們(men)能看到復(fu)制(zhi)的(de)、參數和性能符合(he)史料記(ji)載的(de)神(shen)(shen)臂(bei)弓(gong)。。。
早(zao)期射程340步,拉力4石(shi)6斗,后(hou)期射程240步,拉力2石(shi)8斗;做功距離40cm或略(lve)大(da)一(yi)點,箭輕(qing)而細(xi),大(da)約(yue)22g,箭桿直徑5mm或略(lve)大(da)一(yi)點…這些就(jiu)是我對(dui)神(shen)臂弓的(de)看(kan)法。需要指出的(de)是,很多內容都是猜測,歡迎拍磚。這里要感謝Laminin、wdg2000、羽(yu)陵,當然還(huan)有神(shen)甫卡茨(ci),很多的(de)想法都來源于他們(men)或他們(men)提供的(de)資(zi)料。