罗马弩炮——扭力驱动的弩箭投射器

罗马弩炮采用以口径（D）为基础的比例体系设计——口径指扭力弹簧束的直径，以指宽（罗马手指宽度，每个约19.3毫米）计量。根据亚历山大的希罗《Belopoiika》（攻城器械论），投射弩矢的弩炮口径由以下公式决定：D = 1.1 × 弩矢长度（以指宽计）的立方根。对于标准军团弩炮所用60厘米（31指宽）的弩矢，得出 D = 1.1 × ∛31 ≈ 3.46 指宽 ≈ 67 毫米。所有其他框架尺寸均直接由这一口径测量值按比例推算。野战弩炮的口径通常为50–90毫米，由5–10名炮手操作。

弩炮框架由两根垂直立柱（侧板）和一根水平横梁（横杆）构成U形结构，中央线上还有一条向前伸出的槽道（发射槽）。所有承重木件均选用致密、无节的硬木——梣木、橡木或榆木。立柱高度为口径的7倍（7D，以本例计约为47厘米）。框架外侧总宽为6.5D。发射槽长18D，安装于横梁中央并向前延伸。所有榫接均采用榫卯连接，并以铁箍和螺栓加固——框架每次发射都将承受剧烈冲击力，必须保持不变形、不松动。

扭力弹簧外壳（modioli）为矩形木箱，位于框架两侧各一个，每个外壳内含一个直径为D（口径）的垂直孔，弹簧束穿过该孔。外壳由两块厚重的木板构成（即每个弹簧框架的柱头板和底板，各约3D厚），并通过弹簧箱的两根垂直立柱连接。铁制加固板衬于弹簧孔内部，以防止木材在巨大的扭转力作用下开裂。使用正确口径的螺旋钻，将弹簧孔垂直钻穿已组装好的外壳。两个弹簧外壳必须对称安装于主框架上——任何不对称都会导致投掷不对称。

将扭力弹簧材料（筋腱线、马鬃绳，或作为现代替代品的坚韧亚麻绳）以“8字形”缠绕穿过弹簧孔，填充口径孔直至束体被紧实填满。动物筋腱是最初也是最佳的材料——相同重量下，它比任何植物纤维储存更多的弹性能量，古代作者记载罗马弹簧使用雌鹿（cerva）或马腱，因其回弹性更优。现代测试表明，在相同应力水平下，筋腱储存的能量约为大麻绳的两倍。当所有绕线就位时，需缠绕足够的材料以紧密填满口径孔——对于67 mm口径孔，大约需要50至80根单独的线股。

每个弹簧束装配一根投臂——一根直的硬木杠杆臂，长约8D（以我们的口径计为54厘米），宽1.5D，厚1D。投臂水平穿过弹簧束的中部高度。因此，武器框架两侧的两根投臂向内指向武器的中心线。在静止位置（未加载）时，两根投臂在弹簧张力作用下向前拉，指向武器前方，与竖直方向约呈20–30度夹角。上弦时，投臂被绞盘向后拉，直至指向后方——这就是能量储存位置。

在每个弹簧孔的顶部和底部，装上一个旋转圆盘（epizygis），弹簧束缠绕在该圆盘上。圆盘外缘有周向孔（圆周上约16–20个孔），与机架上的固定锁定销对齐。将圆盘旋转一个孔位，即可使整个弹簧束扭转一个孔距增量，从而增加张力。装配棘轮机构，使圆盘在负载下无法反向松开——弹簧加载的铁制棘爪卡入外缘孔中。调节张力时：松开棘爪，用铁制杠杆将圆盘旋转所需角度，然后让棘爪重新啮合。该机构可使每根弹簧单独调校，使两侧张力相等——这对于保证弩箭直线飞行至关重要。

用一根短而极其坚韧的弓弦连接两个臂端，弓弦由绞合的筋腱或粗亚麻绳制成。弓弦连接两个臂端，是弹簧机构与箭矢之间的直接接口。当臂处于发射（前伸）位置时，弓弦应足够短，以便轻松地从一个臂端连到另一个臂端；但在该位置上又要足够长，使其不承受张力——所有张力都来自扭转弹簧，而非弓弦的几何形状。弓弦的中心线必须严格沿着射击槽的中心线。使用铁钩或刻在臂端上的缺口固定弓弦——上弦时，弓弦承受数百公斤的拉力，不得滑脱。

上弦弩炮（将弓弦从休止位置拉到待发位置，克服弹簧阻力）需要机械优势——即使是小型弩炮也需要200–400公斤的力。构建一个绞盘机构：一根水平轴（epagogeus），一侧装有摇柄，另一侧装有棘轮鼓，安装在射击槽后部的支架上。从鼓上引出的绳索或链条连接到一个夹爪（chelonium——“龟”），该夹爪抓住弓弦。摇动摇柄时，弓弦沿射击槽被拉回到扳机位置，棘轮在每个步进处保持负载。绞盘的机械优势（摇柄半径与鼓半径之比约为4:1）将操作者的用力降低到可控的50–100公斤。

扳机（katastates）扣住已拉满的弓弦，并在操作者发出指令时干净利落地释放。最简单有效的设计是安装在射击槽凹槽中的一个可转动铁钩——拉满时，铁钩与弓弦上的环扣相扣合；操作者拉动杠杆使铁钩向下旋转并脱离凹槽时，即完成释放。扳机必须在弹簧张力载荷下绝对牢固，同时又能干净、瞬时地释放——任何迟滞都会使弦在铁钩上拖拽，将箭矢推向一侧，导致射击不准。装填箭矢之前，应在无箭的情况下多次空载测试扳机，以确保释放可靠、稳定一致。

射击槽道是一条U形通道，用于引导弩箭从扳机处的待发位置一直到武器的枪口。槽道必须非常笔直，任何弯曲或扭转都会使弩箭偏离方向。在槽道内衬一条光滑的凹槽，其宽度刚好能容纳弩箭的箭杆（标准弩箭约为25–30 毫米）。凹槽必须精确居中于槽道宽度，以确保弓弦能与箭尾完全居中接触。用凿子和砂岩将凹槽打磨光滑，并涂抹牛油或蜂蜡以减少摩擦。弩箭仅依靠重力停放在凹槽中，不要安装任何可能干扰弩箭发射的固定夹。

野战弩炮安装在木质底座上，该底座可实现方位角（水平瞄准）旋转和仰角调节。搭建一个简易的回转底座：一个沉重的下层平台（固定）和一个上层旋转平台（通过中心的铁销轴旋转）。武器框架用螺栓固定在上层平台上。为了调节仰角，武器框架围绕下框架后部的水平轴枢转——抬高或降低前端即可改变仰角。设定后，锁楔用于保持仰角不变。罗马弩炮底座还配有瞄准具：炮口端设有一个简单的铁销，操作员位置设有V形缺口，从而实现可重复的目标瞄准。

弩炮箭矢比普通箭矢更短更重——长约60–75厘米，箭杆直径25–30毫米。箭杆由纹理笔直的白蜡木车削或劈制而成。在箭头处，锤锻一个长约8厘米的铁制锥形箭尖，并将其压配到箭杆上，用铁铆钉或缠绕的铁丝固定。在箭尾，用硬质木材或青铜薄片切割出三片或四片箭羽叶片——不用羽毛，因为羽毛无法承受弩炮的强大冲击——并以120度的间隔将其粘接并绑缚到箭杆上。箭杆在平面上滚动时必须完全笔直。任何弯曲都会导致箭矢在飞行中乱旋失控。一支带铁尖的优质弩炮箭矢重约150–200克。

在至少有200米净空射程的开阔场地中进行架设。将两根扭力弹簧调至棘轮环上的相同张力位置（相同的卡槽编号，从零张力位置开始计数）。上弦后将箭矢置于箭槽中，瞄准100米处的稳定目标并发射。注意箭矢的落点——如果偏右，说明左侧弹簧张力较大；如果偏左，则将左侧弹簧增加一个棘轮位，或将右侧弹簧减少一个棘轮位。两侧按相同增量调整弹簧张力，以增大或减小射出动力。经过几次试射确定基准点后，口径为67毫米的良好调校弩炮应能在精度良好的情况下，对人形目标达到150–200米的射程。