Создание римской баллисты — метательной машины на торсионном приводе

Баллисты проектировались по пропорциональной системе, основанной на калибре (D), то есть диаметре отверстия, в котором крепится пучок торсионной пружины. Для болтомёта Витрувий (De Architectura X.10) задаёт отверстие равным одной девятой длины болта. Для болта длиной 60 см это даёт D = 60 ÷ 9 ≈ 6,7 см (67 мм). Все остальные размеры рамы в этом чертеже масштабируются от этого единственного измерения калибра. (Правило кубического корня, D = 1,1 × ∛(100 × вес снаряда в минах), относится к метателям камней, а не к болтомётам.)

Каркас баллисты состоит из двух вертикальных стоек (боковых пластин) и горизонтальной поперечины (траверсы), образующих U-образную форму, а также выступающего желоба (направляющего канала для стрелы) по центральной линии. Все конструктивные брусья выпиливаются из плотной древесины твёрдых пород без сучков — ясеня, дуба или вяза. Высота стоек составляет 7× калибра (7D, примерно 47 см для нашего примера). Общая ширина каркаса от внешней кромки до внешней кромки равна 6,5D. Направляющий желоб длиной 18D крепится к центру поперечины и проходит вперёд. Все соединения выполняйте на шип и гнездо (сквозной шип) и усиливайте железными полосами и болтами — каркас будет испытывать сильные ударные нагрузки при каждом выстреле и не должен прогибаться или ослабевать.

Коробки торсионных пружин (modioli) представляют собой прямоугольные деревянные ящики, по одному с каждой стороны рамы, каждый из которых содержит вертикальное отверстие диаметром D (калибр), через которое проходит пучок пружины. Коробка состоит из двух тяжелых деревянных плит (верхней плиты-капители и нижней плиты каждой пружинной рамы, каждая толщиной примерно 3D), соединенных двумя вертикальными стойками пружинного ящика. Железные усиливающие пластины выстилают внутреннюю часть пружинного отверстия, чтобы предотвратить раскалывание дерева под действием огромной торсионной силы. Просверлите пружинное отверстие вертикально через собранную коробку сверлом правильного калибра. Две пружинные коробки должны быть установлены на основной раме симметрично — любая асимметрия приводит к асимметричному броску.

Продевайте материал торсионной пружины (сухожильный шнур, конский волос или прочный льняной канат как современная замена) через отверстия пружины восьмёрками, заполняя калибровочное отверстие до тех пор, пока пучок не станет плотно уложенным. Сухожилие животных — исходный материал. Намотайте достаточное количество материала, чтобы плотно заполнить калибровочное отверстие, когда все витки будут уложены.

Каждый пучок пружин принимает одно метательное плечо — прямой рычаг из твёрдой древесины длиной примерно 8D (54 см для нашего калибра), шириной 1,5D и толщиной 1D. Плечо вставляется горизонтально через пружинный пучок на его средней высоте. Два плеча с каждой стороны рамы, таким образом, выступают внутрь к продольной оси орудия. В исходном (ненагруженном) положении оба плеча оттягиваются вперёд натяжением пружин и направлены к передней части орудия примерно под углом 20–30 градусов от вертикали. При взводе плечи натягиваются назад, пока не будут направлены назад — это положение накопленной энергии.

В верхней и нижней части каждого пружинного отверстия установите вращающийся диск (эпизигис), вокруг которого наматывается пучок пружины. На периферии диска расположены отверстия (примерно 16–20 по окружности), которые совмещаются с фиксированным стопорным штифтом на раме. Поворот диска на одно отверстие закручивает весь пучок пружины на один шаг отверстия, увеличивая натяжение. Установите храповой механизм, чтобы диск не мог раскручиваться под нагрузкой: железная собачка с пружинным приводом входит в периферийные отверстия. Для регулировки натяжения: отпустите собачку, поверните диск на нужную величину железным рычагом и дайте собачке снова войти в зацепление. Этот механизм позволяет индивидуально настраивать каждую пружину для равного натяжения с обеих сторон, что необходимо для прямолинейного полёта болта.

Соедините два конца плеч короткой, очень прочной тетивой из скрученных жил или толстого льняного шнура. Тетива соединяет два конца плеч и является прямым звеном между пружинным механизмом и болтом. Тетива должна быть достаточно короткой, чтобы легко доставать от одного конца плеча до другого, когда плечи находятся в выстреленном (переднем) положении, но достаточно длинной, чтобы не находиться под натяжением в этом положении — всё натяжение создаётся торсионными пружинами, а не геометрией тетивы. Центральная линия тетивы должна точно совпадать с центральной линией ложа для стрелы. Закрепляйте тетиву с помощью железных крюков или выемок, вырезанных на концах плеч — при взведении тетива находится под тянущей силой в несколько сотен килограммов и не должна соскальзывать.

Взведение баллисты (натягивание тетивы из положения покоя в положение взвода против сопротивления пружины) требует механического выигрыша силы — даже небольшой баллисте нужно 200–400 кг усилия. Соберите лебедочный механизм: горизонтальную ось (epagogeus) с рукояткой с одной стороны и храповым барабаном с другой, установленную в кронштейнах в задней части желоба для стрельбы. Веревка или цепь от барабана соединяется с захватом (chelonium — «черепаха»), который охватывает тетиву. Вращение рукоятки протягивает тетиву назад по желобу до положения спуска, а храповик удерживает нагрузку на каждом шаге. Механический выигрыш лебедки (соотношение радиуса рукоятки к радиусу барабана около 4:1) снижает усилие оператора до приемлемых 50–100 кг.

Спусковой механизм (katastates) удерживает взведённую тетиву и чисто отпускает её по команде оператора. Простейшая эффективная конструкция — поворотный железный крюк, установленный в пазу стрелкового желоба: крюк зацепляет петлю тетивы при взведении и отпускает её, когда оператор тянет рычаг, поворачивающий крюк вниз в паз. Спусковой механизм должен быть абсолютно надёжным под нагрузкой натяжения пружины, но отпускать мгновенно и чисто — любая задержка позволяет тетиве скользить по крюку, толкая болт в сторону и вызывая неточный выстрел. Перед заряжанием многократно проверьте спуск без болта (всухую), чтобы убедиться в надёжном и стабильном срабатывании.

Стрелковый желоб представляет собой U-образный канал, который направляет болт от исходного положения у спускового механизма до дула оружия. Желоб должен быть идеально прямым: любой изгиб или перекос отклоняет болт. Выложите желоб гладкой канавкой, достаточно широкой для хвостовика болта (примерно 25–30 мм для стандартного болта). Канавка должна быть точно отцентрована по ширине желоба, чтобы тетива касалась торца болта строго по центру. Выровняйте канавку стамеской и песчаником и покройте её животным жиром или пчелиным воском, чтобы снизить трение. Болт лежит в канавке только под действием силы тяжести: не устанавливайте никаких фиксирующих зажимов, которые могли бы помешать вылету болта.

Полевые баллисты монтировались на деревянном основании, которое позволяло поворот по азимуту (горизонтальное наведение) и регулировку угла возвышения. Постройте простое поворотное основание: тяжёлую нижнюю платформу (неподвижную) с поворотной верхней платформой, вращающейся на железном штыре, проходящем через центр. Рама орудия крепится болтами к верхней платформе. Для регулировки угла возвышения рама оружия поворачивается на горизонтальной оси в задней части нижней рамы — подъём или опускание передней части изменяет угол возвышения. Фиксирующие клинья удерживают установленный угол возвышения. Римские монтировки баллист также включали прицельное приспособление: простой железный штифт на конце дульной части и V-образную выемку на месте оператора, что позволяло повторно точно захватывать цель.

Болты баллисты короче и тяжелее стрел — примерно 60–75 см в длину, с диаметром древка 25–30 мм. Древко вытачивают или раскалывают из прямослойной ясеневой древесины. На переднем конце выкуйте железный пирамидальный наконечник длиной около 8 см и насадите его на древко с натягом, закрепив железными заклёпками или обмотанной железной проволокой. На хвостовой части вырежьте три или четыре стабилизатора из жёсткой древесины или бронзового листа — не перья, которые слишком хрупки для мощи баллисты — и приклейте и привяжите их к древку с интервалом 120 градусов. Болт должен быть идеально прямым при качении по ровной поверхности. Любое искривление приведёт к беспорядочному вращению по спирали в полёте. Качественный болт баллисты с железным наконечником весит примерно 150–200 граммов.

Установите оружие на открытом поле с чистым пространством для стрельбы не менее 200 метров. Выставьте обе торсионные пружины на одинаковое положение натяжения по храповым кольцам (одинаковый номер зубца, отсчитываемый от нулевого положения натяжения). Взведите оружие, поместите болт в желоб, прицельтесь в неподвижную мишень на расстоянии 100 метров и произведите выстрел. Отметьте, куда попадает болт: если он уходит вправо, в левой пружине натяжения больше; если влево, увеличьте натяжение левой пружины или уменьшите натяжение правой на одно положение храпового кольца. Регулируйте натяжение пружин одинаковыми шагами с обеих сторон, чтобы увеличить или уменьшить мощность. Запишите дальность и разброс при каждой настройке пружин за несколько пробных выстрелов, чтобы определить нулевую настройку.