投石机的器械原理学习探索

投石机的器械原理学习探索▍重庆外国语学校?李昱颉

投石机是在世界军事史上占有重要地位的大型器械，主要用于中世纪时期的攻城，还可以部署在城中用于防守敌人入侵。它投出的巨石可以瞬间将房屋击得粉碎，在炸药的大规模运用前是攻城的利器，其距离优势在高地上尤为明显，在中世纪时期被广泛利用。依据类型不同，投石机的主要工作原理包含以下几种。

一、弹力投石机及其原理

这类投石机又被称为床弩、弩炮或射箭机，早在古希腊和罗马时期即被应用，主要依靠弓弦的弹力来抛射大型箭和石弹，是机械弓弩的超大加强版。希腊人设计的弩炮通常带有坚固的支架，这使其在威力、稳定性、协调性上被发挥到了极致。弩炮具有强大的威力，性能良好的弩炮能够将约合26千克重的石弹抛出2800米开外。希腊人在弩炮的研制方面几乎倾注了全部智慧，在拜占庭的防御方面起到了了不起的作用。

弹力投石机类似于弓箭，可以理解为弓弩的大型化，是机械弓弩的变种，其原理与常见的弓箭完全一致，就不再赘述了。

二、人力抛石机及其原理

人力投石机，也被称为牵引抛石机，自北周和隋唐时期从中国西传，先传入阿拉伯地区，随后传入欧洲。这是一种单纯利用人力的抛石机，是用人力在远离投石器的地方一齐牵拉连在横杆上的炮梢，一端用绳索拴住装有石弹的皮套，另一端系上多条绳索，以人力拉拽而将石弹抛出。炮梢分单梢和多梢，最多的有七个炮梢装在一个炮架上，需250人拉牵。人力抛石机的运用意味着要消耗大量的人力资源，所以古代的人们正想尽办法改良它，直到重力抛石机的出现。人力抛石机运作原理与重力抛石机大致相似，不同之处是把重力抛石机重物的一端落下的拉力替换为人力拉拽产生的拉力。

三、重力抛石机及其原理

重力投石机有一个大家熟悉的名称“回回炮”，它是从中国人力抛石机发展而来的，最早出现在12世纪末的欧洲，是一种大型的投石机，在南宋时期传入中国。其实，重力抛石机的原理非常简单，就是利用杠杆原理，将投石杆的一端装有重物，而另一端装有待发射的石弹，发射前须先将放置弹药的一端用绞盘、滑轮或直接用人力拉下，而附有重物的另一端也随之上升，再砍断绳索让重物的一端落下，石弹也顺势抛出。此种抛石机经由伊斯兰地区传入中国，所以又被称作“回回炮”。到了14世纪中期，这种抛石机能抛射将近454公斤重的弹体，威力巨大。这种重力抛石机还可以投掷一个或多个物体，物体可以是巨石或火药武器，甚至可以是毒药、污秽物、人或动物的尸体，而那些被投射出去的污秽物也可以说是最早的“生化武器”。

四、扭力投石机及其原理

从弓发展而来，又被称为石弩、投石车或弹射器等。这类投石机的弹射杆平时是直立的，杆的顶端是用来装弹丸的“勺子”或皮弹袋，而杆的下端则插在一根扭绞得很紧的水平绳索里。当弹射时，需要先用绞盘将弹射杆拉至接近水平的位置，再放进弹丸，松开绞盘绳索弹射杆则恢复到垂直位置，同时将弹丸射出。在战斗中，人们在弹射杆的顶端放上一枚石弹，然后操作者用手柄绞动与弦索相连的杆臂，一直绞到几乎把它拉到与地面平行为止，瞄准之后，操作者松手，再用大锤击打手柄，石弹就会高速飞出去，摧毁石弹射程中遇到的所有物体。关于石弩的起源，今天我们已无从得知。中世纪时期的石弩，主要作用还是在攻城中破坏敌人的防御设施，或者杀伤城内的部队。相比于重力抛石机，石弩的准确性更差一些，但是其弹道更低，弹速更快，更适合破坏城墙而不是把炮弹扔过城墙，特性也决定了它适合野战。

相对于使用火药的火炮等火器，投石机的原理是较为清楚简单的，其制造的关键技术在于投射器杆臂的构造。杆臂必须坚固，因为在发射过程中，杆臂必须要承受巨大的形变，而同时，杆臂的重量不能太大，否则杆臂弹起的速度会很慢，投掷的弹丸也就达不到需要的速度，影响射程和威力。因此，从古希腊和罗马时代开始，投石机的设计和制造者们就抛弃了由坚硬实木制作的笨重的杆臂这一最直观和简单的方案，而是创造性地发明了由木头、兽筋和兽皮复合的杆臂。然而这一精巧的构造居然在历史长河中失传，目前从有限的记载中，只知道大型投射器的杆臂是由数根木杆和又粗又长的筋腱沿纵向配合起来的，但具体的结构以及选用的材料，以及是何种动物的筋等问题已经难寻踪迹。

参考文献：

[1]李新伟.《武经总要》纂修体例研究[J].军事历史研究.

2011（01）.

[2]和春云，谭华.从“飞石索”看纳西族原始体育的起源[J].

体育学刊. 2009（07）.

[3]陈明远，金岷彬.结绳记事·木石复合工具的绳索和穿孔

技术[J].社会科学论坛. 2014（06）.