【连载】长弓史话第二部—英雄出草莽1~14

弓友之家

作者：DickFeynman 来源：果壳网

                        

以后就在这个帖子下面更新了，前两部分见
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英雄出草莽
      谨以此文献给清韵书院的冯‘迪特里施，国内系统介绍长弓第一人
      在征服者威廉到来之前，盎格鲁撒克时代的不列颠历史是模糊的，那些上古的英雄故事似乎总是和神话混合在一起。此前的英伦三岛，浪漫与野蛮同行。然而诺曼征服以来，欧洲大陆的影响重塑了不列颠的风貌，英国那至今为人乐道的夹杂着古典浪漫和现代实用主义的风气差不多根植于此。与此同时，一种影响中世纪历史数百年的武器也从此登上历史舞台——长弓，从此被大规模的应用于战争。事实上，黑斯廷斯战役之前11年，也就是1055年，进入威尔士山地的英格兰骑兵们就尝到过这种武器的厉害，他们被准确而穿透力强劲的箭矢所伏击（Ref.1）。这些威尔士人的弓箭，比他们11年后面对诺曼人的箭雨威力还要强大。不过此时的长弓依然湮没在历史的尘埃里，这种简单有效的武器需要一种新的战争机器来适应它，当英格兰长弓兵们让各路劲敌铩羽而归时，这才铸就了长弓的百年威名。
      长弓的制作过程可以作为单体弓的一个典型例子。与上一章所提到的早期单体弓不同，长弓的横截面并非宽而扁的弧面，而是长宽比近似的D型，其中弓背几乎是平面。圆弧状的弓腹相当于减低了两边的厚度，降低这里的应力可以防止相对脆弱两侧出现结构性破坏。这样的做法在低磅数时会显得效率低下（参见上一章的测试），但是提高拉重却非常方便。同时，这样的设计也有利于最大限度的利用木材，对战时的大量生产非常有益。

      Fig.1一位美国爱好者自制的紫杉长弓，可以看出较平的弓背和圆弧状的弓腹。(Ref.15)
上一章提到的Meare Heath 弓算是英国早期弓箭的代表，它的弓臂相当扁平，那么，长弓的这种D型截面的弓臂究竟是什么时候开始流行的呢？其实，冰人奥兹的弓就已经和长弓非常类似，各个部分的截面均具有接近1的长宽比。不过公元前3300年的这张弓应该处于未完成状态，因为按照其尺寸制作的复制品拉重高达（28英寸拉距），即使考虑到奥兹的身高较小，拉距只有26英寸的话，拉力也达到150磅（Ref.23）。\
不过奥兹离英国太远（阿尔卑斯山脚下，现今奥地利和意大利交界处），从地理和人类活动上看，影响更大的应该是北欧人，例如现今的挪威和丹麦。在丹麦的Nydam沼泽里曾发掘到大量古代兵器，年代大约是公元200到400年，其中就有后来被称作Nydam bow的紫杉木单体弓，长度达到了182cm，拉重约70磅，具有接近1:1长宽比的截面（ref.24,Ref.25）。公元900年左右的Hedeby 弓也很类似，拉重有所提升，达到100磅。也许正是这些海盗们入侵英伦诸岛的时候，让威尔士人意识到了这种简单的弓箭也能释放出巨大的威力。

      Fig.2 ：Hedeby弓的复原品，从工艺上说实在不能和精雕细琢的Meare Heath 弓相比。不过对于常年作战的北欧海盗们来说，这种简单有效并且对原材料要求更低的武器才是更实用的。（Ref.24）

      Fig.3 国际长弓射手协会（InternationalLongbow Archer Association, ILAA）给出的长弓截面，要求任一部分的横截面在弓背弓腹贴在宽长比0.625的矩形框长边的情况下两侧不得超出矩形的短边部分。换句话说，作为长弓，弓体不能太扁平。Ref.20

      Fig.4 初步处理的紫杉原木。可以清楚的看到紫杉红白分明的两种不同木质成分(Ref.16)。
楼主初中的时候曾经用柞木制作过木质单体弓，无奈那时候图样图森破，很多东西都没搞清楚就下手，现在想起来真是浪费了不少好木材，其中有一根还是我外公用一包烟贿赂了护林员才得到的，真是辜负了长辈的一片好心。我相信很多人幼年的时候都有用竹片制作弓箭的经历，而且相信大多数人都知道用竹青作为弓背。的确，纤维密度相对竹白高出不少的竹青的确适合作为负责拉伸形变的弓背。不过对于木材，我当时只是觉得韧皮部可以作为竹青的替代品，却没有注意到内部的木纤维的连续性同样重要。对于完全靠木材本身的纤维走向制作的单体弓，在粗加工的时候就要注意保护木质纤维。所以宁用费力的斧子榔头楔子大法让木材沿纤维开裂，也不要图省事用电锯直接破开。

      Fig.5其实竹弓也可以把竹白作为弓背，这是不丹人的传统竹弓，看上去很简陋，实际性能并不差，这些竹子通常会做长时间的烟熏干燥处理，通常磅数不低(Ret.17)。
      对这些裂开的木材继续用楔子破开得到宽度适合的木条，长度则通常在1.8米以上，也就是6英尺。按照中世纪的做法，一张长弓的长度通常是两倍箭长加上两倍拳高。拳高是弓箭手的重要数据，通常用这个长度来确定弦高，也就是上弦之后弓弦中点到弓把的垂直距离。

      Fig.6 用拳高来确定长弓的弦高（BracingHeight）。Ref.18

      Fig.7 同样是之前这位爱好者制作的长弓，可以看出为了保持木纤维的连续，弓背只能永远凹凸不平。这里最需要小心的一点是，由于弓背是拉伸形变，保持木纤维的连续尤为重要，在处理弓背时一定要沿着年轮的分层破开，大磅数的弓尤其如此。

      Fig.8： Robert Hardy书中关于长弓制作的图片。左边1是紫杉的木质结构，a是芯材（heart wood），b是边材（sapwood），c是树皮部分；左侧的2就是弓最大直径处应截取的部分。Youce的几张图显示了渐窄渐薄的加工，下面图的虚线部分指的是依照木纹应当保留的部分，a是边材b是芯材。Ref.29
      其实后来我才知道，几乎所有民族使用的单体弓都没有保留韧皮部习惯。在保证纤维连续的情况下，木纤维本身的抗拉伸性能就已经足够。而对于紫杉，红白两种不同木质这把这种特性体现的更加明显：白色的新生木质纤维更软抗拉性能更好，深色的内部木质更加坚硬，弯曲时被压缩，几乎就是天然的高弹性复合材料。
      当你把这根木条加工成中央横截面约4厘米见方，两头渐薄（这里注意的渐薄过程只能通过切削弓腹完成）渐窄的形状之后，就可以进入最重要的一步：驯弓——teach the bow to bent。作为单体弓来说，为了保证不出现应力集中，通常要求弓臂在弯曲时保持一个完美的等半径圆弧。由于杠杆效应的存在，弓臂的厚度和宽度必须向两端逐渐减小才能满足这个需求。但具体的程度就需要在驯弓过程中进行调整。

      Fig.9 驯弓示意图。Ref.19
      驯弓的主要流程就是考察弓臂在不同的受力程度下弯曲的形状是否合理。弓臂通常需要留出额外的长度，以便刻上驯弓时的临时弦槽，木质的托架上则按照一英寸的间隙开槽，并将弦按照拉距从小到大依次扣在不同的木槽里。拉距的增大要小心进行，并且每次扣完一个槽之后需要让弓臂休息一段时间以便释放内部应力。检查弓臂是否为圆弧状弯曲的一个方法就是用木块贴在弓腹的不同部位观察所截圆弧最高点和木块平面的距离——距离过小说明这段弓臂太硬，需要打磨弓腹。
      当弓体的弯曲程度已经达到满弓的要求时，驯弓就完成了。接下来的工作和弓的力学性能就关系不大了。由于长弓的拉重较大，两端的木质弦槽可能无法承受，所以两端会套上牛角再加工出弦槽，这也是长弓这类大拉重单体弓的一个特征。

      Fig.10 仍然是这位爱好者制作的角质弦槽（Horn nock），注意在主弦槽外侧还有一个较浅的槽，这是给上弦绳使用的，传统的长弓一般没有这个额外的槽。Ref.21

Fig.11 角质弦槽的安装方式。Ref.25

      Fig.12 ：14到15世纪的英国长弓手。图中展示了长弓传统的上弦方式，并不需要上弦绳，快速方便，但对力量和技巧有一定要求。Ref.22
      长弓是一种相当原始的武器，它的威力不仅仅来源于本身，更需要制度和战术的支持。早在英格兰吞并威尔士之前的1252年，亨利三世颁布了新的军队法案，该法案实际是之前的1181年军队法案（Assize of Arms of 1181）的扩充。新的法案着重强调了弓箭的重要性——即使你再穷，置备弓箭也是必须的（Ref.2）。而更早是亨利一世时期，就有法令规定在射箭场发生的误伤甚至死亡都可以免于被控谋杀（Ref.14）。
真正意识到长弓战争潜力的是“长腿”（longshank）爱德华一世，这位英国历史上的著名枭雄可谓一生坎坷。1264年，因为亨利三世的一次战败他被作为人质身陷囹圄。不过第二年他就成功越狱，并集结出一支军队击败了对方。从此他父亲把实权交给了他。之后的1268年，他参加的第八次十字军东征遭遇惨败，直到1274年才辗转回到英格兰，正式加冕国王。雄心勃勃的爱德华前后花了八年时间（1277——1284）实现了对威尔士的统治，颁布威尔士法，并把自己的新生儿“赠给”威尔士人，封为威尔士亲王，直到二战时被日本飞机击沉。
      威尔士人的长弓给英格兰人留下了深刻的印象——从爱德华一世的随军牧师的记述中，仍然可以看到那些恐怖的记忆：在1182年的阿伯盖文尼（Abergavenny）围城战中，威尔士人发射的流矢穿透了四英寸（10厘米）厚的橡木城门（拉丁文原文是palmalis fere spissitudinis transpenetrarun，直译成英文是theypenetrated nearly the space of a palm，Robert Hardy认为a palm相当于现在的a hand，一掌宽，也就是四英寸，至少也有三英寸，想在25码上达到这样的穿透力，弓的拉重至少要有100磅，并且需要特殊的箭头形状，见Ref.14）。当时有位诺曼领主布劳思的威廉曾想废除威尔士人拥有武器的权利，在武力镇压中一位骑士被长箭贯穿了又锁子甲保护的大腿，箭头继续前进射穿了木质马鞍并给坐骑造成了致命伤(Ref.14)。类似的例子还有骑士在一条腿被贯穿后想掉头离开时另一条腿又中箭，两支箭就这样把他钉在了马上（Ref.14）。
      不过长弓的威力到底有多大，在现代化的考古复原出现之前，大家并不清楚。不过一艘沉没的战舰帮了人们大忙。1545年7月19日，亨利八世的战舰玛丽玫瑰（Mary Rose）号在刚起航不久就沉没了。当时的人们或许没有想到，这艘战舰会成为400多年后人们研究长弓最主要的实物来源。到了二十世纪七八十年代，人们在战舰残骸里找到了两个装满长弓的箱子，这些幸运的长弓们大多保存的相当完好，紫杉特有的内外侧木质分界线依然明显。
      在对这些弓进行了系统的修复后（在可调温湿度的室内进行干燥，并及时清理表面渗出的盐，同时不断改变弓体放置位置以消除内部应力，减弱不正常的扭曲，并用熟亚麻油进行表面处理，然后涂上蜂蜡，打磨数次，直到光滑发亮——这个步骤和几百年前长弓手们每天进行保养时所作的几乎一样），这些弓进行了相应的拉力测试，由于年代久远，拉力测试更像是驯弓：这些弓被逐步的增大拉距并立即放松以释放应力。结果表明这些弓仍能达到它们的原有拉距，例如其中的MR1648号拉距30英寸时拉重60磅，这个明显偏低的数据显示其内部的纤维已经受到了不小的破坏，显微观察也证实了这一点。而根据测绘数据进行的模拟则得出了惊人的结果：典型模型的拉重达到了153磅。
      对这个数据最强烈的反应来自当时应该的射箭界——在此之前，现代长弓手们所使用的长弓拉重普遍不超过90磅。这些自以为继承中世纪长弓兵衣钵的弓手们似乎很难相信他们的前辈们可以驾驭如此拉重的长弓。这些家伙一直想把对拉重的估计降到他们所希望的水平上，于是不断试图找出估算模型的错误，虽然中间有些波折（有人得出了比较低的拉重，然后发现自己少乘了系数2），可模型似乎没什么可以质疑的。
      不过对这帮倔强的约翰牛们，让他们闭嘴的最好方式就是按照这些古弓的数据复制几张长弓。于是工作组们请来了当时已经颇有名气的制弓大师Roy King（1944-2009），利用主要产自美国俄勒冈州（这里的气候和中世纪时的欧洲大陆很接近）的太平洋紫杉制作。最终完成的三个复制品拉力从102.5磅到135磅不等。将这些复制品的测量数据代回先前的模型，得出的计算结果和这些弓的实际拉力曲线相当吻合。
      后续的研究表明， Mary Rose弓的拉重从100磅到180磅左右。其中最普遍的拉重集中在150~160磅之间。对于拉重150磅的长弓，在英国皇家军事科学院用多普勒弹道雷达测得的数据如下：
      53.6g箭初速64.3m/s 动能111J 弹道末端48.9m/s64.1J 实际最大射程在312m~328m之间，末端能量剩余58%
      95.9g箭初速53.0m/s 动能134J 弹道末端 44.9m/s89.9J 实际最大射程228m~249m之间，末端能量剩余67%
      100+焦耳的发射动能差不多相当于现代手枪的三分之一，配合合适的箭头可以在近距离有效贯穿早期的锁子甲甚至板甲（后期中碳钢打制的米兰甲穿透会比较困难，但仍不失可能性）
      至于115g的重箭，按照Robert Hardy的估算动能约150焦耳。我自己按照等效质量法得出弓的等效质量为34.15g，储能181.7焦耳，这样发射115g的重箭动能可以达到140焦耳，与150焦接近。（因为我没有找到原文，从玛丽玫瑰号长弓的复原一直到这一段主要参照darsten_huowen网友对Hardy自述文章的翻译，在此对darsten_huowen表示感谢，他应当是国内理性分析长弓的第一人）
      硬弓自然需要重箭，按照中世纪的要求，重箭的箭杆直径约为半英寸，也就是13mm，现代传统弓爱好者大多使用8mm直径的箭杆，相较之下如同玩具。

      Fig.13：长弓用箭的典型结构。三片羽毛（通常是鹅毛）呈120度夹角粘在箭杆上，并用细绳缠绕加固。像图中这样的箭羽长度可达8英寸，并且具有大后掠角的后缘（羽毛的天然角度）可以增大飞行时的呼啸声（待验证，但就我自己的经验看，的确如此）。注意箭扣的方向和其中一片羽毛垂直，这根羽毛称为主羽，射箭时朝外（不与弓身接触），再就是箭扣会垂直插入角片增加强度。Ref.22

      Fig.14 现代人已经做过不少长弓的穿甲实验，有能轻松穿板甲的（例如Simon Stanley在Discovery的The Greatest Ever: Weapons里的实验）,有箭头折断的（Weaponsthat built Britain里的实验），且不说铠甲爱好者如何喷那些被穿透的试验品质量如何低劣，使用正确的箭头也是一个方面。这张图截取自锻造大师Hector Cole的个人网站（Ref.30），例如细长的Type 7 needle bodkin 箭头本来是用来对付锁子甲的，用来对付板甲折断也不奇怪。用于穿透板甲的箭头通常是像Type10和Type12这样的短波金箭镞，细长的箭头即使穿透，逐渐扩孔的过程也会使穿深大减，而且创口太小。当然，战争中使用的最多的应该是像Type16这样的箭头