亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        古希臘新型扭力機械

        2022-10-12 02:58:20劉衍鋼
        古代文明 2022年4期
        關(guān)鍵詞:筋腱發(fā)條扭力

        劉衍鋼

        提 要:隨著絞車等加力機械的引入和弩炮類武器的不斷大型化,傳統(tǒng)的弓體結(jié)構(gòu)成為機械武器發(fā)展的瓶頸和障礙。古希臘工程師最終設(shè)計出蓄能能力更強大的扭力發(fā)條裝置以替代弓體,成功地解決了這一技術(shù)難題。扭力發(fā)條的結(jié)構(gòu)和原理經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜、由粗糙到精密的演化過程。扭力機械不僅是古希臘科學技術(shù)和工程設(shè)計的產(chǎn)物,它的引入和改進本身也促進了古典世界機械工程學和數(shù)學方法論的發(fā)展。

        一、技術(shù)演化略議

        上述現(xiàn)代人的研究結(jié)果,古希臘人在實戰(zhàn)中早已掌握。古希臘工程師嘗試各種突破弓體結(jié)構(gòu)局限的機械設(shè)計,最終取得成功。這段發(fā)展期約為公元前4世紀中后期。借助古典學者的文獻記錄和相關(guān)實物證據(jù),研究者可以較為精確地復(fù)原這一段由簡單粗糙到復(fù)雜精密的連續(xù)演化過程。相關(guān)的重要古典學者列舉如下:

        在公元前4世紀戰(zhàn)事頻繁的地中海世界,對武器威力的需求促使古希臘人很快就觸及弓體蓄能的上限。隨著絞車機械數(shù)以十倍人力計地增大拉力,弓臂的粗壯度和長度相應(yīng)增大。最終古希臘人發(fā)現(xiàn):無論采用何種材料,當弓體尺寸超過一定閾值后,其勢能和機械特性不升反降。因此,如何突破弓體結(jié)構(gòu)的局限遂成為弩炮類武器發(fā)展的焦點。希隆總結(jié)了這段不斷嘗試的技術(shù)發(fā)展史:

        但筋腱性質(zhì)柔軟,需要與弓體的木材骨架結(jié)合方能有效發(fā)揮其彈力。傳統(tǒng)復(fù)合弓結(jié)構(gòu)一般以筋腱束嵌入弓臂外側(cè),大型機械武器的復(fù)合弓臂結(jié)構(gòu)與此相似,可能帶有更多更長的筋腱。如果剔除木材,單純以筋腱為蓄能材料,就需要有完全不同于傳統(tǒng)弓體的機械裝置。古代世界一直廣泛存在一類單純以筋腱為蓄能材料的武器,即彈弓。雖然沒有證據(jù)表明古希臘人研究制造過大型彈弓類武器,但以常理和設(shè)計思路推之,這樣的嘗試很可能存在。彈弓式結(jié)構(gòu)的基本缺陷在于縱向利用筋腱的彈力,當筋腱長度隨著武器的大型化而增大時,彈性效率會急劇降低。因此彈弓結(jié)構(gòu)存在難以克服的缺陷,最終必然會被放棄。要有效利用眾多筋腱的彈力,解決之道不是像彈弓那樣縱向增加筋腱長度,而是將眾多筋腱并列使用,通過橫向利用筋腱的彈力驅(qū)動機械。不過彈弓原理并未完全被忽略,后面將會看到,彈弓結(jié)構(gòu)將在新式弩炮中發(fā)揮輔助作用。

        二、初期發(fā)條結(jié)構(gòu)

        如前所言,古希臘人改進弩炮的努力主要圍繞橫向利用筋腱彈力的思路展開。這種同時利用眾多筋腱的機械結(jié)構(gòu)即扭力發(fā)條,其基本設(shè)計理念是:將盡可能多的筋腱沿著框架反復(fù)纏繞形成筋腱陣列,以此作為發(fā)條裝置的核心。在新型弩炮類武器中,弓臂不再承擔蓄能任務(wù),僅用于傳遞發(fā)條提供的張力。這種弩炮的基本工作原理為:以弓臂連接發(fā)條,發(fā)條驅(qū)動弓臂拉弦,從而將筋腱的彈性勢能傳遞給發(fā)射物。

        但動物筋腱的長度畢竟有限,不可能滿足反復(fù)纏繞的要求。解決之道是將筋腱剖為多股細線,再編織成繩索,如此制成的筋腱繩索幾乎沒有長度限制,是理想的扭力材料。古希臘人試驗了各種動物不同部位的筋腱,對選材的總結(jié)如下:

        扭力發(fā)條的機械構(gòu)造經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜,并在實踐中不斷改進的歷程。希隆的論文為這一演化過程提供了系統(tǒng)的記錄和分析。最早出現(xiàn)可用于實戰(zhàn)的扭力發(fā)條結(jié)構(gòu)比較簡單。希隆對此種發(fā)條結(jié)構(gòu)的描述也相對簡略:

        由此可見,雖然早期發(fā)條的結(jié)構(gòu)不算復(fù)雜,古希臘工程師還是在各個細節(jié)上盡可能挖掘其蓄能潛力。這首先體現(xiàn)于專用的繩索編制工具。其次,筋腱陣列的蓄能大致與其橫截面成正比,對反復(fù)纏繞的筋腱集合而言,則是與纏繞的匝數(shù)成正比。要讓筋腱提供盡可能大的勢能,就要充分利用框架有限的纏繞空間,提高纏繞匝數(shù)。因此如記載所言,在安裝過程中要利用筋腱的變形特點,通過小工具消除繩索的間隙。

        關(guān)于如何插入弓臂和裝弦發(fā)射等操作,斐隆在著作中給出了更詳細的解說。初期階段的緊固和調(diào)試需要阻楔和榔槌等工具,頗為繁瑣。安裝完畢的早期型弩炮正面與俯視如插圖3。這種扭力弩炮其他部位的機械結(jié)構(gòu)與弓體式弩炮基本沒有差別,這里不再贅述。

        三、成熟發(fā)條結(jié)構(gòu)

        前述扭力發(fā)條是第一種用于實戰(zhàn)的弩炮發(fā)條。以機械工程學角度看,這種發(fā)條的缺點是操作和維護比較困難,而且難以大型化,亦即威力受到限制。因此,古希臘人在實戰(zhàn)中逐步修改,使發(fā)條結(jié)構(gòu)更趨合理。

        古希臘工程師逐漸意識到,筋腱圍繞框架的分散性結(jié)構(gòu)乃癥結(jié)所在。要從根本上提升蓄能,需要改變筋腱繩索的位置:由外部環(huán)繞框架變?yōu)榧杏诳蚣苤畠?nèi),從而形成緊密的蓄能核心。這便是斐隆所稱的“匯聚式”發(fā)條。這樣修改還有額外的好處:將手柄的受力點集中于中部,能極大增加手柄的工作力矩,徹底改善舊式發(fā)條“扭動手柄頗為困難”的缺陷。

        轂墊的下部需要與輪輞的上部完全吻合,同時兩者預(yù)留的釘孔在位置和尺寸上也必須完全吻合;此外還需要在發(fā)條框架上加工出環(huán)形刻槽,刻槽同樣要與輪輞下部完全吻合。這種固定方式無疑對機械部件的精確度與標準化有很高要求。

        帶有輪輞固定組件的金屬轂墊結(jié)構(gòu)如插圖5,左為金屬輪輞,右為轂墊與手柄。其中輪輞預(yù)留的釘孔較多,因為不僅需要與轂墊連接,還需要與框架連接。

        傳統(tǒng)型弩炮承力最大的部位為弓臂根部的弓座,這部分的結(jié)構(gòu)一般較為堅固厚重。扭力型弩炮的基本結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)弩炮大致相當,只不過左右對稱并列的兩具扭力發(fā)條替代了弓座,因此需要有能夠承受強力的牢固框架作為發(fā)條的安裝基座。由于扭力發(fā)條的結(jié)構(gòu)遠比弓臂復(fù)雜,新型弩炮的基座結(jié)構(gòu)也比傳統(tǒng)弩炮更復(fù)雜。常見的基座為一對連接成一體的木質(zhì)框架,兩具扭力發(fā)條分別傾斜安裝于框架中,呈字母“V”形狀,一般被稱為V型發(fā)條組。另一種基座結(jié)構(gòu)比較簡單,由上下兩塊單木板構(gòu)成,發(fā)條直接固定于木板上,被稱為直型發(fā)條組。

        古希臘工程師如此煞費苦心地改進扭力發(fā)條的基本結(jié)構(gòu),是為了形成單一密集的筋腱陣列,以獲取更大更易于操控的扭力。較之舊式兩束分離的“平行式發(fā)條”,新式的“匯聚式發(fā)條”將筋腱繩索全部集中于中部轂墊與輪輞構(gòu)成的孔洞內(nèi),使得筋腱陣列更為集中,工作效率也更高。此外,這種沿著中軸線扭動繃緊繩索的方式,能通過利用預(yù)張力極大提高蓄能。扭力發(fā)條的發(fā)射勢能大致遵循如下公式:

        (E為勢能;c為扭轉(zhuǎn)扭力系數(shù);a1為扭轉(zhuǎn)前角度;a2為裝弦時的預(yù)扭轉(zhuǎn)角度;a3為張弦后的扭轉(zhuǎn)角度)

        由該公式可知:在不增大弩炮尺寸的前提下,通過裝弦時的預(yù)扭轉(zhuǎn)角度a2,可以極大提升勢能的總量,更有效發(fā)揮發(fā)條的蓄能潛力。

        Duodenal polyps as a manifestation of portal hypertensive duodenopthy (PHD),an uncommon event, have been reported previously. The prevalence of PHD in cirrhotic patients with portal hypertension ranges from 8.4% to 51.4%. However,manifestation as multiple duodenal polyps is rare.

        為了獲取盡可能密集的筋腱陣列,需要窮盡一切手段將轂墊與輪輞構(gòu)成的孔洞填滿。

        四、繩索、弓弦與尺寸

        還需要說明一點:為了配合不同的發(fā)射物,不僅弓弦的形狀,弓弦與發(fā)射物的接觸位置也有所不同。特別是發(fā)射光滑石彈的大型弩炮,鎖定發(fā)射物比較困難,對弓弦接觸點的精確度要求非常高,操作者的技能和經(jīng)驗攸關(guān)發(fā)射的成敗和威力。

        這段文字所說的石彈“半道”發(fā)射方式,大概源自古希臘人的實戰(zhàn)經(jīng)驗,以現(xiàn)代物理學并不難解釋:弩類武器的發(fā)射槽(滑塊)固然能提高操控性和準確度,但發(fā)射槽與發(fā)射物接觸所產(chǎn)生的摩擦阻力也會極大損耗能量。結(jié)果是弩類武器的能量轉(zhuǎn)換率(最終傳遞給發(fā)射物的能量與發(fā)射勢能的比值)很低。對于石彈這類準確度要求不高的發(fā)射物,通過精確調(diào)整弓弦接觸點使石彈在發(fā)射槽上“半道飛出”,可大大減少摩擦力造成的能量損耗,自然會“威力更大”。

        對古希臘機械工程師而言,最令人困擾的問題是機械部件的尺寸和比例推算。結(jié)構(gòu)相同但大小不同的機械,其部件的尺寸絕非按比例放大或縮小那樣簡單。這其中涉及大量材料學和力學的調(diào)整和運算,即便對現(xiàn)代人而言亦是艱難任務(wù),尚需通過模擬實驗和原型驗證等方式做精細調(diào)整。古希臘人沒有如此成熟系統(tǒng)的知識、方法和規(guī)范,只能依靠有限的幾何學和數(shù)學知識不斷試錯和摸索。由于缺乏有效的計算方法和計算工具,相關(guān)的工作勢必非常費工費時。

        五、歷史事件的對應(yīng)

        以上介紹了新型扭力弩炮在機械上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新及相關(guān)技術(shù)和原理。但要將這些技術(shù)發(fā)展嵌入歷史事件的時間線,卻是一項幾乎不可能的任務(wù)。因為技術(shù)論文與歷史著作所關(guān)注的對象迥然不同,鮮有交集。后世學者只能根據(jù)一些零星的歷史記錄定位這類技術(shù)演化的時間節(jié)點。

        六、結(jié)語

        上述特性貫穿整個古典遠程機械武器的演化史。如筆者之前文章所言,古典遠程武器發(fā)展的開端為腹弓。腹弓的發(fā)明與世界其他地區(qū)弩類武器的出現(xiàn)完全不同:其他民族的弩是弓箭類武器逐步改造和完善的產(chǎn)物;而腹弓則是古希臘工程師綜合眾多科學知識與工匠實踐刻意設(shè)計的成果(實戰(zhàn)方面反倒不算成功),不可能單憑經(jīng)驗逐漸改進而成。扭力類弩炮的設(shè)計和制造亦是如此,它不僅參考總結(jié)了古代各族的軍事實踐,囊括融匯了古典世界的幾何學、數(shù)學、力學與材料學知識,還相應(yīng)發(fā)展出一整套運算與試錯的工程學術(shù)規(guī)范,以及更高層次的方法論與哲學理論建構(gòu)。這些因素在古典世界之外不可能兼?zhèn)?,因此這類獨特的機械結(jié)構(gòu)僅僅出現(xiàn)于古希臘絕非偶然。

        古典世界的機械武器無疑是人類科技史的重要篇章,顯示了機械工程學(Mechanical Engineering)作為一門學科的誕生。由于古希臘人開創(chuàng)的科學體系與現(xiàn)代科學一脈相承,現(xiàn)代人不難根據(jù)古典科技文獻追溯和還原此類機械工程設(shè)計和操作的基本理念和思路。這些古典科技成就至今依然能為現(xiàn)代工程技術(shù)提供啟示。

        猜你喜歡
        筋腱發(fā)條扭力
        一種橡膠扭力半軸組件
        你好,機器人
        筋腱斷裂后張力腿平臺-筋腱-立管耦合系統(tǒng)響應(yīng)分析
        張力腿平臺筋腱安裝與臨時浮筒設(shè)計
        張力腿平臺局部系泊失效模式下動力響應(yīng)分析
        緊張
        意林(2019年20期)2019-10-24 21:05:06
        發(fā)條怪蟲來了
        用權(quán)先擰緊法治“發(fā)條”
        公民與法治(2016年4期)2016-05-17 04:09:12
        高速履帶車輛不同位置扭力軸剛度變化規(guī)律研究
        基于Simulation對轉(zhuǎn)爐傾動裝置扭力桿的有限元分析
        科技視界(2014年23期)2014-12-25 05:02:32
        久久久久亚洲AV无码专区喷| 成视频年人黄网站免费视频| 女人让男人桶爽30分钟| 综合网自拍| 亚洲愉拍自拍视频一区| 一本色道久久综合亚洲| 欧美真人性野外做爰| 国产天堂在线观看| 日韩熟女一区二区三区| 国产av天堂亚洲av刚刚碰| 国产第19页精品| 国产成人综合亚洲av| 久久99精品综合国产女同| 永久免费毛片在线播放| 久久九九国产精品怡红院| 亚洲欧洲精品成人久久曰不卡| 亚洲乱码中文字幕综合69堂 | 国产成人精品久久亚洲高清不卡| 国产激情久久久久影院老熟女免费| 美女啪啪国产| 亚洲免费看三级黄网站| 中文字幕亚洲精品久久| 色偷偷噜噜噜亚洲男人| 国内精品人妻无码久久久影院94| 精品人妻久久av中文字幕| 日本不卡的一区二区三区中文字幕 | 国产一区二区三区小向美奈子| 日本丰满少妇裸体自慰| 国产福利酱国产一区二区| 在线丝袜欧美日韩制服| 久久黄色精品内射胖女人| 精品亚洲成a人在线观看| 国产婷婷一区二区三区| 毛片在线啊啊| 全亚洲高清视频在线观看 | 中文无码久久精品| 日本午夜国产精彩| 亚洲精品综合久久国产二区| 午夜影视免费| 久久er99热精品一区二区| 国产欧美日韩综合在线一区二区|