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上述武器的威力均受弹射力和机动性的局限。小型弹射器只能用来杀伤人，而且基本上是防御性的。它的发射速率很低，因而，光靠小型弹射器本身无法抵挡敌人的冲锋。但是，后来古罗马军团将小型弹射器部署在帝国边境沿线的防御阵地里，却取得了十分明显的效果。较重型的攻城机械在用途上则更显专一。即使是最强大的抛石机，除了弹体自由落下时的重量所产生的作用力外，只有很小的一点弹能，几乎无法攻破古代及中世纪坚固的城墙和防御工事。不过它在攻防作战中对付敌人的步兵和机械时则非常有效。进攻时，抛石机和弹射器能使城墙上的守城部队难以行动，这样攻城槌，攻城塔架和云梯就可以在它们的火力掩护下架设起来；防御时，又可用它们严重干扰敌人的攻城作战行动。在古代很长的一段时间里，强大的城堡防御工事之所以较难攻破，抛石机和弹射器起了很大的作用。
公元前400年前，无论是波斯人、希腊人、罗马人，还是中国人，都未能对亚述人发展起来的工程技术作过重大的改进。不过，大约就在这个时候，少数奋发有为的军事领袖和数学大师却已经开始努力改良攻城武器的设计及其在战术上的应用。
马其顿的菲利普王看来是最先让攻城辎重队携带预先装配好的轻型抛石机和弹射器的。虽然他曾试图进一步减轻这些武器的重量，但并未成功。除了攻城作战外，不清楚他是否在别的场合使用过这些武器。他的儿子亚历山大成功地把弹射器的重量减到了85磅左右，他的野战辎重队曾携带过约150架尤塞托能抛石机和25架排林托能抛石机。他喜欢在穿山渡水这种不需要快速机动的战术条件下使用这些武器。亚历山大堪称是野战炮的真正鼻祖。
菲利普所用的这类武器的设计十分巧妙。它的基本部件可以用一匹骡子或马驮载，而体积庞大的木件则可在作战现场砍伐树干临时制作。当然这可能会延误野外作战对武器的使用，因此亚历山大总是用马车驮运许多组装好了的武器，以便一旦需要就能迅速投入作战使用。
菲利普、亚历山大以及工兵们发明了许多攻城作战的新技术。在攻城战中，他们比亚洲或希腊的前人取得了更大的成就。毫无疑问，亚历山大是发明黑火药之前攻城战中最伟大的统帅。在这方面跟别的方面一样，只有成吉思汗才能和他相提并论。马其顿军队中有一支组织严密技艺高超的工兵队伍，负责攻城辎重队和攻城作战的技术工作。
有两次迥然不同的战例说明了亚历山大攻城技术的巨大成功。一次是对提尔的攻占，一次是对加沙的征战。另外还有一次是亚历山大后来的一位继承人迪米特里厄斯对罗得岛位于爱琴海发动的战争，虽然不算十分成功，但可以说更为典型。
公元前332年，亚历山大大帝征服波斯的关键一着便是要攻占腓尼基的提尔城。它是波斯海军在地中海的主要基地。提尔城位于离腓尼基大陆约半英里的一个岛上。为了登上海岛，亚历山大要用山岩和泥土修筑一条从大陆伸向海岛宽200英尺的坚固堤道。对此提尔人进行了激烈的骚扰，他们使用火攻船，几次中断了马其顿军的修堤工作，烧毁了堆砌岩石的木制脚手架，摧毁和破坏了架设在堤道上的木制攻城塔架。亚历山大好不容易集结起一支海军部队，经过一场激烈的海战终于击败了提尔人，封锁了海岛，把剩下的提尔战舰封锁在港内。最后，当堤道修筑到岛城的城墙时，堤道侧面海上的马其顿舰载攻城机械在城墙上打开了一个缺口，马其顿军队从两个方向攻占了提尔城。
这次胜利后不久，亚历山大又挥师南进，经巴勒斯坦直逼埃及。但是，该部在加沙要塞受阻，于是又进行了一场攻城战。这次作战最显著的特点是亚历山大在接近城墙不远的地方构筑了一座巨大的土台。它高达250英尺，台底周长为四分之一英里，上面放置了几架弹射器和一架抛石机，用来袭击敌人的守城部队并掩护自己的部队继续向城墙方向扩展土台。当土台最终靠上城墙时，他们只用一次不费大力的冲锋便占领了城市。土台技术并不新鲜，但亚历山大是运用这一技术的能手。后来在波斯、印度和中亚地区的攻城战中他常常使用并不断改进了这一技术。
公元前305年，迪米特里厄斯向罗得岛普托勒密的守备部队发起了进攻。战争一直持续了两年，双方都使尽了当时已有的一切武器装备，如攻城槌，攻城塔架，液火，地道和对抗地道以及其它各种各样的攻防机械，从各个方向展开进攻和突击。但是普托勒密的海军为守备部队提供了充分的后勤保障，最后迪米特里厄斯不得不撤兵回到希腊，致使罗得岛仍然掌握在普托勒密的手中。
古罗马军队早期的攻城技术比较落后。他们通常采用的是持久消耗战。直到第二次布匿战争（公元前219…前201年）吸取了跟迦太基大将汉尼拔作战的经验教训后，局面方有改观。后来，继亚历山大之后，凯撒成了古代指挥攻城作战的杰出将帅。从此以后，每支罗马军队均配备了一支工兵分队，这支分队能够熟练地进行桥梁架设以及攻城作战专用武器的安装和使用。虽然他们主要依靠在战斗现场来寻找木材和杂料，但工兵分队有个专门的辎重队，携带着施工所必须的工具和装备。那时罗马军队普遍使用了小型弩炮机械，每个军团均配备有30架小型弹射器和抛石机，每架由10人操纵。这些武器主要用于攻城作战和野战工事的防卫，有时也用于特定的野外作战，如掩护部队渡河等。
凯撒是位思维逻辑严密，组织才能出众的典型古罗马将领，他创造了一整套系统的攻城作战方法。在不同的攻城作战中，攻城机械的架设和操纵以及作战的具体步骤是各不相同的。这要看当时的环境条件和守城部队的作战行动而定。
下面从一种典型的古罗马攻城作战体制的概要描述中，我们可以看到一幅古代攻城作战的清晰画面。系根据T·A·道奇著《朱理叶·凯撒》（波士顿的霍顿·米夫林出版社1892年出版）一书中的论述而写，有修改。
（1）罗马军队进入作战区域，必先安扎设防的兵营，兵营即攻城作战的基地。
（2）总指挥官在下级指挥官和参谋人员的协助下，首先对敌城堡防御设施及周围地域实施全面侦察，查清当地的木材、石料、牲畜、食物、饲料等资源的状况，作为全面估计形势的基矗（3）一俟作出攻城决策，即令军队之一部分封锁敌城堡防御设施，其余部队着手搜集构筑工事和攻城机械所需之材料。
（4）制成移动防护板和移动廊房，架好攻城机械的支架。
（5）沿攻城阵地的周围建立一条防护障碍带，这样原先孤立的攻城碉堡就由一条围城工事连接了起来，从而对守城部队形成一个完整的包围圈。这项工作是与（3）、（4）两项步骤同时进行的。另外，有时还要修筑一条面向城外的壁垒，以对付守城部队的援兵的进攻和袭击。凯撒几乎是无例外地构筑这种双重防御墙的。
（6）由移动防护板、移动廊房和堡垒等形成了一整套有护盖的野战防御工事，通常在几个不同地点同时向着城墙移动。他们逐步推进到坑道口、地下通道和前方攻城机械的阵地。不久，攻城机械立即开始骚扰守城部队和居民。这时双方开始连续使用轻、重型武器，弹射器、抛石机及其他各种类似的武器袭击对方。
（7）在移动防护板的掩护下，从离敌城的防御壁垒较远的位置起，开始修筑阶梯式平台（类似亚历山大在加沙所筑的那种平台），每隔一段升高一级，逐步向城墙延伸。
（8） （通常在土台上）构筑几座能够俯瞰城墙的塔架，再将这些塔架放置在相当大的圆木上，然后逐步推至城墙。塔架的正面覆盖着浸湿的兽皮，以防敌人的燃烧箭将它烧毁。塔架的底部由步兵部队警惕地守卫，他们各自用弹盾保护自己免受守城部队的破坏性袭击。
（9）倘若城堡或要塞的周围开掘有护城河，那末在构筑攻城平台的前方以及想要打开突破口的那一段河道，通常要用土将它填平。
打开城墙突破口主要有两种方法。一是在移动廊房的掩护下使用攻城槌；二是将地下坑道一直挖到城墙下面，然后毁掉坑道，使城墙倒坍。但是拚死守城的部队往往在城墙危险区段的后面筑一道内城墙。这样，打开突破口的战斗有时需要数次反复方能奏效。守城部队也采用对抗地道来破坏对方构筑攻城的地道。
突破口打开后，接着就越过它发起攻城突击。有时攻城部队也在没有突破口的情况下实施攻城突击。他们从移动塔架或云梯，或用升降吊箱，或者同时使用这几种手段千方百计登上城墙的壁垒。有时则通过地道将一支先遣队秘密送至城内，然后打开城门，或者在里面袭击守城部队。在攻城突击阶段，古罗马军队曾有过一项典型的创举，那就是将许多士兵的盾联成一片，举在头顶，形成一个龟甲形的防护物，在它的掩护下可将一个步兵中队推进到城墙脚下。
古罗马人特别善于使用野战防御工事以节省攻城作战所需的兵力，表明他们深知后来克劳塞维茨所总结的一条基本作战原理：“防御是更有效的一种作战形式”。野战防御工事好比“倍增器”，它用人不多，作用颇大。古罗马人用它扩展自己的前线阵地，又将它作为机动野战部队实施作战机动的基地。节约兵力通常被当作一条作战原则。下面是这种作战思想的一个典型战例。
自凯撒大帝之后，塞普蒂默斯·塞佛留（公元193…211年）也许可称得上是最能干有为的古罗马统帅。他极其精通野战防御工事的运用，并能配合使用