第八十七章 陈元英
赵朗把许贯忠叫来,把平底沙船的营造图纸交给了他,按对李俊的那一套说词也对许贯忠说了一遍,由他负责监督厢军那一边的二十艘平底沙船的建造。许贯忠看着那些图纸,赞叹师尊学究天人之学识,心里对又掌握了一门绝学兴奋不已。
休息了两天,赵朗又空闲了起来,盘算着既然决定制造滑膛炮,那就趁现在方腊还没作乱,先把这玩意儿捣鼓出来,装在船上,待那方腊来犯时,揍得他哭爹喊娘。
造炮是一项巨大的工程,涉及到材料学与理论力学,对于赵朗这个900多年后的物理学霸来说,说难不难,说易却不易。理论他有,但在这宋代,却没人才,没技术,没钢材,要啥没啥,所有事情都要从头来,万事也是开头难呐,好象不知从何下手,一时头绪凌乱。
思忖了良久,赵朗决定先从材料入手。历史上第一门大炮是青铜炮,原因是青铜可塑性高,承压力也高,但赵朗弃用青铜作为材料,原因很简单,一方面是北宋缺铜,人们都喜欢把铜钱藏地窑里去了,造成市面上的铜钱流通紧张,用铜材制炮成本太大;二者是铜炮由于其材料的特性,炮膛要很厚才能不炸膛,那就比钢炮重很多,不利于运输和安装。
他认真地回忆无缝钢管的钢材质中的碳元素与硅元素含量。火炮的炮管材料他没有研究过,因而他的头脑信息中没有这一方面的资料,但他有无缝钢管的钢材资料呀,以黑火药爆炸力来说,用后世的无缝钢管标准来作为铸造滑膛炮的钢材应是绰绰有余。
控制碳含量与硅含量,就可以提高钢材的强度、塑性与韧性,使其能承受住炮膛所受的巨大压力。根据资料,无缝钢材的含碳量应不超过0.22%,以0.15%到0.22%为最佳,含硅量则在0.15%到0.3%之间,用吹氧法加硅晶体搅拌,多试验几次,应可炼出合格的钢材,最大的难题是没有测量工具,只能靠经验。铁器作坊的管事陈元英是个善于钻研之人,希望他能尽快炼出合格的钢材。
至于铸炮法,作为在米国留学与工作的物理高材生,赵朗当然知道托马斯.J.罗德曼的“内模灌水冷却铸造法”。在1860年美国南北战争时期,由美联邦陆军少校托马斯.J.罗德曼发明,故又称罗德曼法。其方法本身非常简单,实际上是把铸造炮管时,用来作炮管内模的铁模具换成空心的,中间加上冷却水管道,然后往里面注冷却水就行了。当然这冷却水管道必须要作成可循环样式来保证内膜温度稳定,譬如采用U型管模式从里面开始注水,这样持续循环冷却,适当的控制水循环速度。罗德曼用了10年时间实验论证出科学合理的技术参数,使这种“内模水冷技术”可以大幅降低火炮尤其是大口径火炮铸造时的废品率,并一举将炮管寿命提升五倍之多。这项技术及参数,赵朗都曾浏览过,因此他脑中的资料库里就有了这个罗德曼的“内模灌水冷却铸造法”。
赵朗来到了江心岛的铁器作坊,陈元英见师父到来,连忙上前施礼,赵朗拿起造好的射鱼枪,高兴地说:“元英啊,为师这几个弟子之中,单以工艺材料这一项来说,你的手艺天赋最高,这弹簧的材料,就算是我,也不一定能在两个月内试验出来。”
这是真心话,他对陈元英这位弟子非常满意,无论是手雷的生铁外壳、纺纱机以及织布机的弹簧片、轴承,至后来的铁丝网,再到这个高弹性的弹簧,没有一定的天赋和刻苦钻研的性子,是不可能取得这样的成就的。赵朗在学院里教授的只是初步的数学、物理、化学知识,材料学、高等化学等课程还没写出教材呢。赵朗暗下决心,这下来有空余时间,一定要把力学与化学等高中教材写出来,逐步教授予学院里的学子,扩大科学格物的影响,培养真正有用的人才。
何铁匠与另外几名学院出来的学子一同来拜见赵朗,此时的铁器作坊已有十几人,由陈元英作管事,何铁匠为副,三名学院学子也管着几名手下。
按照技术定位,铁器作坊的月薪比其他厂子都要高,工作量也不算很大,以供应浔阳商行内部使用为主。各厂子的机械铁部件、建房用的钢材、开荒用的农具、商行运输马车的铁部件、甚至飞鱼帮和揭阳岭的船只上的撞角,都从铁器作坊制造。这使得铁器作坊的人员很是自豪,工作干劲很大。
赵朗跟众人打了招呼,与陈元英一同走进了他的专用研究室。赵朗道:“今天我过来,主要是有一项技术要传授于你。”
陈元英一听,大喜,跪地磕头:“多谢师父!”
赵朗扶起了他,说道:“这一套技术叫‘内模灌水冷却铸造法”,分两部分,一是研制所需材料,二是铸造一种叫火炮的方法。此物非同小可,材料的配比只能是你一个人掌握,其铸造方法只能是少数参与之人掌握,你要切记,切记!”
陈元英恭敬道:“弟子谨记师尊吩咐。”
赵朗把无缝钢管的钢材碳比例与硅元素比例告诉了陈元英,把“内模灌水冷却铸造法”的注解册子交给他,并再一次叮嘱保密事项。不由得赵朗不谨慎,这东西若是被外人掌握,真的就是放大魔鬼进了凡间。
陈元英是个孤儿,只有一个妹妹,社会关系简单,没有过多的羁绊,当初在人牙所救了他,他就会用多上工来报恩,可见是个懂报恩之人。这一年的时间里,赵朗知道这位弟子是一个少说多做之人,能保守秘密,因而把这一项非常重要的技术传授与他。
铁器作坊内储存了二十多万斤的生铁,听起来很多,其实也就是十来吨而已,但足够钢材试验与火炮铸造之用。赵朗的计划是先制造9磅的滑膛炮(也有人称为酒瓶炮)和后世着名的“佛朗机”小口径炮。9磅的滑膛炮约900斤,口径11.4厘米,发射8斤的圆石实心弹,射程500米到1000米,每船装6门,一侧3门;“佛朗机”小口径炮每门重约300斤,发射霰弹,射程300米,母铳长1米,配3个子铳,每船装4门,一侧2门。远用9磅滑膛炮轰,近则滑膛炮与“佛朗机”小口径炮一齐轰,在这个冷兵器时代应该是足够了。
对着图纸,向陈元英详细讲解了钢材料和“内模灌水冷却铸造法”的每一个细节,直到陈元英完全明白为止。赵朗放下炭笔,一抬头,看到江边的水车和水力机床,心中一动,动力!既然已经有了橡胶树种子,何不趁橡胶产出之机把蒸汽机也弄出来?若用蒸汽机驱动船只,这飞鱼帮的船只就可横行江河与大海了。
后世第一台蒸汽机是1679年法国物理学家丹尼斯·帕潘发明制造的。蒸汽机需要一个使水沸腾产生高压蒸汽的锅炉,这个锅炉可以使用木头、煤甚至可燃垃圾作为燃料。通过燃烧把水沸腾为蒸汽,经管道蒸汽被送到汽缸。阀门控制蒸汽到达汽缸的时间,经主汽阀和节流阀进入滑阀室,受滑阀控制交替地进入汽缸的左侧或右侧,推动活塞运动。
原理十分简单,但结构却很是复杂。蒸汽机主要由汽缸、底座、活塞、曲柄连杆机构、滑阀配汽结构、调速结构和飞轮等部分组成。
赵朗依照记忆,把蒸汽机的各个部件一一画了出来,站在巨人的肩膀上,办起事情来就是快,不一会,就把各个部件的结构图画了出来。这玩意儿需要密封材料,也就是橡胶,所以也不急于制造出来,现有画出来,只是顺手为之,让陈元英有空之余以作研究。
赵朗画出的这个蒸汽机已是小型化的型号,经过了无数的物理科学家的改进,具有实用性的蒸汽机,真真的是站在了巨大人的肩膀上。至于燃料,开化县发现的那个煤矿正好派上用场。
赵朗对陈元英道:“这东西叫蒸汽机,是把蒸汽转化为动力的机械,蒸汽做功的原理我在课堂上已经跟你们讲解过了,这机械就是把原理实用化。”
陈元英眼睛一亮,这又是一神器啊,在学院修学之时,这原理他是学习过的,现在见到实物设计图,心里一阵炽热,对比那个叫“炮”却不知为何物的东西,这蒸汽机他更为上心。
赵朗见此,便道:“先把钢材料与火炮铸出来,然后再研制蒸汽机,这做事要分先后。”
“是,师父。”陈元英连忙应道,并把图纸小心地收起来,放进了柜子里锁好。