第二百三十三章 龙击炮
见到赵杰与葡萄牙人们懊丧的表情,李啸心里亦在惋惜不已。
只不过,他并未就此责怪他们,因为李啸知道,在这个明末时代,想要成功铸成一门火炮,到底有多难。
19世纪中期以前,不管东方或西方,因为铸造工艺不成熟,火炮铸造的废品率其实是相当高的。
《火攻挈要》中记载,由于当时铸造工艺尚不十分稳定,即使是在火炮技术相对成熟的欧洲,“铸十铳能得二、三铳可用者,便称高手”。也就是说,铸炮的废品率可高达70~80%以上!同时,因为废品率太高,还导致火炮的铸造价格,长期高居不下。
李啸记得,历史书上曾说过,此时火炮铸造废品率之所以如此之高,有两个很重要的原因。
一个就是,炮管内外的冷却速度差距问题。由于这冷却速度的差距,炮管铸造时,稍不注意,就会在冷却时因为热胀冷缩而在火炮身管产生裂痕。而一旦炮管出现了裂痕,自然就是废品一件了。
另一个是,炮管的内应力不均匀的问题,会使炮管在内部出现细小的裂缝,这些些细小的裂痕,外表上是看不出来的,而是隐藏在管壁金属内部,一经打放,就会暴露出来。
所以,当日登莱巡抚孙元化就规定,每次造好的火炮,即使在检验外表合格后,还均需作三次试放。
也就是,在炮管内填满火药但不装炮弹,连续打放三次,再检查管壁无裂痕者为合格。如果管壁有内伤,一定会在这三次打放中,裂开暴露,这样的炮管,也就只能淘汰了。
李啸注意到,现在火炮厂的试验区内,这样的报废炮管堆积如山。而在成品区内,竟只有区区十门重量为2000斤左右的轻型红夷火炮铸造成功,在空旷的库房内,摆成了小小的一列,看起来十分不起眼。
李啸心下暗叹,这近一年时间过去,才造出区区十门,产量未免太低了。而之所以火炮铸造迟迟上不了规模,这废品率太高,应该是个重要原因。
虽然李啸对于火炮铸造,也只有书本上获得得一点浅显知识。但他突然想到,也许,自已可以把这些后世的经验,向他们简略说明一番,让赵杰他们把握方向,再去加以解决。
李啸记得,在前世看过的历史书中,曾记载过,如果在铸造过程中,能到火炮炮管进行强化的话,可以大幅降低废品率。
所谓火炮身管强化,就是在炮管制造的时候,用各种手段,给炮管施加一个由外向内的预应力,这就可以抵销部份炮弹发射时爆炸产生的向外压力。一来可以大幅延长炮管寿命,大大降低废品率,同时加快铸造速度。二来炮管壁也可以不用做的那么厚,从而达到用较薄的炮管获得同样的膛压耐力的效果,因此便可以大幅降低火炮重量并节约成本,以十九世纪欧洲的经验来看,炮管重量降幅可达到20~50%之多。
李啸打算用延展性与致密性更好的钢材,来代替现在这种铜胎铁芯炮管,这样炮身重量当可大幅下降,也许,那近50%的下降幅度,是完全可以实现的。
接下来,李啸向赵杰及三名葡萄牙人,简介了以下两种技术。
第一种,是内模水冷技术。
这种技术,是19世纪中期的美国人罗德曼,在南北战争时期发明的,故又称罗德曼法。当时据称可一举将炮管寿命提升五倍之多。这种技术又可称之为内模可控冷却技术,或者内模水冷技术。
而这种技术,其实说穿了,也十分简单,那就是,因为水冷比气冷还快,如果要让铸好的炮管里层比外层先冷却,那就往炮管内灌水,实施水冷就行了。
一般来说,铸好的红热炮管,在静置时的自然冷却,是由外往内,原因一是炮管外表面面积比内管大,其二是外面空气流通比内部快,这样自然外层比里层冷的快。但是如果能同时让炮管里层冷却,甚至使之比外层先冷下来,不但可以提升整根炮管的冷却速度,更可以提高炮管性能。
当然,若是真的傻乎乎地直接往红热炮管内注冷水,结果只会让炮管迅速破裂。实际上的具体做法是,把铸造炮管时,用来作炮管内模的模具换成空心的,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,譬如说U型管,又或者把水管出口放在炮尾处,从里面开始注水之类的,这样才能持续循环冷却。
看到这里,可能各位读者都能感觉到,这样的炮管冷却方法,和电脑的CPU水冷十分相象。这种水冷法,唯一的问题是,冷却速度(也就是水循环速度)还是有讲究的,太快冷却的话内管还是会破裂,当年罗德曼也曾就这个问题进行了反复的试验,才最终确定了大致的水冷速度。而现在赵杰他们要采用这种方法的话,也完全可以慢慢实验,找准技术参数,却应该不是什么难事。
而一但采用这种方法,对于赵杰他们来说,最大的好处,便是可以大大降低废品率。
内模水冷技术,可以保证内外管冷却速度相同,或者经过实验与调整,将速度差异控制在安全的范围下,如此身管就不会因为冷却温度不一致,而产生裂疑与内伤。同时炮身因为内外紧致的程度一致,从而更加结实,没有暗伤,平均寿命可提高近五倍!
也就是说,普通铁炮只能打600发就要开裂不能再用的话,这种用水冷法制造的火炮,则能打个3000发才会达到使用寿命。
据罗德曼当年的数据来看,美国人在采用这个水冷降温技术后,铸炮的废品率从70%到80%,竟然降低到了个位数!
这种技术,还有一个十分重要的优点,那就是,可以更方便地铸造大口径火炮。
因为,在铸造超大口径炮时,由于口径越大,则内外冷却速度差距就越大。因此在自然冷却的时代,口径越大的炮铸造时的废品率也就越高。而铸造的价格,也会因此呈可怕的指数性上升。而如果要铸的火炮大到了一定程度以上,几乎就是百分之百的失败率了。
这也是为何登莱巡抚孙元化,在登州这几年时间里,大口径炮铸成的极少,而多为中小型口径的火炮的原故。
而赵杰他们现在铸成的10门火炮中,全是只能打6斤或8斤炮弹的轻型红夷炮,那种重达3000斤以上的重型红夷炮,一门都没造出来。
而现在如果使用内模水冷技术的话,就可以彻底解决这个问题了,李啸一直想拥有的能打12斤或16斤炮弹的重型火炮,也就可以正式生产出来了。
李啸向赵杰等人说完这种技术,赵杰及三名葡萄牙人皆是一脸兴奋之色,纷纷用纸笔详细记录了下来。
李啸能明显感觉到,赵杰及一众工匠看向自已的眼神中,充满了敬佩之情,与那些炼钢工人看自已的眼神十分类似。
接下来,李啸再向他们介绍第二种火炮炮管强化技术。
这种方法,就是双层或多层炮管嵌套技术,亦称身管筒紧技术。与赵杰他们现在正在做的铜胎铁芯炮,很有些类似之处。但具体的制作方法,却是很有差别的。
这种方法,则是专门应对防止出现内应力不均匀而在炮管内部产生裂缝的问题。
只不过,孙元化的铜胎铁芯法,是直接用铁管作内模,再于外面浇铸铜管,这样的话,是没有办法制造向内的预应力的,也是这为何即使侥幸碰到所铸的炮管没有裂缝,也往往在试炮时出现炸裂的原因。
19世纪中期时,欧洲出现了一种炮管多层嵌套技术,简单来说,是在炮管制造时,造一个内管与一个外管,而外管的内径要比内管外径小一些,叫做过盈。理论上这样的内管是不可能塞进外管里的,但巧妙的地方就在这里,只要把外管加热烧到数百度,则由于热胀冷缩,外管会膨胀,其内径也会跟着放大,等到他的内径膨胀到够大超过内管外径的时候,就可以把内管套进外管里。然后等外管冷却后收缩,自然就会向内箍住内管,提供一个向内的预应力,使内层炮管变得致密紧凑,大大减少裂缝产生的空间。
而且,这种技术,真正使用起来也十分简单,只要能把外层炮管烧红使之膨胀套住温度相对较低的内管就可以了。
这种炮管多层嵌套技术,随着年代的发展,出现了很多种不同的铸造方法,例如说,外管可以不用一个完整的套子,而是用几个环的方式一一套进来。如果是一端有孔而另一端无的完整套子就称为炮套,若是两端有孔的环的话就叫炮箍。再者,除了内管外管两层外,需要的话也可以在外管上再套上第三层、第四层管子,以加强特定部位,尤其是承压力最大的炮膛尾部的耐压力。
这种层层上套的手段,是这种技术的额外优势。
众所皆知,大炮炮管壁一般不会前后一样厚度,通常是炮口的地方薄,炮尾的地方厚。这是因为火药在炮尾爆炸,因此炮尾承受的压力最高,而炮口承受的压力最低。如果作成前后一样粗的话,那么炮口的管壁厚度,实际上就是不需要的多余重量。
因此炮管一般会铸造成前细后粗的样式,但这样的话,在铸造上会较为复杂。而如果用多层炮管嵌套的话,则可以用同样粗细的炮管。例如前后一样粗的2公尺长内管,套上1公尺长的次外管,再套上50公分长的最外管这样的形式,就可以达成给炮管不同部位,提供相对应的厚度以承受不同压力,从而大幅降低铸造难度,并且提升制造速度。
这种技术的典型例子,就是19世纪中期德国的克虏伯大炮,以及英国的阿姆斯特朗大炮,这些引领时代潮流的优良大炮,都是多层嵌套技术的产物。
这种技术,其最大的优点,便是制造上手续简单,也比较安全方便。在十九世纪中后期的巨舰大炮时代,战舰的大口径主炮,一般都是用这种方式来制造的。
听完李啸再介绍完这层多层炮管嵌套技术后,赵杰及各位工匠,都有一大开了眼界的感觉。
李啸所提供的这些技术,其实真正说起来,也没什么特别复杂的地方,为什么自已就是想不到呢?
很多时候,技术的瓶颈,其实真的要捅破的话,也就是一层窗户纸。李啸提供的这两项十九世纪才出现的铸炮技术,在真正生产的时候,其实并没有太多的复杂性,而且不受技术基础限制,并不需要象二十一世纪现代陆军所用的大炮一样,使用什么镍铬合金钢,以用生产现代军用炮的精密机床。故而,现在李啸提供了技术思路与方向后,接下来的试验,赵杰和葡萄牙人,以及一众工匠,完全可以就此试验生产出来。
并且,只要制炮厂做好重点技术的保密工作,那么这些技术,是不会因为火炮在战场上被掳获而流出去的,也会难以被模仿。
“赵杰,本官要求你们,在我军钢材已成功生产的情况下,以后停止试验铜胎铁芯炮,全部改为用钢材制炮。可同时使用这两种技术,务必要尽早生产出适合我军使用的重型火炮出来。”
李啸用一种殷殷叮嘱的语气,对赵杰等人说道。
“李大人,有你这两项技术,赵杰我可谓是茅塞顿开啊!您放心吧,我会尽早将成品试产出来,一定包李大人您满意!”赵杰爽快地回答道。
最后,李啸与赵杰他们约定,现在已是九月,务必在今年年底前,将火炮制作成功,让生产工艺成熟。然后,看看到明年三月之时,能至少制出20门可发射12斤铁弹的重型红夷炮出来。
赵杰一口应诺,保证达到李啸的要求。
这时,他仿佛想到了什么,他眨着眼对李啸笑道:“李大人,那这新炮造了出来,大人可曾想好给它取个什么名字?”
李啸笑了起来,他沉吟了一下,便朗声道:“古语有话道,迅疾之攻,有如龙击。以本官看来,就将这新型钢制火炮,命名为龙击炮吧。”
“好,好个龙击炮,端的有气势!”李啸的这个命名,让一众工匠为之叫好。
随后,李啸又与众人聊了一阵,便离开了火器研制场。
他离开时,令赵杰将已制好的十门铜胎铁芯炮,全部运往赤凤卫,以备使用。
而李啸在返回赤凤卫后,立刻有军兵前来禀报,说就在前天,收到了台湾拓殖集团团长丁佑,送来的飞鸽传书。
“哦,速速拿来我看。”李啸下令道。(未完待续。)
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只不过,他并未就此责怪他们,因为李啸知道,在这个明末时代,想要成功铸成一门火炮,到底有多难。
19世纪中期以前,不管东方或西方,因为铸造工艺不成熟,火炮铸造的废品率其实是相当高的。
《火攻挈要》中记载,由于当时铸造工艺尚不十分稳定,即使是在火炮技术相对成熟的欧洲,“铸十铳能得二、三铳可用者,便称高手”。也就是说,铸炮的废品率可高达70~80%以上!同时,因为废品率太高,还导致火炮的铸造价格,长期高居不下。
李啸记得,历史书上曾说过,此时火炮铸造废品率之所以如此之高,有两个很重要的原因。
一个就是,炮管内外的冷却速度差距问题。由于这冷却速度的差距,炮管铸造时,稍不注意,就会在冷却时因为热胀冷缩而在火炮身管产生裂痕。而一旦炮管出现了裂痕,自然就是废品一件了。
另一个是,炮管的内应力不均匀的问题,会使炮管在内部出现细小的裂缝,这些些细小的裂痕,外表上是看不出来的,而是隐藏在管壁金属内部,一经打放,就会暴露出来。
所以,当日登莱巡抚孙元化就规定,每次造好的火炮,即使在检验外表合格后,还均需作三次试放。
也就是,在炮管内填满火药但不装炮弹,连续打放三次,再检查管壁无裂痕者为合格。如果管壁有内伤,一定会在这三次打放中,裂开暴露,这样的炮管,也就只能淘汰了。
李啸注意到,现在火炮厂的试验区内,这样的报废炮管堆积如山。而在成品区内,竟只有区区十门重量为2000斤左右的轻型红夷火炮铸造成功,在空旷的库房内,摆成了小小的一列,看起来十分不起眼。
李啸心下暗叹,这近一年时间过去,才造出区区十门,产量未免太低了。而之所以火炮铸造迟迟上不了规模,这废品率太高,应该是个重要原因。
虽然李啸对于火炮铸造,也只有书本上获得得一点浅显知识。但他突然想到,也许,自已可以把这些后世的经验,向他们简略说明一番,让赵杰他们把握方向,再去加以解决。
李啸记得,在前世看过的历史书中,曾记载过,如果在铸造过程中,能到火炮炮管进行强化的话,可以大幅降低废品率。
所谓火炮身管强化,就是在炮管制造的时候,用各种手段,给炮管施加一个由外向内的预应力,这就可以抵销部份炮弹发射时爆炸产生的向外压力。一来可以大幅延长炮管寿命,大大降低废品率,同时加快铸造速度。二来炮管壁也可以不用做的那么厚,从而达到用较薄的炮管获得同样的膛压耐力的效果,因此便可以大幅降低火炮重量并节约成本,以十九世纪欧洲的经验来看,炮管重量降幅可达到20~50%之多。
李啸打算用延展性与致密性更好的钢材,来代替现在这种铜胎铁芯炮管,这样炮身重量当可大幅下降,也许,那近50%的下降幅度,是完全可以实现的。
接下来,李啸向赵杰及三名葡萄牙人,简介了以下两种技术。
第一种,是内模水冷技术。
这种技术,是19世纪中期的美国人罗德曼,在南北战争时期发明的,故又称罗德曼法。当时据称可一举将炮管寿命提升五倍之多。这种技术又可称之为内模可控冷却技术,或者内模水冷技术。
而这种技术,其实说穿了,也十分简单,那就是,因为水冷比气冷还快,如果要让铸好的炮管里层比外层先冷却,那就往炮管内灌水,实施水冷就行了。
一般来说,铸好的红热炮管,在静置时的自然冷却,是由外往内,原因一是炮管外表面面积比内管大,其二是外面空气流通比内部快,这样自然外层比里层冷的快。但是如果能同时让炮管里层冷却,甚至使之比外层先冷下来,不但可以提升整根炮管的冷却速度,更可以提高炮管性能。
当然,若是真的傻乎乎地直接往红热炮管内注冷水,结果只会让炮管迅速破裂。实际上的具体做法是,把铸造炮管时,用来作炮管内模的模具换成空心的,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,譬如说U型管,又或者把水管出口放在炮尾处,从里面开始注水之类的,这样才能持续循环冷却。
看到这里,可能各位读者都能感觉到,这样的炮管冷却方法,和电脑的CPU水冷十分相象。这种水冷法,唯一的问题是,冷却速度(也就是水循环速度)还是有讲究的,太快冷却的话内管还是会破裂,当年罗德曼也曾就这个问题进行了反复的试验,才最终确定了大致的水冷速度。而现在赵杰他们要采用这种方法的话,也完全可以慢慢实验,找准技术参数,却应该不是什么难事。
而一但采用这种方法,对于赵杰他们来说,最大的好处,便是可以大大降低废品率。
内模水冷技术,可以保证内外管冷却速度相同,或者经过实验与调整,将速度差异控制在安全的范围下,如此身管就不会因为冷却温度不一致,而产生裂疑与内伤。同时炮身因为内外紧致的程度一致,从而更加结实,没有暗伤,平均寿命可提高近五倍!
也就是说,普通铁炮只能打600发就要开裂不能再用的话,这种用水冷法制造的火炮,则能打个3000发才会达到使用寿命。
据罗德曼当年的数据来看,美国人在采用这个水冷降温技术后,铸炮的废品率从70%到80%,竟然降低到了个位数!
这种技术,还有一个十分重要的优点,那就是,可以更方便地铸造大口径火炮。
因为,在铸造超大口径炮时,由于口径越大,则内外冷却速度差距就越大。因此在自然冷却的时代,口径越大的炮铸造时的废品率也就越高。而铸造的价格,也会因此呈可怕的指数性上升。而如果要铸的火炮大到了一定程度以上,几乎就是百分之百的失败率了。
这也是为何登莱巡抚孙元化,在登州这几年时间里,大口径炮铸成的极少,而多为中小型口径的火炮的原故。
而赵杰他们现在铸成的10门火炮中,全是只能打6斤或8斤炮弹的轻型红夷炮,那种重达3000斤以上的重型红夷炮,一门都没造出来。
而现在如果使用内模水冷技术的话,就可以彻底解决这个问题了,李啸一直想拥有的能打12斤或16斤炮弹的重型火炮,也就可以正式生产出来了。
李啸向赵杰等人说完这种技术,赵杰及三名葡萄牙人皆是一脸兴奋之色,纷纷用纸笔详细记录了下来。
李啸能明显感觉到,赵杰及一众工匠看向自已的眼神中,充满了敬佩之情,与那些炼钢工人看自已的眼神十分类似。
接下来,李啸再向他们介绍第二种火炮炮管强化技术。
这种方法,就是双层或多层炮管嵌套技术,亦称身管筒紧技术。与赵杰他们现在正在做的铜胎铁芯炮,很有些类似之处。但具体的制作方法,却是很有差别的。
这种方法,则是专门应对防止出现内应力不均匀而在炮管内部产生裂缝的问题。
只不过,孙元化的铜胎铁芯法,是直接用铁管作内模,再于外面浇铸铜管,这样的话,是没有办法制造向内的预应力的,也是这为何即使侥幸碰到所铸的炮管没有裂缝,也往往在试炮时出现炸裂的原因。
19世纪中期时,欧洲出现了一种炮管多层嵌套技术,简单来说,是在炮管制造时,造一个内管与一个外管,而外管的内径要比内管外径小一些,叫做过盈。理论上这样的内管是不可能塞进外管里的,但巧妙的地方就在这里,只要把外管加热烧到数百度,则由于热胀冷缩,外管会膨胀,其内径也会跟着放大,等到他的内径膨胀到够大超过内管外径的时候,就可以把内管套进外管里。然后等外管冷却后收缩,自然就会向内箍住内管,提供一个向内的预应力,使内层炮管变得致密紧凑,大大减少裂缝产生的空间。
而且,这种技术,真正使用起来也十分简单,只要能把外层炮管烧红使之膨胀套住温度相对较低的内管就可以了。
这种炮管多层嵌套技术,随着年代的发展,出现了很多种不同的铸造方法,例如说,外管可以不用一个完整的套子,而是用几个环的方式一一套进来。如果是一端有孔而另一端无的完整套子就称为炮套,若是两端有孔的环的话就叫炮箍。再者,除了内管外管两层外,需要的话也可以在外管上再套上第三层、第四层管子,以加强特定部位,尤其是承压力最大的炮膛尾部的耐压力。
这种层层上套的手段,是这种技术的额外优势。
众所皆知,大炮炮管壁一般不会前后一样厚度,通常是炮口的地方薄,炮尾的地方厚。这是因为火药在炮尾爆炸,因此炮尾承受的压力最高,而炮口承受的压力最低。如果作成前后一样粗的话,那么炮口的管壁厚度,实际上就是不需要的多余重量。
因此炮管一般会铸造成前细后粗的样式,但这样的话,在铸造上会较为复杂。而如果用多层炮管嵌套的话,则可以用同样粗细的炮管。例如前后一样粗的2公尺长内管,套上1公尺长的次外管,再套上50公分长的最外管这样的形式,就可以达成给炮管不同部位,提供相对应的厚度以承受不同压力,从而大幅降低铸造难度,并且提升制造速度。
这种技术的典型例子,就是19世纪中期德国的克虏伯大炮,以及英国的阿姆斯特朗大炮,这些引领时代潮流的优良大炮,都是多层嵌套技术的产物。
这种技术,其最大的优点,便是制造上手续简单,也比较安全方便。在十九世纪中后期的巨舰大炮时代,战舰的大口径主炮,一般都是用这种方式来制造的。
听完李啸再介绍完这层多层炮管嵌套技术后,赵杰及各位工匠,都有一大开了眼界的感觉。
李啸所提供的这些技术,其实真正说起来,也没什么特别复杂的地方,为什么自已就是想不到呢?
很多时候,技术的瓶颈,其实真的要捅破的话,也就是一层窗户纸。李啸提供的这两项十九世纪才出现的铸炮技术,在真正生产的时候,其实并没有太多的复杂性,而且不受技术基础限制,并不需要象二十一世纪现代陆军所用的大炮一样,使用什么镍铬合金钢,以用生产现代军用炮的精密机床。故而,现在李啸提供了技术思路与方向后,接下来的试验,赵杰和葡萄牙人,以及一众工匠,完全可以就此试验生产出来。
并且,只要制炮厂做好重点技术的保密工作,那么这些技术,是不会因为火炮在战场上被掳获而流出去的,也会难以被模仿。
“赵杰,本官要求你们,在我军钢材已成功生产的情况下,以后停止试验铜胎铁芯炮,全部改为用钢材制炮。可同时使用这两种技术,务必要尽早生产出适合我军使用的重型火炮出来。”
李啸用一种殷殷叮嘱的语气,对赵杰等人说道。
“李大人,有你这两项技术,赵杰我可谓是茅塞顿开啊!您放心吧,我会尽早将成品试产出来,一定包李大人您满意!”赵杰爽快地回答道。
最后,李啸与赵杰他们约定,现在已是九月,务必在今年年底前,将火炮制作成功,让生产工艺成熟。然后,看看到明年三月之时,能至少制出20门可发射12斤铁弹的重型红夷炮出来。
赵杰一口应诺,保证达到李啸的要求。
这时,他仿佛想到了什么,他眨着眼对李啸笑道:“李大人,那这新炮造了出来,大人可曾想好给它取个什么名字?”
李啸笑了起来,他沉吟了一下,便朗声道:“古语有话道,迅疾之攻,有如龙击。以本官看来,就将这新型钢制火炮,命名为龙击炮吧。”
“好,好个龙击炮,端的有气势!”李啸的这个命名,让一众工匠为之叫好。
随后,李啸又与众人聊了一阵,便离开了火器研制场。
他离开时,令赵杰将已制好的十门铜胎铁芯炮,全部运往赤凤卫,以备使用。
而李啸在返回赤凤卫后,立刻有军兵前来禀报,说就在前天,收到了台湾拓殖集团团长丁佑,送来的飞鸽传书。
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