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拿破仑炮是一个无论在历史上,还是在起点上都是很流行的武器。有一个很有趣的事实就是:拿破仑跑是9世纪的产物,但使用的却是历史非常悠久的青铜,为什么呢?
原因就是当时的钢铁技术。铸铁是非常脆的,它耐压但是却无法抗拒拉力。如果用铸铁铸炮,及其容易炸膛。
中国的工匠虽然在铁艺上,达不到印度人铸铁柱子的水平。但是在青铜器上,绝对可以达到大师级的水准。越王勾践剑就显示中国人深知那些配比的青铜比较坚硬,而那些配比的青铜比较柔韧。他们把坚硬的青铜先铸造出来,作为刀刃的部分,而把具有韧xing的材料第二次浇铸成型,这样就制作出刀刃锋利,却依然能整体弯曲成很大角度依然不折断的兵刃。汉代的环首铁刀,应当是达不到这样的水平的。
少府监的工匠姓赵,他毕恭毕敬的行礼,不敢李治。李治却两眼放光的着他,ri后这就是有一名苦力,要为他加无数的班。眼下可是必须要安抚好。
“你们少府监,熔炉的大小如何?”李治问道。
“回殿下,少府监铸钱的铜炉,一炉出铜大概在八百斤上下。”
李治计算了一下,2磅拿破仑炮自重227磅,合926唐斤。八百斤的铜炉,应该可以铸出来一个稍微小一点的青铜炮。
李治打开金手指,研究了一下拿破仑炮的数据:
它口径7厘米,长4米,装药25磅(公斤),球形弹头重55公斤,初速4米每秒,5度she程为40米。
为了使弹头达到这样的动能,火药点火后的气体产生的气体膨胀,就是推动弹头的唯一能量。而这个过程又是可以用研究空调xing能和蒸汽机xing能的热力学过程所计算的。
因为火药气体膨胀速度极快,那么这个过程同样是一个绝热过程,满足压力乘以体积的五分之七次方为常量的公式。
如果以x坐标轴为体积,y坐标轴为压力,那么这个pv曲线下方的面积,就是弹头获得的动能。这个动能很容易计算,就是二分之一质量乘以速度的平方,拿破仑炮的动能是52千焦耳。这样的一个子弹打到人身上,单纯的从动能上讲,和一个两吨重的小轿车以八十迈的速度撞过来差不多。所以,结果你懂的,就算弹头没把人打个对穿,那也能活活给撞死了!
拿破仑炮炮管的体积大概是4升,一公斤火药的爆容是20升,意味着炮弹飞走之后,这些气体还要膨胀20倍。但总的说来,这一段不是最主要的能量。如果把这个pv线简化为直线,可以大约估算出最初的膛压为75mpa,相当于750个大气压,也相当于海底7500米深处的水压。这些压力作用到炮膛上,会在炮膛材料上产生一个巨大的拉力,分散在炮膛壁的两边共同承担。真实的炮膛受力肯定比这个复杂,但简单的分析表明,炮膛直径7厘米,如果炮膛的厚度只有厘米,那么它必须有大概0mpa的抗拉强度才行。
为了让火炮有威力,肯定就要填更多的火药,也同样要有更厚的炮膛,而这样就会让炮的重量变得无法接受。另一个方面讲,减小口径,就可以减小炮膛的受力,就达到了减小重量的目的。
现代火炮的威力比拿破仑2磅炮大很多,一方面是因为**更猛,一方面也是身管设计的优化。以较小的口径,可以降低炮膛的要求。但是为了使**气体压力能更多的传递到炮弹上,就最好有更长的炮管。按照pv曲线的计算,同样的火药重量,如果炮管的体积变小了,那炮弹从**气体得到的动能也会变小,炮弹初速变小,she程也变小了。所以现代火炮的身管比,大概在50甚至70以上,远远超过了9世纪中期的0左右。
灰铸铁的抗拉强度极低,只有69到50mpa左右,而且它的xing质太脆,很容易炸膛。因此更重的青铜,尤其是韧xing好,含铜高的青铜就最不容易炸膛。纯铜的抗拉强度在250mpa以上,黄铜更是可以到400以上,而且它的熔点比铁低了500度,更容易熔炼。所以最初的炮都是铜炮,而不是铁炮。更不要说,青铜的耐磨xing可是相当优异的。
拿破仑炮重560公斤,它的壁厚经过计算,大概在6厘米以上。这样的设计,按照青铜的抗拉强度来分析,不是绰绰有余,而是有余太多了。理论上按照青铜哪怕是最低的抗拉强度200mpa,7厘米的也只需要22厘米就行。最低的重量也可以减轻到0公斤,只是原来的五分之一!
其实,那个年代的火炮,重量并非完全是为了炮膛强度,有一个很大的问题就是为了克服火炮的后坐力,而不得不使用更重的火炮,使的炮弹速度增加,而不是让炮管和炮弹彼此间的高速分开,那样的话,每打一发炮弹,炮手岂不是要往后走几百米把炮管捡回来!
当然了,为了安全,李治还是做出了调整。这一款炮被命名为贞观24式滑膛炮,口径05厘米,长60厘米,炮膛壁厚5厘米,炮管厚2厘米,使用青铜铸造,总重只有40公斤。它的装药公斤,炮弹使用铸铁,重5公斤,初速和she程,都应当不少于拿破仑2磅炮,至少可以达到500米。当然,实际怎样,还需要实地检验。
为了弥补自重轻,后坐力大带来的问题,李治不得不在拿破仑2磅炮架的基础上,增大了尾部接地的面积,并且形成一个三角分叉,使它在左右方向更加稳定。炮兵实际设计中,会临时挖掘一道坑,把炮架尾部固定,用以分担火炮的后坐力。最主要的,是炮身和炮架之间,设计了一个空气活塞的缓冲装置,行程三十厘米。这样,它就不用担心火炮发she时,产生那个突然的后坐力让脆弱的炮架破碎的情况了。
炮架和缓冲活塞可以交给老黄头的铁匠作坊来制作,而炮身的浇铸则只能交给眼前这个另一个老赵了。
“老赵啊,你可是河北人?你是赵武灵王的后代吧?”李治开始和赵工匠套近乎。
“回太子殿下,我只知道自己姓赵,可不知道是哪个王的后代。我们家世世代代都是青铜匠,怎么可能是王族后代呢?”
“没有关系。你想不想你的子孙后代,记住他们祖上出了一个伟大的工匠姓赵?”李治抛出了一个自认为很大的诱惑。
“殿下。我干了二十多年这个,很多事情也见过了不少。要是我有这个本事,自然是我子孙后代的福分,可是眼下,你要我做的这个,我可从来没做过。铸狮子,甚至前一阵子,高阳公主找我去铸了一个青铜人,我都没觉得难。但这个玩意,恐怕要求的是厚薄均匀吧。要说是个鼎,是个锅,我还算有把握。但是如果是这么细长的管子,我真的没把握啊!我现在想的不是给子孙后代留下什么名分,而是想不能误了太子的大事,保住自己的小命要紧。”赵工匠恭敬的再行了一个礼,意思是放过我吧大王!
李治也没辙了,人不会,他也不能逼着人会啊。他只能拍案而起:“赵工匠,带路。带我去铸钱坊!”
没办法,亲自上阵吧!