拿破侖炮是一個無論在歷史上,還是在起點上都是很流行的武器。有一個很有趣的事實就是︰拿破侖跑是19世紀的產物,但使用的卻是歷史非常悠久的青銅,為什麼呢?
原因就是當時的鋼鐵技術。鑄鐵是非常脆的,它耐壓但是卻無法抗拒拉力。如果用鑄鐵鑄炮,及其容易炸膛。
中國的工匠雖然在鐵藝上,達不到印度人鑄鐵柱子的水平。但是在青銅器上,絕對可以達到大師級的水準。越王勾踐劍就顯示中國人深知那些配比的青銅比較堅硬,而那些配比的青銅比較柔韌。他們把堅硬的青銅先鑄造出來,作為刀刃的部分,而把具有韌xing的材料第二次澆鑄成型,這樣就制作出刀刃鋒利,卻依然能整體彎曲成很大角度依然不折斷的兵刃。漢代的環首鐵刀,應當是達不到這樣的水平的
少府監的工匠姓趙,他畢恭畢敬的行禮,不敢看李治。李治卻兩眼放光的看著他,ri後這就是有一名苦力,要為他加無數的班。眼下可是必須要安撫好。
「你們少府監,熔爐的大小如何?」李治問道。
「回殿下,少府監鑄錢的銅爐,一爐出銅大概在八百斤上下。」
李治計算了一下,12磅拿破侖炮自重1227磅,合926唐斤。八百斤的銅爐,應該可以鑄出來一個稍微小一點的青銅炮
李治打開金手指,研究了一下拿破侖炮的數據︰
它口徑11.7厘米,長1.34米,裝藥2.5磅(1.1公斤),球形彈頭重5.5公斤,初速438米每秒,5度sh 程為1480米。
為了使彈頭達到這樣的動能,火藥點火後的氣體產生的氣體膨脹,就是推動彈頭的唯一能量。而這個過程又是可以用研究空調xing能和蒸汽機xing能的熱力學過程所計算的。
因為火藥氣體膨脹速度極快,那麼這個過程同樣是一個絕熱過程,滿足壓力乘以體積的五分之七次方為常量的公式。
如果以x坐標軸為體積,y坐標軸為壓力,那麼這個pv曲線下方的面積,就是彈頭獲得的動能。這個動能很容易計算,就是二分之一質量乘以速度的平方,拿破侖炮的動能是528千焦耳。這樣的一個子彈打到人身上,單純的從動能上講,和一個兩噸重的小轎車以八十邁的速度撞過來差不多。所以,結果你懂的,就算彈頭沒把人打個對穿,那也能活活給撞死了!
拿破侖炮炮管的體積大概是14升,一公斤火藥的爆容是280升,意味著炮彈飛走之後,這些氣體還要膨脹20倍。但總的說來,這一段不是最主要的能量。如果把這個pv線簡化為直線,可以大約估算出最初的膛壓為75mpa,相當于750個大氣壓,也相當于海底7500米深處的水壓。這些壓力作用到炮膛上,會在炮膛材料上產生一個巨大的拉力,分散在炮膛壁的兩邊共同承擔。真實的炮膛受力肯定比這個復雜,但簡單的分析表明,炮膛直徑11.7厘米,如果炮膛的厚度只有1厘米,那麼它必須有大概380mpa的抗拉強度才行。
為了讓火炮有威力,肯定就要填更多的火藥,也同樣要有更厚的炮膛,而這樣就會讓炮的重量變得無法接受。另一個方面講,減小口徑,就可以減小炮膛的受力,就達到了減小重量的目的。
現代火炮的威力比拿破侖12磅炮大很多,一方面是因為**更猛,一方面也是身管設計的優化。以較小的口徑,可以降低炮膛的要求。但是為了使**氣體壓力能更多的傳遞到炮彈上,就最好有更長的炮管。按照pv曲線的計算,同樣的火藥重量,如果炮管的體積變小了,那炮彈從**氣體得到的動能也會變小,炮彈初速變小,sh 程也變小了。所以現代火炮的身管比,大概在50甚至70以上,遠遠超過了19世紀中期的10左右。
灰鑄鐵的抗拉強度極低,只有69到150mpa左右,而且它的xing質太脆,很容易炸膛。因此更重的青銅,尤其是韌xing好,含銅高的青銅就最不容易炸膛。純銅的抗拉強度在250mpa以上,黃銅更是可以到400以上,而且它的熔點比鐵低了500度,更容易熔煉。所以最初的炮都是銅炮,而不是鐵炮。更不要說,青銅的耐磨xing可是相當優異的。
拿破侖炮重560公斤,它的壁厚經過計算,大概在6厘米以上。這樣的設計,按照青銅的抗拉強度來分析,不是綽綽有余,而是有余太多了。理論上按照青銅哪怕是最低的抗拉強度200mpa,11.7厘米的也只需要2.2厘米就行。最低的重量也可以減輕到110公斤,只是原來的五分之一!
其實,那個年代的火炮,重量並非完全是為了炮膛強度,有一個很大的問題就是為了克服火炮的後坐力,而不得不使用更重的火炮,使的炮彈速度增加,而不是讓炮管和炮彈彼此間的高速分開,那樣的話,每打一發炮彈,炮手豈不是要往後走幾百米把炮管撿回來!
當然了,為了安全,李治還是做出了調整。這一款炮被命名為貞觀24式滑膛炮,口徑10.5厘米,長160厘米,炮膛壁厚5厘米,炮管厚2厘米,使用青銅鑄造,總重只有140公斤。它的裝藥1公斤,炮彈使用鑄鐵,重5公斤,初速和sh 程,都應當不少于拿破侖12磅炮,至少可以達到1500米。當然,實際怎樣,還需要實地檢驗。
為了彌補自重輕,後坐力大帶來的問題,李治不得不在拿破侖12磅炮架的基礎上,增大了尾部接地的面積,並且形成一個三角分叉,使它在左右方向更加穩定。炮兵實際設計中,會臨時挖掘一道坑,把炮架尾部固定,用以分擔火炮的後坐力。最主要的,是炮身和炮架之間,設計了一個空氣活塞的緩沖裝置,行程三十厘米。這樣,它就不用擔心火炮發sh 時,產生那個突然的後坐力讓脆弱的炮架破碎的情況了。
炮架和緩沖活塞可以交給老黃頭的鐵匠作坊來制作,而炮身的澆鑄則只能交給眼前這個另一個老趙了。
「老趙啊,你可是河北人?你是趙武靈王的後代吧?」李治開始和趙工匠套近乎。
「回太子殿下,我只知道自己姓趙,可不知道是哪個王的後代。我們家世世代代都是青銅匠,怎麼可能是王族後代呢?」
「沒有關系。你想不想你的子孫後代,記住他們祖上出了一個偉大的工匠姓趙?」李治拋出了一個自認為很大的誘惑。
「殿下。我干了二十多年這個,很多事情也見過了不少。要是我有這個本事,自然是我子孫後代的福分,可是眼下,你要我做的這個,我可從來沒做過。鑄獅子,甚至前一陣子,高陽公主找我去鑄了一個青銅人,我都沒覺得難。但這個玩意,恐怕要求的是厚薄均勻吧。要說是個鼎,是個鍋,我還算有把握。但是如果是這麼細長的管子,我真的沒把握啊!我現在想的不是給子孫後代留下什麼名分,而是想不能誤了太子的大事,保住自己的小命要緊。」趙工匠恭敬的再行了一個禮,意思是放過我吧大王!
李治也沒轍了,人不會,他也不能逼著人會啊。他只能拍案而起︰「趙工匠,帶路。帶我去鑄錢坊!」
沒辦法,親自上陣吧!