見到趙傑與葡萄牙人們懊喪的表情,李嘯心裡亦在惋惜不已。
只不過,他並未就此責怪他們,因爲李嘯知道,在這個明末時代,想要成功鑄成一門火炮,到底有多難。
19世紀中期以前,不管東方或西方,因爲鑄造工藝不成熟,火炮鑄造的廢品率其實是相當高的。
《火攻挈要》中記載,由於當時鑄造工藝尚不十分穩定,即使是在火炮技術相對成熟的歐洲,“鑄十銃能得二、三銃可用者,便稱高手”。也就是說,鑄炮的廢品率可高達70~80%以上!同時,因爲廢品率太高,還導致火炮的鑄造價格,長期高居不下。
李嘯記得,歷史書上曾說過,此時火炮鑄造廢品率之所以如此之高,有兩個很重要的原因。
一個就是,炮管內外的冷卻速度差距問題。由於這冷卻速度的差距,炮管鑄造時,稍不注意,就會在冷卻時因爲熱脹冷縮而在火炮身管產生裂痕。而一旦炮管出現了裂痕,自然就是廢品一件了。
另一個是,炮管的內應力不均勻的問題,會使炮管在內部出現細小的裂縫,這些些細小的裂痕,外表上是看不出來的,而是隱藏在管壁金屬內部,一經打放,就會暴露出來。
所以,當日登萊巡撫孫元化就規定,每次造好的火炮,即使在檢驗外表合格後,還均需作三次試放。
也就是,在炮管內填滿火藥但不裝炮彈,連續打放三次,再檢查管壁無裂痕者爲合格。如果管壁有內傷,一定會在這三次打放中,裂開暴露,這樣的炮管,也就只能淘汰了。
李嘯注意到,現在火炮廠的試驗區內,這樣的報廢炮管堆積如山。而在成品區內,竟只有區區十門重量爲2000斤左右的輕型紅夷火炮鑄造成功,在空曠的庫房內,擺成了小小的一列,看起來十分不起眼。
李嘯心下暗歎,這近一年時間過去,才造出區區十門,產量未免太低了。而之所以火炮鑄造遲遲上不了規模,這廢品率太高,應該是個重要原因。
雖然李嘯對於火炮鑄造,也只有書本上獲得得一點淺顯知識。但他突然想到,也許,自已可以把這些後世的經驗,向他們簡略說明一番,讓趙傑他們把握方向,再去加以解決。
李嘯記得,在前世看過的歷史書中,曾記載過,如果在鑄造過程中,能到火炮炮管進行強化的話,可以大幅降低廢品率。
所謂火炮身管強化,就是在炮管制造的時候,用各種手段,給炮管施加一個由外向內的預應力,這就可以抵銷部份炮彈發射時爆炸產生的向外壓力。一來可以大幅延長炮管壽命,大大降低廢品率,同時加快鑄造速度。二來炮管壁也可以不用做的那麼厚,從而達到用較薄的炮管獲得同樣的膛壓耐力的效果,因此便可以大幅降低火炮重量並節約成本,以十九世紀歐洲的經驗來看,炮管重量降幅可達到20~50%之多。
李嘯打算用延展性與緻密性更好的鋼材,來代替現在這種銅胎鐵芯炮管,這樣炮身重量當可大幅下降,也許,那近50%的下降幅度,是完全可以實現的。
接下來,李嘯向趙傑及三名葡萄牙人,簡介了以下兩種技術。
第一種,是內模水冷技術。
這種技術,是19世紀中期的美國人羅德曼,在南北戰爭時期發明的,故又稱羅德曼法。當時據稱可一舉將炮管壽命提升五倍之多。這種技術又可稱之爲內模可控冷卻技術,或者內模水冷技術。
而這種技術,其實說穿了,也十分簡單,那就是,因爲水冷比氣冷還快,如果要讓鑄好的炮管裡層比外層先冷卻,那就往炮管內灌水,實施水冷就行了。
一般來說,鑄好的紅熱炮管,在靜置時的自然冷卻,是由外往內,原因一是炮管外表面面積比內管大,其二是外面空氣流通比內部快,這樣自然外層比裡層冷的快。但是如果能同時讓炮管裡層冷卻,甚至使之比外層先冷下來,不但可以提升整根炮管的冷卻速度,更可以提高炮管性能。
當然,若是真的傻乎乎地直接往紅熱炮管內注冷水,結果只會讓炮管迅速破裂。實際上的具體做法是,把鑄造炮管時,用來作炮管內模的模具換成空心的,中間加上冷卻水管道,然後往裡面注冷卻水就行了。當然這冷卻水管道必須要作成可循環樣式,譬如說u型管,又或者把水管出口放在炮尾處,從裡面開始注水之類的,這樣才能持續循環冷卻。
看到這裡,可能各位讀者都能感覺到,這樣的炮管冷卻方法,和電腦的cpu水冷十分相象。這種水冷法,唯一的問題是,冷卻速度(也就是水循環速度)還是有講究的,太快冷卻的話內管還是會破裂,當年羅德曼也曾就這個問題進行了反覆的試驗,才最終確定了大致的水冷速度。而現在趙傑他們要採用這種方法的話,也完全可以慢慢實驗,找準技術參數,卻應該不是什麼難事。
而一但採用這種方法,對於趙傑他們來說,最大的好處,便是可以大大降低廢品率。
內模水冷技術,可以保證內外管冷卻速度相同,或者經過實驗與調整,將速度差異控制在安全的範圍下,如此身管就不會因爲冷卻溫度不一致,而產生裂疑與內傷。同時炮身因爲內外緊緻的程度一致,從而更加結實,沒有暗傷,平均壽命可提高近五倍!
也就是說,普通鐵炮只能打600發就要開裂不能再用的話,這種用水冷法制造的火炮,則能打個3000發纔會達到使用壽命。
據羅德曼當年的數據來看,美國人在採用這個水冷降溫技術後,鑄炮的廢品率從70%到80%,竟然降低到了個位數!
這種技術,還有一個十分重要的優點,那就是,可以更方便地鑄造大口徑火炮。
因爲,在鑄造超大口徑炮時,由於口徑越大,則內外冷卻速度差距就越大。因此在自然冷卻的時代,口徑越大的炮鑄造時的廢品率也就越高。而鑄造的價格,也會因此呈可怕的指數性上升。而如果要鑄的火炮大到了一定程度以上,幾乎就是百分之百的失敗率了。
這也是爲何登萊巡撫孫元化,在登州這幾年時間裡,大口徑炮鑄成的極少,而多爲中小型口徑的火炮的原故。
而趙傑他們現在鑄成的10門火炮中,全是隻能打6斤或8斤炮彈的輕型紅夷炮,那種重達3000斤以上的重型紅夷炮,一門都沒造出來。
而現在如果使用內模水冷技術的話,就可以徹底解決這個問題了,李嘯一直想擁有的能打12斤或16斤炮彈的重型火炮,也就可以正式生產出來了。
李嘯向趙傑等人說完這種技術,趙傑及三名葡萄牙人皆是一臉興奮之色,紛紛用紙筆詳細記錄了下來。
李嘯能明顯感覺到,趙傑及一衆工匠看向自已的眼神中,充滿了敬佩之情,與那些鍊鋼工人看自已的眼神十分類似。
接下來,李嘯再向他們介紹第二種火炮炮管強化技術。
這種方法,就是雙層或多層炮管嵌套技術,亦稱身管筒緊技術。與趙傑他們現在正在做的銅胎鐵芯炮,很有些類似之處。但具體的製作方法,卻是很有差別的。
這種方法,則是專門應對防止出現內應力不均勻而在炮管內部產生裂縫的問題。
只不過,孫元化的銅胎鐵芯法,是直接用鐵管作內模,再於外面澆鑄銅管,這樣的話,是沒有辦法制造向內的預應力的,也是這爲何即使僥倖碰到所鑄的炮管沒有裂縫,也往往在試炮時出現炸裂的原因。
19世紀中期時,歐洲出現了一種炮管多層嵌套技術,簡單來說,是在炮管制造時,造一個內管與一個外管,而外管的內徑要比內管外徑小一些,叫做過盈。理論上這樣的內管是不可能塞進外管裡的,但巧妙的地方就在這裡,只要把外管加熱燒到數百度,則由於熱脹冷縮,外管會膨脹,其內徑也會跟着放大,等到他的內徑膨脹到夠大超過內管外徑的時候,就可以把內管套進外管裡。然後等外管冷卻後收縮,自然就會向內箍住內管,提供一個向內的預應力,使內層炮管變得緻密緊湊,大大減少裂縫產生的空間。
而且,這種技術,真正使用起來也十分簡單,只要能把外層炮管燒紅使之膨脹套住溫度相對較低的內管就可以了。
這種炮管多層嵌套技術,隨着年代的發展,出現了很多種不同的鑄造方法,例如說,外管可以不用一個完整的套子,而是用幾個環的方式一一套進來。如果是一端有孔而另一端無的完整套子就稱爲炮套,若是兩端有孔的環的話就叫炮箍。再者,除了內管外管兩層外,需要的話也可以在外管上再套上第三層、第四層管子,以加強特定部位,尤其是承壓力最大的炮膛尾部的耐壓力。
這種層層上套的手段,是這種技術的額外優勢。
衆所皆知,大炮炮管壁一般不會前後一樣厚度,通常是炮口的地方薄,炮尾的地方厚。這是因爲火藥在炮尾爆炸,因此炮尾承受的壓力最高,而炮口承受的壓力最低。如果作成前後一樣粗的話,那麼炮口的管壁厚度,實際上就是不需要的多餘重量。
因此炮管一般會鑄造成前細後粗的樣式,但這樣的話,在鑄造上會較爲複雜。而如果用多層炮管嵌套的話,則可以用同樣粗細的炮管。例如前後一樣粗的2公尺長內管,套上1公尺長的次外管,再套上50公分長的最外管這樣的形式,就可以達成給炮管不同部位,提供相對應的厚度以承受不同壓力,從而大幅降低鑄造難度,並且提升製造速度。
這種技術的典型例子,就是19世紀中期德國的克虜伯大炮,以及英國的阿姆斯特朗大炮,這些引領時代潮流的優良大炮,都是多層嵌套技術的產物。
這種技術,其最大的優點,便是製造上手續簡單,也比較安全方便。在十九世紀中後期的鉅艦大炮時代,戰艦的大口徑主炮,一般都是用這種方式來製造的。
聽完李嘯再介紹完這層多層炮管嵌套技術後,趙傑及各位工匠,都有一大開了眼界的感覺。
李嘯所提供的這些技術,其實真正說起來,也沒什麼特別複雜的地方,爲什麼自已就是想不到呢?
很多時候,技術的瓶頸,其實真的要捅破的話,也就是一層窗戶紙。李嘯提供的這兩項十九世紀纔出現的鑄炮技術,在真正生產的時候,其實並沒有太多的複雜性,而且不受技術基礎限制,並不需要象二十一世紀現代陸軍所用的大炮一樣,使用什麼鎳鉻合金鋼,以用生產現代軍用炮的精密機牀。故而,現在李嘯提供了技術思路與方向後,接下來的試驗,趙傑和葡萄牙人,以及一衆工匠,完全可以就此試驗生產出來。
並且,只要制炮廠做好重點技術的保密工作,那麼這些技術,是不會因爲火炮在戰場上被擄獲而流出去的,也會難以被模仿。
“趙傑,本官要求你們,在我軍鋼材已成功生產的情況下,以後停止試驗銅胎鐵芯炮,全部改爲用鋼材制炮。可同時使用這兩種技術,務必要儘早生產出適合我軍使用的重型火炮出來。”
李嘯用一種殷殷叮囑的語氣,對趙傑等人說道。
“李大人,有你這兩項技術,趙傑我可謂是茅塞頓開啊!您放心吧,我會盡早將成品試產出來,一定包李大人您滿意!”趙傑爽快地回答道。
最後,李嘯與趙傑他們約定,現在已是九月,務必在今年年底前,將火炮製作成功,讓生產工藝成熟。然後,看看到明年三月之時,能至少製出20門可發射12斤鐵彈的重型紅夷炮出來。
趙傑一口應諾,保證達到李嘯的要求。
這時,他彷彿想到了什麼,他眨着眼對李嘯笑道:“李大人,那這新炮造了出來,大人可曾想好給它取個什麼名字?”
李嘯笑了起來,他沉吟了一下,便朗聲道:“古語有話道,迅疾之攻,有如龍擊。以本官看來,就將這新型鋼製火炮,命名爲龍擊炮吧。”
“好,好個龍擊炮,端的有氣勢!”李嘯的這個命名,讓一衆工匠爲之叫好。
隨後,李嘯又與衆人聊了一陣,便離開了火器研製場。
他離開時,令趙傑將已制好的十門銅胎鐵芯炮,全部運往赤鳳衛,以備使用。
而李嘯在返回赤鳳衛後,立刻有軍兵前來稟報,說就在前天,收到了臺灣拓殖集團團長丁佑,送來的飛鴿傳書。
“哦,速速拿來我看。”李嘯下令道。