一三九 拿破仑炮
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19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，而把具有韧性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，不敢看李治。李治却两眼放光的看着他，日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，12磅拿破仑炮自重1227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11.7厘米，长1.34米，装药2.5磅（1.1公斤），球形弹头重5.5公斤，初速438米每秒，5度射程为1480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性能和蒸汽机性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528千焦耳。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14升，一公斤火药的爆容是280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11.7厘米，如果炮膛的厚度只有1厘米，那么它必须有大概380MPa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12磅炮大很多，一方面是因为炸药更猛，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。但是为了使炸药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，那炮弹从炸药气体得到的动能也会变小，炮弹初速变小，射程也变小了。所以现代火炮的身管比，大概在50甚至70以上，远远超过了19世纪中期的10左右。 灰铸铁的抗拉强度极低，只有69到150MPa左右，而且它的性质太脆，很容易炸膛。因此更重的青铜，尤其是韧性好，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，青铜的耐磨性可是相当优异的。 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，11.7厘米的也只需要2.2厘米就行。最低的重量也可以减轻到110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10.5厘米，长160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140公斤。它的装药1公斤，炮弹使用铸铁，重5公斤，初速和射程，都应当不少于拿破仑12磅炮，至少可以达到1500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12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射时，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！