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试验场边上盖了一件小屋,武备组和安全部的十几个成员挤在里面,季国风站在最前面的黑板旁边,一边画着一边讲着什么。
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他先在黑板上画了两条垂直的坐标轴,给x轴标了个“t”,给y轴标了个“F”,然后从原点开始,画了一条曲线。
这条曲线先是陡峭上升,然后迅下降,降到一半,又开始平缓下降,一直延伸出一道长尾。
“如图所示,这就是火药在枪管中爆炸的全过程,一开始爆炸时力道最大,后来逐渐减小。”
季国风点了点曲线的最高点,接着说:“这个最高点,就是爆炸时的冲击力,决定枪管能不能撑得住和人能不能受得了后坐力的关键。很好理解,火药威力越大、装药越多,这个冲击力就越大,如果过了枪管能承受的限度,就会炸膛。”
“但是呢,推动子弹加的却并非这个冲击力,而是……”季国风用斜线把曲线与x轴之间的部分涂黑,接着说,“而是这个面积,也就是火药爆炸时产生的总冲量。”
台下的听众们纷纷点头表示赞同,这一点学过高中物理就很好理解。
“所以,同样很好理解的是,如果我们能在保证总冲量不变的前提下,让这个曲线更平缓,就能降低击时的冲击力,同时子弹威力不减。这样的好处不用我多说,可以降低枪管壁厚,或者增加装药量。”
“嗯,没错。”听众们很配合,“但是如何让曲线平缓呢?”
季国风点点头,说:“最直接的办法就是降低火药的燃烧度,度越慢冲击越低。当然也不能太慢,否则就没法爆炸了。至于如何降低燃烧度,现代方法是改变火药成分和造粒形态,不过那需要化学工业,跟现在的我们没关系。而近代有个经典方法,那就是颗粒化火药。”
“颗粒火药?”堂下坐着的林小奇怪地问,“我们不是已经在用了吗?”
颗粒火药是黑火药时代的一条著名先进经验。
最初的黑火药,是硫磺、硝石、木炭三种粉末简单混合而成,由于是物理混合而非化合物,所以在运输过程中随着不断的颠簸三组分会不断分离,导致运上战场的火药失去最佳配比,威力大大降低。
而颗粒火药,就是把黑火药加水混合,搅成面团一样,然后铺开晾干研细,就形成了一个个的小颗粒,组分不易分离,威力要比粉末火药强得多。
这么一条著名而又简单的经验,自然一开始就被东海商社用上了。
不过事情似乎没那么简单,季国风微微一笑,接着说:“没错,颗粒火药我们已经在用了。但是颗粒火药为什么比粉末火药强,真的只是组分不易分离那么简单吗?”
众人伸长了脖子,季国风见吊起了胃口,感觉很满意:“当然不是。我们知道,一个物体的面积与他的尺寸成二次方关系,而体积与尺寸成三次方关系。所以尺寸越大,它的面积与体积的比值就越小。颗粒火药也是这个道理,从粉末变成颗粒,总表面积就大大减少了,因此点燃后燃烧度就会大大降低,在冲击力相同的条件下,全冲量大幅增大,所以颗粒火药即使比新鲜制成的粉末火药,也要强得多。”
“哦……”听众们一副恍然大悟的样子。
“所以,这就是我们现在能做的事。”季国风总结说,“虽然都是黑火药,但通过调节颗粒大小,也就能调节燃烧度,进而调整爆炸时的冲击力,从而做出远远优于原始火药的颗粒火药。”
这总算说清楚课题了。于是一群人开始设计起实验流程来,不过很快又遇到了一个问题:他们现在没有力学仪器,该如何测量最大冲击力呢?
这么一个简单的问题就难住了这帮人,一群臭皮匠抓耳挠腮开始思索替代方法,最后想出了一个不是办法的办法:制作一批小木筒,少量装药爆破,根据破坏程度估算冲击力。
此后这些人分工合作,有的人制作木筒,有的人运来材料,有的人制作颗粒火药,有的人拿筛子筛选出不同的粒度,有的人进行测试……
经过一个多月的实验,他们得出了结论。颗粒越大燃烧越慢,但也并不是越大越好,过大之后燃烧太慢,反而会影响威力。最终,他们筛选出两种等级的颗粒火药,一种小颗粒,用于枪药,而另一种颗粒更大,用于炮药。
这过程中,还有一些意外收获。他们一开始尝试着把颗粒尽可能做大,但是黑火药之间的粘结力无法制成过大的颗粒,稍一晃动就碎了。于是就有人试着用浆糊做黏合剂,没想到这样子做出的火药居然大大降低了燃!
这下子他们可就产生了兴趣,分析一下应该是淀粉的作用,于是在此基础上多次进行改进实验。先是根据化学反应式,适量减少了木炭的用量,果然效果要好一些。后是嫌现在的浆糊杂质太多,又做不出纯淀粉,就试着用白糖替代一下,结果效果大大好于预期。
多番折腾之后,他们得到了一种相当优秀的炮用火药。可惜白糖太贵,用在现在的小炮上效果也不太明显,于是就暂时搁置下来,只做个技术储备。
改进后的枪药相对于现在使用的颗粒火药略有提升,但不显著,在冲击力相当的情况下,可以多装1o-15%的火药。武备组经过讨论,决定暂时不改变火枪的设计和标准装药量,新枪药的应用相当于提升了火枪的耐久度。
而炮药的改进则明显得多,膛压明显降低,差不多可以多装3o-5o%的火药。不过装药量的提升直接的效果是提升了炮弹的初,而高初则会快衰减。经安全部测试,增加3o%装药后,虎威炮在1oom的距离上对厚木板的穿深增加了23%,而在2oom的距离上只增加了15%。于是安全部和武备组商议后,决定改进火炮的设计,减少壁厚,制造更轻便或者口径更大的火炮。
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