第721章 格致攻坚,蒸汽动力研发启幕(2/2)
双缸蒸汽机的曲轴转速需精准控制,若转速过快,易导致齿轮磨损;过慢则动力不足。阿吉指着示意图中的曲轴,臣建议采用三级减速齿轮组,将蒸汽机转速从每分钟300转降至船舶螺旋桨所需的每分钟50转,既保证动力,又延长零件寿命。
他还提出在传动系统中加入缓冲轴承,减少船舶颠簸对齿轮的冲击。澳洲铁矿运输车辆常因颠簸导致齿轮断裂,臣曾设计缓冲结构解决此问题,可移植至船舶传动系统。
核心成员:托姆——金属材料的锻造者
托姆是工部最资深的铁匠,出身铁匠世家,擅长百炼精铁锻造。蒸汽机的气缸、活塞需耐受高温高压,普通铁器易变形开裂,材料问题是研发的关键瓶颈,托姆的任务便是攻克这一难题。
蒸汽机气缸需承受150℃高温与十斤气压,普通精铁在如此环境下三日便会变形。托姆在会议上展示一块变形的铁锭,臣计划采用百炼叠锻法——将精铁反复锻打百次,每层掺入少量镍矿(从欧洲贸易所得),提升铁器耐高温与抗压性能。
他承诺半月内锻造出首批试验用气缸:工部已特批百吨优质铁矿,臣将亲自督造,确保每块铁器都达千锤百炼之质。
核心成员:郭守敬——动力测算的
郭守敬是格致学院的水利与力学学者,擅长流体力学与动力测算,负责计算蒸汽船所需动力、船体吃水深度、螺旋桨尺寸等关键数据。
经测算,一艘千石级蒸汽船,需蒸汽机输出功率达50马力,方可实现每小时10里的航速。郭守敬展示测算报表,双缸蒸汽机按宋院正构想,输出功率可达60马力,满足航速需求;船体设计需采用流线型船身,减少水阻,较传统帆船水阻降低30%。
他还提出在船尾安装螺旋桨推进器,替代传统船桨:螺旋桨推进效率是船桨的两倍,且操控更灵活,适合蒸汽船动力系统。
攻坚启幕:封闭研发,剑指核心突破
研发院的熔炉彻夜燃烧,锤击声、金属摩擦声交织成攻坚的序曲。团队进入封闭研发状态,各司其职,向着半年突破蒸汽机核心的目标冲刺。
宋应星的实验室里,他正带领学徒调试双缸蒸汽机模型。模型由黄铜打造,两个小巧的气缸通过曲轴连接,下方连接着小型锅炉。点火!随着宋应星一声令下,学徒点燃锅炉,蒸汽缓缓注入气缸。只见曲轴开始转动,转速均匀,无明显卡顿——双缸交替做功的构想初步验证成功。
动力输出稳定!学徒兴奋地喊道,手中的转速表显示模型转速达每分钟200转,远超单缸模型的100转。宋应星却眉头微蹙:模型成功不代表实物可行,需等托姆的百炼精铁气缸制成,方可进行实物测试。
隔壁的锻造工坊内,托姆正赤着上身,挥锤锻打铁锭。熔炉内火光熊熊,铁锭被烧至通红,托姆抡起三十斤重锤,每锤都精准落在铁锭中央,火星四溅。一锤定形,二锤致密,三锤耐高温......他口中念着锻造口诀,身后的学徒们按节奏递料、翻面,一块块铁锭在反复锻打下逐渐成型。
阿吉则在绘图室里绘制传动系统图纸。他对照双缸蒸汽机模型,细化齿轮、曲轴的尺寸与咬合角度,图纸上的齿轮组如精密的钟表零件,每一个齿距都标注精确到毫米。传动系统是蒸汽机与船体的桥梁,半点差错都可能导致功亏一篑。他一边绘图,一边对助手道,手中的炭笔不停舞动。
郭守敬的测算工作也在同步推进。他带着学徒在试验水池中测试不同形状的船体模型,记录水阻数据;同时计算螺旋桨的叶片角度与直径,确保推进效率最大化。螺旋桨直径需三尺,叶片角度15度,方可匹配50马力动力。他在测算本上写下结论,眼中满是笃定。
研发启动半月后,托姆成功锻造出首批百炼精铁气缸。当沉甸甸的气缸被运至宋应星的实验室时,整个团队都围了上来——气缸内壁光滑如镜,敲击声清脆悦耳,无一丝杂音。此等精铁,足以承受高温高压。托姆自豪地说。
宋应星抚摸着气缸,眼中闪过期待:明日便开始组装实物蒸汽机,成败在此一举!
锋芒初露,静待动力破局
天启三十八年夏,研发院的试验场里,一台两米高的双缸蒸汽机矗立在中央——这是团队半月来的心血结晶。蒸汽机的两个百炼精铁气缸呈90度排列,连接着曲轴与飞轮,下方是硕大的锅炉,管道交错,透着工业时代的厚重感。
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宋应星、阿吉、托姆、郭守敬站在蒸汽机前,神色凝重。注水,点火!宋应星一声令下,学徒们有条不紊地操作:向锅炉注水,点燃煤炭,关闭阀门。锅炉内的水逐渐沸腾,蒸汽压力不断上升,压力表指针缓缓跳动。
压力达标!学徒喊道。
宋应星深吸一口气,打开蒸汽阀门——只见飞轮缓缓转动,转速逐渐加快,从每分钟50转升至150转,最终稳定在200转。蒸汽机运行平稳,无明显震动,气缸外壁仅微微发热。
成功了!阿吉激动地喊道,团队成员纷纷欢呼,相拥在一起。托姆看着运转的蒸汽机,眼眶泛红:百炼精铁未负所托!
郭守敬上前查看功率计:输出功率达55马力,超出预期!足以驱动千石级船舶!
宋应星却冷静地抬手示意安静:蒸汽机核心突破只是第一步,接下来需与船体、传动系统整合。我们离致远号首航,还有半年路程。
他的目光望向研发院外的河流,仿佛已看到一艘蒸汽船扬帆起航,冲破季风的束缚,穿梭于全球航线之上。而此刻,团队已迈出最关键的一步——蒸汽机核心技术的突破,为蒸汽船研发奠定了坚实基础。
接下来的半年,研发将聚焦蒸汽机与船体的适配、传动系统的调试、螺旋桨的安装。一场更艰巨的整合攻坚,即将在研发院展开,而致远号的轮廓,也在团队的图纸上,逐渐清晰。
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