第45章 火炮設計(本章含大量數據,跳過不影響劇情)

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  「巴迪斯,亞索呢?」阿方斯把現在那兒指揮的巴迪斯拉過來問道。

  「在樓上設計室,他又有了什麼新主意,把我們折騰了兩次,結果還是定不下模具的設計。」巴迪斯無奈的指著樓上道:「我們現在也不是在準備鑄樣炮,而是把剛做好的石膏模具又給拆了,還好管徑沒改變,要不然我們的陶瓷管子也白做了。」

  「那正好,蒙巴頓。」阿方斯對著旁邊的蒙巴頓喊道:「馬上去給我做一個模具,還有把上次給我們做玻璃管的老頭找來,我需要他幫我們澆鑄一批大塊的平面玻璃。」

  「呃…是。」對於阿方斯的交代,發現自己無所事事的蒙巴頓連忙領命而去,去做新模具,可不比在這兒瞎折騰拆模具來的強?

  「走,我們上樓上看看。」阿方斯拉著巴迪斯一塊上樓上去,畢竟巴迪斯還可以從實用角度上給他們建議,而不是任由他們自己紙上談兵。

  「亞索,你在弄什麼?」阿方斯推開設計室的門,正發現亞索把廢紙扔的一地都是,鬍子也亂糟糟的,趴在桌子上不知道鬼畫符什麼東西。

  「阿方斯,你來了?剛好,過來給我個主意!」亞索一看到阿方斯,就把他拉了過來,推到桌子前道:「前幾天我兒子給我來信了,他老婆懷孕了!你知道嗎?我在想一個禮物。」

  「什麼禮物?」阿方斯翻了翻白眼,敢情這貨在忙這個?

  「我要以他的名字鑄造一門永垂青史的大炮!名字我都想好了,維里阿修斯!以葡萄牙的名義,成為不朽的存在!」亞索大聲道:「我想了想你說的克里斯大炮,發現它並不完美,現在我想到兩個方向。」

  「怎麼說?」阿方斯這才有了興趣,把他在桌子上的圖紙拿起來看,卻發現根本看不懂這鬼畫符…

  「第一種,如維里阿修斯那般,把炮管做的更長,我們上一次的火炮比正常的火炮威力更大,火藥加的多是一方面,可它足夠長也是一個優勢;

  我好好計算了一下,可以把克里斯大炮加長一倍口徑,它會比正常的18磅炮威力更大,我是說,在370法尋(600米)外就可以打穿商船的船殼。」亞索手舞足蹈的說道:

  「還有另一種方式,縮短一些,只需要跟12磅炮那麼長(2.9m),把省下來的重量再加強到炮管上,把火藥量裝到1.5倍,連第一門樣炮都承受得了的火藥量,這門火炮也一定可以,而且威力依舊足以在370法尋(600米)外打穿商船的船殼。」

  「說到這個,亞索,你認為我們的克里斯大炮需要多大的空間,才能在船上騰挪作戰?」阿方斯問道。

  「嗯…後坐力的話,起碼要預留一尋半(2米)的後撤距離,火炮本身也有兩法尋(3.2米)的長度,就算斜著放,起碼也要三法尋(4.5米)的空間才足夠。」亞索回道。

  「那不行,必須更短,我只為後坐力預留一法尋(1.624米)的後撤距離,火炮也必須縮短,總的騰挪距離必須控制在兩法尋半(4米)以內。」阿方斯回道,商船本來空間就不大,但讓他買幾條蓋倫船來折騰,他是真的虧不起,所以只能把有限的空間壓縮在火炮身上。

  「你要縮短後坐力距離,就必須用你最原始的炮車設計,讓它往斜向上的地方去,這樣後退長度可以比一法尋(1.624米)長一些,同時又能減少後坐力,一法尋(1.624米)的距離就足以夠用。」亞索撓了撓頭皮繼續道:「可是火炮如果縮短太多,它的威力也會下降的,除非,你給我把炮管做成直的才行。」

  阿方斯當然知道把炮管做直的好處,問題是這根本是個偽命題,可控的傾斜有時候比直管的偏差更小!但亞索就死咬著這個氣密性的問題跟阿方斯扯皮,讓他著實一個頭兩個大,不得不又看向了巴迪斯,看看他有沒有什麼建設性的建議。

  「如果把炮管做的足夠短,其實是可以做成直管的沒錯吧?」巴迪斯想了想開口道:「鑄造速射炮的時候,我們可是鑄出了一尋半的直管,我相信把口徑放大到16磅,起碼能有辦法作出兩尋的直管吧?」

  「可是鐵管是沒辦法給鐵炮當模具用的,再說了,我們還面臨著另一個問題,那就是我們做的鐵管是作為陶瓷的模具,所以他的口徑大概只有12磅炮那麼大,做成兩尋的直管依舊存在很大的難題。」阿方斯回道。

  「不不不,阿方斯,巴迪斯的提議讓我想到了一個更妙的主意。」亞索一拍大腿道:「我們已經有一尋半的6磅口徑直管了,用它來做模具,給它套上陶土,作出一根一尋半的管子,再撤出一部分,我們接著延伸出3法尺(0.97米),這就變成8法尺的陶瓷管子了;

  我們讓陶瓷工人來封口,燒結,然後用它做模具澆鑄鐵管,這不就可以澆鑄出一根耐用的長鐵管了?」亞索高興的大聲道:「然後用長鐵管做模具來燒制我們模具瓷管!這樣依靠陶土模具的話,我們別說8法尺的管子,兩法尋也不難!」

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  「這倒是個好辦法!」阿方斯沒想到兜兜轉轉,竟然還把直管的問題給解決了!雖然3.3米的直管在剛度上要求過高,但想來3米的難度應該還是可以想辦法克服的,不過,阿方斯目前就想達到2.5米…

  「如果把炮管做成直的,我們可以把炮管做到多短?」阿方斯問道。

  「呃…」亞索有些無語阿方斯迫不及待壓縮火炮的威力,但還是拿起了紙筆計算了起來,不止是他,阿方斯也乾脆拿過紙筆自己計算了起來。

  據阿方斯以前了解的一些歷史性文獻,以及亞索、巴迪斯眾人給他普及的一些沒有確切數據的威力表達,阿方斯依舊可以大致認為:目前的標準18磅炮初速為220m/秒,

  套取動能公式:

  Ek=(mv^2)/2

  炮彈初速220m/秒,射程1200m

  加速度a=-20m/秒

  所以100m射程的炮彈動能在18wj左右,可以擊穿27.4cm的木板;

  200m射程的炮彈動能在16.4wj左右,可以擊穿25cm的木板;

  300m射程的炮彈動能在14.7wj左右,可以擊穿22.4cm的木板;

  400m能擊穿20.2cm的木板;

  500m也還能擊穿18cm的木板;

  要想新的火炮不比現有的18磅火炮威力更差,那起碼火炮初速問題就必須只高不低。

  但亞索所言不錯,越長的炮身管可以提供更長的加速度時間,要想維持炮彈初速,那就不得不提供更高的加速度,而這只能是通過增加氣密性跟更多的火藥量。

  首先由於改用燧發機,而且接下來確定用直身管,所以口徑從13.3cm縮小到13cm的16磅火炮的氣密性要比普通的火炮提高20%左右,也就是說,原來的火藥利用率是80%,現在大概會提高到84%;

  換算過來,也意味著同樣的藥裝量,16磅炮可以比18磅炮的身管短1/20,當前18磅火炮總長3.1m,去掉15cm尾鈕跟15cm的炮管底部厚度,實際身管長應該是2.8米,1/20就僅僅14cm,幾乎是一倍的口徑。

  而這還遠遠達不到阿方斯的需求,所以他需要更高的裝藥量,以目前的樣炮來看,起碼經過炮身自緊後,以樣炮的數據1.2倍的裝藥量是沒問題的,那就是達到現有火炮100.8%的火藥利用率。那這意味著比現有火炮提高了26%的威力,同樣的,也可以考慮縮短26%的管身,也就是2.1米的炮身長度就夠用了!

  如此,阿方斯就自己給新火炮定下了一個數據:口徑12.8cm,底部厚度加強到16cm,炮管身2.24m,總長度達到2.4m,另外按克里斯大炮的漸縮型設計,還有喇叭口,當然最細的地方也提高到8cm。

  畢竟1.2倍裝藥量的膛壓總需要更多的加強。而且經過計算,這個圓台體加球缺的火炮身管僅僅1764kg,就算加強炮管鰭梁跟炮耳,也不會超過1900kg,也就是說,它最多只有4200磅的重量。

  當然,在阿方斯看來,依舊不那麼完美,因為雖然比原來的克里斯大炮僅僅重了600磅,但身管的縮短也非常的明顯,於是他又開始琢磨是否要把圓台型身管進行瘦身!

  想了想,首先鰭梁就被阿方斯省掉了,畢竟選擇最初的炮車設計的話,鰭梁完全沒有意義,然後由於氣密性的問題,膛壓主要被底部承受,過粗的前管除了給配平帶來困難外,並沒有太多的實際意義;

  所以他又把管身的前面一半平均削掉3cm,把裂縫線作出弧度來過渡,整個火炮的重量就此下降到1550kg左右,也就是3400磅的重量;

  如此一來,不但下降0.8米的火炮長度跟200磅重量,還讓這門火炮把所有的重量融聚在強度上,1.2倍裝藥量、比預定2.1m還多出一倍口徑的長度,這門火炮依舊具備原本克里斯大炮的火炮威力!

  見阿方斯率先龍飛鳳舞的新的火炮參數計算出來,並且畫了個模型,巴迪斯便過來參觀了一下,雖然他對於阿方斯寫的動能公式跟加速度公式根本看不懂,但不妨礙他明白這是在計算火炮的威力;

  而既然用參數計算出威力後,阿方斯計算的火藥參數跟火炮管徑出來後,他自然也看出阿方斯還把極限數據又增加一倍身徑並為炮身再加厚了1cm!

  「如果你沒有計算錯誤的話,這門火炮應該比我們原來的樣炮的威力還要提高20%,炮座也加粗了一英寸,重量卻僅僅增加到3400磅,還一次性把身管縮短了四分之一。」巴迪斯看著阿方斯的稿紙道:「這一定是最可怕的艦炮!」

  「我看看!」亞索丟下自己還沒搞完的計算,匆匆過來把阿方斯的稿紙拿了過去,稍稍看了一下參數,他就一下子讚嘆起來:「漂亮!這個計算是怎麼算出來的?炮管現在只有不到8法尺(2.4米),加上炮車不到一法尋(1.5米),我們可以在12法尺(3.9米)甚至更短的距離騰挪開來。」

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  「該死!」阿方斯這才發現自己一直感覺不對的地方在哪裡了,這可是前裝炮,還得亢留空間用於清理炮膛跟裝填彈藥,所以炮車根本不能傾斜,不然自動復位的火炮會給裝填帶來極大的麻煩!

  不過,阿方斯又想到了一個新的主意,拿起另一張紙開始算了起來。

  首先按照標準18磅炮2.9m身長加速後獲得220m/s的速度,那麼炮彈加速時間為:

  2.9÷1/2(220-0)=0.026s,

  加速度是:

  220÷0.026=8461.54m/s2,

  新的16磅炮獲得26%的加速度的提升,那麼加速度是.5m/s2,加速時間則是:

  T=0.0198秒

  火炮初速就是:

  .5X0.0198=226.4m/s,

  加速度a=-20m/秒

  所以100m射程的炮彈動能在19.1wj左右,可以擊穿29.1cm的木板;

  200m射程的炮彈動能在17.4wj左右,可以擊穿26.5cm的木板;

  300m射程的炮彈動能在15.8wj左右,可以擊穿24cm的木板;

  400m能擊穿21.6cm的木板;

  500m也還能擊穿19.3cm的木板;

  對於一些普通商船來說,這也足夠擊穿他們的船殼薄弱位置了!

  但威力大了,也就意味著後坐力也變大了:常規的標準18磅炮有1/5威力泄露,是以火藥提供的實際初速應為275m/秒。

  由於炮彈作用力與炮車作用力守恆

  mv0=Mv1,則:

  v1=18X275/4600=1.08m/秒

  炮管長度2.9m,

  炮彈加速時間為0.026秒

  則炮車加速度為:

  a=1.08÷0.026=41.5m/S2

  其動能為:

  F=ma=2088.4X41.5m/S2=.6N

  其後坐力噸位:

  g=.6÷9.8=8843kg

  而16磅炮的火藥利用率是84%,是以火藥提供的初速應為270m/秒。

  由於炮彈作用力與炮車作用力守恆

  mv0=Mv1,則:

  v1=18X270/5200=0.935m/秒

  炮彈加速時間為0.0198秒

  則炮車加速度為:

  a=0.935÷0.0198=47.2m/S2

  其動能為:

  F=ma=1550X47.2m/S2=.3N

  其後坐力噸位:

  g=.3÷9.8=7466kg

  計算起來,實際上要比原設計的克里斯大炮要多上200kg的後坐力。

  但畢竟克里斯大炮只是紙面數據,而這門火炮的紙面數據依舊比現有的18磅炮要漂亮得多:

  首先同距離穿深要提高1.5cm,換句話說就是50m的射距差,對方必須夠到400m才能打動自己,而450m外自己就打穿敵人了!

  其次是下降了1/4的後坐力,對方可以裝四門炮的承載力,自己就可以裝上五門炮,那麼在同噸位下,自己投放的火力就比對方多1/4!

  再然後是射速,相較於3.1m的標準18磅炮,這門新火炮僅僅是2.4m的總長度,下降1/5,那也就是比敵人節約了1/5的裝填時間,而裝填時間占了總發射間隔的一半,那也就是提高了1/10的射速!

  緊接著是重量下降帶來的便利,僅僅是3400磅重的16磅炮比標準的4600磅減輕了1200磅,這意味著節約了最少2個人拉縴火炮,原本每兩門火炮需要一位炮長、兩個主炮手、一個火藥童、一個裝填手跟八個拉縴水手,一共是13個人,現在僅僅需要11個人就可以操作2門火炮,又提高了1/6的人手便利。

  最後則是空間的便利。阿方斯雖然還不確定這個後坐力到底能讓火炮後退多遠,但是他想過更簡單的,就是把滑動的上炮座直接放在固定的滑軌上面去;首先滑軌的固定就意味著哪怕炮窗讓人炸了,那就是炮管飛了,炮車也還留在那裡,減少了對船體平衡的破壞。

  接著固定滑軌就可以從火炮推到炮窗最前面,就是一次性有個2米的後坐力,實際上算是炮座,整個炮台也僅僅在炮窗三米內活動;加上炮管就2.4米,0.6米空檔足以讓火藥童清理炮管殘渣了,也就是說,僅僅需要3米的滑軌跟最多一米的過道,這門火炮就可以靈活使用,這比其他火炮節約了1/5以上空間!

  再算上此前就固定配置的燧發機帶來的3秒提速跟10%的精準度加成、角度調節器帶來的10%精準度加成,這樣更加精確的設計後,這一門火炮從技術參數上,就比標準18磅炮降低了25%後坐力、提高了20%精度、15%射速、17%人手節約跟20%以上的空間節約!

  綜合而言,一條350噸的武裝商船可以滿裝19門標準18磅炮,在一個小時內投放420發炮彈,命中率2%計算,命中8.4發。

  而同樣一艘350噸的武裝商船可以滿裝22門16磅炮,在一個小時內投放556發炮彈,命中率2.4%,共可命中13.3發!

  也就是說,同樣的船,在滿裝並戰列線對射的情況下,16磅炮會以高出60%的命中率壓倒性擊敗對方!樂觀點看,這樣的2門16磅炮完全等同3門標準的18磅炮!

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