第十節蒸汽炮

歸豹他們，包括歸章、章通等人都對此感到很奇怪。小理適合作戰的時間是5月到8月，可是他們從4月等到7月底了，楚軍還是沒有動靜。不少人緊張的神經開始有點疲憊，欒元甚至提出楚國可能不想為去年的戰敗報仇了。

和薳書、養敖商量后，歸豹決定還是集中起1000人的隊伍，攜帶脫粒機等設備去蓼城周圍收割糧食。這其中200人就是原計劃的誘敵部隊，但改由養錡代替養敖率領。其他800步卒將首先充當農民。

姜海濤也對楚軍的按兵不動感到意外，而且心情開始有點煩躁。在自己的鼓動下，歸豹、養敖他們作了那麼多準備工作，現在卻有可能是白忙活。從這點來說，他有點希望楚軍早點來，既給個結果，也能證明自己的那些設計很厲害。另一方面，他又擔心自己的計劃中有什麼紕漏，結果來個城破人亡。

在這種心態下，姜海濤又開始琢磨起「新武器」。鋼鐵、火藥都還無從下嘴，那刀槍劍戟、火炮鳥槍自然也就沒戲。還能發明什麼呢？這時一個偶然的機會讓他把目光轉向了高壓鍋。

那東西本來是為改善飲食設計的，但蒸汽機作為工業革命的標誌，姜海濤當然不可能忘記。利用高壓鍋里的蒸汽造一台蒸汽機，姜海濤以前曾經想到過，但立馬就放棄了。蒸汽機裡面到底是什麼結構？好像有什麼汽缸、氣門之類的，自己可沒有清晰的記憶。而且就算他當時琢磨出裡面的結構，還要面臨怎麼造的問題。連造兵器的銅都不夠，哪有材料造這沒譜的大傢伙？所以姜海濤當時沒有再考慮下去。

現在銅的來源正在恢復和增加，姜海濤覺得可以重新想一想了。可是他馬上就發現有一個重要問題自己還是無法解決：如何讓蒸汽推動活塞持續運動。這恐怕得像汽車發動機一樣，有一些放汽、排汽的閥門，讓蒸氣輪流進入汽缸的兩側，或者是兩個汽缸。嗯，想一想都有點頭疼。至於怎樣把活塞來回的往複運動變成轉動，應該沒多大問題。磨床上的連桿傳動機構已經用了一段時間，工匠們已經積累不少經驗。把木製的連桿、飛輪換成青銅的，大概就可以實現。

往複結構的蒸汽機結構太複雜，於是姜海濤又想到了蒸汽輪機。可是再仔細一想，那玩意肯定是在往複式蒸汽機的後面發明的，技術難度恐怕更大。別的不說，蒸汽吹出來的速度就應該很快才行吧？

蒸汽輪機讓姜海濤突然產生了靈感，把高壓鍋的發展方向從蒸汽機轉向了更像武器的另外一個東西——蒸汽砲。

用石字旁的「砲」，是因為它暫時只能發射石頭造的彈。而且火字旁的「炮」，肯定要留給今後用火藥的武器當名字。那玩意肯定是要搞的，雖然現在還無從下口。

蒸汽砲的具體結構，姜海濤首先想到的是造一根銅管，後面和高壓鍋連著，中間一個閥門。

他簡單算了算：現在高壓鍋里的內部壓力都在2個大氣壓左右，和外界相比，就是壓強高1公斤/平方厘米；如果這根銅管內徑10厘米，那也只有78公斤推力，和踏張弩的拉力差不多；1米長的炮管，可以讓蒸汽提供7**焦耳的能量，接近砲弩了；這些能量如果全部用來推石彈，1公斤的，可以讓它達到39米/秒的速度，理論最大射程155米；再像弩那樣，考慮能量利用效率，如果是50%，可以讓石彈飛出78米。小理

這個結果看起來還不錯，但蒸汽能量的利用效率能達到50%嗎？姜海濤沒有多大把握。他感覺應該比弩、弓的能量利用效率高。因為除了砲彈吸收後轉化為動能的能量，剩下的大概只有蒸汽的動能，而這裡蒸汽的重量，肯定要比弓弦、弓臂輕得多，所以浪費的能量肯定更少。不過就算效率能到50%，78米的射程也不算遠，換成2公斤石彈就只能飛39米了。

看來有必要提高蒸汽砲里的推力，或者它的長度。增加砲管里的推力，一是增大高壓鍋里的壓強，二是加大砲管的口徑。這就好比後世的39倍口徑身管105毫米榴彈炮，對52倍口徑身管155毫米榴彈炮。

讓高壓鍋增壓，效果應該更好。現在這些高壓鍋的壁厚都有1厘米，根據試驗得到的青銅抗拉強度數值，理論上能承受100個大氣壓的內部壓力。考慮安全余量，也應該能承受10個大氣壓吧？

姜海濤從來沒試過把高壓鍋燒到那麼高，於是他立刻調了一台進行試驗。

燒水前，他還在高壓鍋外貼了一個壓針式溫度計，打算測量一下水溫，但很快就發現這樣得到的數值很不準確，因為鍋壁的溫度要比水溫高多了。在沒有放任何安全閥的情況下，鍋蓋上的小眼裡嗤嗤地冒蒸汽時，溫度計上的溫度就已經達到了150℃。對於姜海濤來說，水溫並不重要，於是他拆下了這個溫度計，放上標準小銅帽後繼續燒水。

在0.2公斤的小銅帽被頂起，也就是鍋內壓力比外面高1個大氣壓后，他們給三個安全閥都換上了特製的0.3公斤小銅帽。等到它們被頂起時，表明鍋內壓力已經達到了2.5個大氣壓，比外面高1.5倍。隨後是換0.4公斤小銅帽，鍋內蒸汽壓力繼續上升，但速度慢了下來。好不容易到了0.8公斤的銅帽被頂起，表明鍋內壓力已經超過外面4個大氣壓了，時間已經又過去一個多小時。

雖然高壓鍋還沒出現什麼問題，但好幾個理由促使姜海濤放棄了繼續升溫的打算。

第一是加熱時間太長，在戰場上不現實。第二是現在繼續升溫太慢了，應該是因為鍋體本身已經很熱，向外散熱太快。負責照看柴火、監視安全閥的兩名工匠都熱得大汗淋漓，過幾分鐘就得換人。姜海濤決定今後給這高壓鍋的四周包一個保溫層，然後再試一試。這也提醒他，應該給現在的高壓鍋都加一圈保溫層，以節省燃料。保溫材料，可以和壘築爐窯的材料一樣。

按照現在這個高壓鍋的壓力，每平方厘米已經有4公斤。放到100毫米口徑的蒸汽砲里，就有314公斤推力，可以把射程提高到先前的4倍，也就是314米。

井和豫聽到這個結果后，都感覺難以置信。姜海濤也對這有點懷疑。小理到底能不能射那麼遠，只能造個砲管試看看。這時姜海濤遇到了一個難題——閥門。

把高壓鍋里的蒸汽放到汽缸里，速度肯定不能慢。像排汽閥那樣的小眼，嗤嗤冒出的蒸汽雖然也很厲害，但顯然不可能在砲管里產生314公斤的推力。開個大閥門口，又面臨如何密封的問題。

姜海濤首先想到的是自來水龍頭上的那種開關。可那是球形或圓形的，裡面的具體結構他也不了解。似乎有一個球形的東西在裡面，中間穿了一孔，順過來后水就能流，橫過來后水就斷了。裡面應該還有墊圈之類的密封件。現在要造一個球形的東西，還要封到另外一個東西里，表面光滑得不漏汽。嗯，想想都很困難。

然後是風箱上的活門，翻轉著開關。不過活門是方的，這裡難道要造一個方形的閥門？在小區、廠區里見過的鍋爐，還有通水蒸汽的暖氣片，上面的閥門可都是圓的，為什麼沒有方的呢？這方的圓的有什麼關係嗎？姜海濤想不明白，決定先直接設想一個方形的閥門：管道內一個翻板，有一根軸穿到外面，外面一根槓桿。翻板平時橫在管道里，擋住蒸汽；轉一個直角后，就可以讓蒸汽通過。這根軸顯然在中心最合適，可以讓開關的力最小。這時姜海濤感覺到，工程師們把閥門設計成圓的，大概就是為了中間的翻板，因為圓形的似乎好加工一點。閥門的口徑，他定在了120毫米，比砲管口徑的100毫米大一點。因為翻板自己就有10毫米的厚度，就算閥門完全打開時也會擋住中間的位置，因此要想讓蒸汽順利流動，這裡的孔徑必須稍大一點。

這個閥門要盡量避免蒸汽泄露，還得考慮如何鑄造，所以姜海濤和工匠們在細節上要費不少功夫。

首先，閥門得分成兩部分，否則無法把翻板、軸弄進去。於是姜海濤把閥門設計成前後兩段，之間有半圓形的軸孔，鑄造在一體的翻板、轉軸、槓桿會放到這裡，然後兩段拼合。兩段拼合處的外面都有一圈凸出邊，磨平了，中間有一圈溝槽放皮革條，像高壓鍋的鍋蓋一樣，然後用青銅夾夾緊。青銅夾是u形的，裡面比兩個凸起相疊后的厚度要小一點，必須用鎚子敲下去，這樣就能保證緊密。

這種凸出邊和銅夾，也將是蒸汽管道之間的連接方式。姜海濤回憶起這東西好像叫什麼「法蘭」，是用螺栓連接兩段管子。想到這裡時，他想了想自己能不能造螺栓，可發現螺紋的精度要求太高，現在很難達到。

整個閥門的鑄造難度不大，因為春秋人已經掌握了多種鑄造工藝。用比較費時的失蠟法，還有合鑄法都可以完成這個青銅閥門的鑄造。磨平法蘭之間的結合面也不算多困難，因為它們也就相當於一個直徑15厘米的高壓鍋。可是閥門中間那個翻板和閥門內壁的接合面，就有些難度，很費時間了。工匠們利用卡尺仔細測量、修整蠟模，打磨翻板的邊緣和閥門的內壁，費了不少工夫，但這個閥門在第一次盛水試驗中還是出現了滴水現象。而且這個現象不僅出現在翻板周圍，還出現在轉軸孔那裡。

姜海濤對軸孔又改進了一下：在孔上開了兩圈溝槽，軸上則套了兩個皮圈，正好嵌到溝槽里。小理這雖然增加了一些旋轉阻力，還有磨製的工作量，但軸孔那裡基本不滴水了。翻板和閥門之間的縫隙，也採用皮圈進行了加強。那裡也是閥門前後段的結合處，所以皮圈被夾在那裡，固定在閥門內壁上，翻板橫過來后可以與它緊緊貼合。

這第一個閥門被固定到一個新造的鍋蓋上。它和普通鍋蓋相比多了一個弧形的彎管，在鍋頂上形成一個48度的介面，閥門就被夾在這個介面上。

可是在第一次試驗中，高壓鍋的壓力沒能升到預定的5個大氣壓，因為剛到3個大氣壓，閥門上就開始漏汽了。雖然漏出的汽看起來不多，但高壓鍋本身體大壁厚，升溫速度並不快。姜海濤看著嗤嗤冒出的熱汽，焦急地等著鍋內壓力升高。聲音越來越響，表明鍋內壓力還是在頑強地升高，但也讓大家越來越焦急。最後升到4個大氣壓時，不僅閥門上漏氣，鍋蓋周圍也開始漏氣了，姜海濤不得不馬上命令熄火。他打算讓人去扳動槓桿，利用閥門放汽，可是鍋蓋周圍冒出的蒸汽讓人無法靠近。最後他們用一根竹竿挑掉了安全閥、排汽閥上面的銅帽，釋放蒸汽。

高壓鍋足足過了一個多鐘頭才冷卻，這時他們拆下閥門、鍋蓋進行檢查，發現裡面的皮革密封圈都壞了，成了一條條爛泥！

這時幾個生產高壓鍋的工匠不好意思地過來告訴姜海濤：以前他們就發現高壓鍋里的皮革密封圈用段時間後會軟化，需要換成新的，但他們沒有當作什麼重要的事，也就沒向姜海濤彙報；但是這一次這麼快就壞，他們也實在沒有想到。姜海濤沒有批評他們，因為這個問題其實他應該想到的：高壓鍋本來就是為了更容易把肉煮爛而造，裡面的高溫高壓蒸汽自然對皮革也有一定的「蒸煮」作用；過去鍋內壓力只有2個大氣壓，可能對皮革的破壞不算快，現在提高到5個大氣壓了，可能超過了皮革能夠承受的溫度、壓力極限；鍋蓋的密封圈大概在上一次試驗中就損壞了，只不過當時還沒有漏汽。

想明白這點，姜海濤決定採用另外的材料代替皮革圈進行密封。能夠承受更高溫度和壓力的，恐怕只能是金屬了。

鉛就比較軟，姜海濤當初設計高壓鍋時曾經想到過它，但立刻否決了，因為鉛有毒，可不能用到炊具上。現在這個鍋與飲食無關，倒是可以試一試。錫也比較軟，但似乎太軟了，特別是超過100℃后。

然後姜海濤又想到了銅。後世中好像很多閥門、管道就是用黃銅造的，不知道和現在冶鍊出的那種銅是不是一樣。好像顏色有點區別。電線里用的銅，看起來發紅髮紫，也很軟，倒是和現在冶鍊出的銅錠很像。通電的好像就是純銅，電的良導體嘛。不過先不管電了，反正銅應該也是一種比較軟的金屬，後世好像有很多銅墊圈、銅密封環之類的。

現在從霍運回了不少銅錠，姜海濤的高壓鍋、閥門、砲管也不需要高含量的錫，因此材料供應上沒什麼問題。整個蒸汽砲，算上高壓鍋、砲管、閥門等，基本相當於兩個高壓鍋的金屬用量。而且在歸豹眼裡，高壓鍋已經和鼎、爵、斛等器具一樣成了一種禮器，可以給祭祀、占卜活動提供「獨一無二」的肉食。現在姜海濤說這高壓鍋還能打仗，他自然更高興了，立刻批下來一批銅料。

難點主要在精細加工上。打磨閥門、法蘭，現在的磨床用處不大，主要還得靠工匠磨。為此，歸豹已經把手頭上手藝好的玉石工匠都調過來了。

從試驗高壓鍋的壓力，到現在發現閥門、鍋蓋的密封需要改進，已經過了半個月，到8月中旬了。可是讓歸豹、姜海濤奇怪的是，楚軍還沒有動向，似乎把胡國忘記了。於是姜海濤繼續研製它的蒸汽砲，心想沒準還能趕上胡城戰役。

他讓工匠們鑄造了一個純銅環和一個鉛環，代替皮革圈放到高壓鍋里。鍋壁周圍已經被糊上了一層用粘土等材料做的保溫層。

第一次試驗中高壓鍋還有漏氣現象，但是通過對漏氣點附近的密封環進行檢查，然後靠敲打、打磨等手段修整，幾次試驗后這個問題解決了。在第三次燒水試驗中，保溫層又出現裂縫，掉下一大塊。姜海濤明白這是因為自己沒有考慮到青銅鍋的熱脹冷縮，泥質的保溫層和鍋壁之間沒有事先留點空隙。

第六次試驗，高壓鍋順利燒到了5個大氣壓，然後又往上升了1個。這時姜海濤不敢再提高了，怕青銅鍋的鑄造缺陷引起爆炸事故。萬一出現那樣的問題，很可能讓自己的「發明」工作夭折。何況5個大氣壓已經不小了，先成功打一砲再說。

金屬密封環看來很有效果。鉛環要比銅環更方便些，靠鍋蓋的強力擠壓就可以緊貼兩側，完成密封。這樣鍋蓋、法蘭那裡都不再漏氣了。然後要面對的就是如何用銅環、鉛環密封閥門。

姜海濤曾想過用純銅鑄造那個翻板，包括轉軸和槓桿。純銅的強度不如青銅，有可能讓槓桿、轉軸扭曲，但他覺得只要加粗轉軸就可以解決。工匠們則提出了另外一個問題：萬一在加工翻板的邊緣時出現失誤，比如多磨掉了一些，劃出了缺口，那整個翻板就報廢了，得重新鑄造、加工。姜海濤一聽，也是啊，這樣可很耽誤時間，而且根據自己的考試經驗，這樣會讓加工者有更多的心理負擔，影響發揮。

不過這個問題沒有難住姜海濤，他很快就想到了解決方法：鑄造一個尺寸略小的翻板，然後在周圍套金屬密封環。這辦法其實在戰車上已經採用了，就是銅製的軸套、軸瓦。它們在磨損或損壞后可以取下來，然後換上新的，方便戰車的維修。密封環的安裝方法也可以參考軸套：把它加熱，讓金屬環變大，然後套到車軸、翻板上。為此，翻板邊緣增加了兩圈凹槽，在轉軸的兩側，準備用來容納兩個金屬密封環。

密封環的截面是圓形，套上後會讓翻板的直徑比閥門內徑大一點點。利用專門加長了卡頭的卡尺，工匠們把閥門內壁的直徑誤差控制在0.5毫米以內，而翻板加上密封環后的尺寸在150.5毫米以上，確保翻板和閥門內壁之間不會有縫隙。至於多出的部分，姜海濤採用了一個最粗笨的辦法：把閥門裝好後轉動翻板、關閉閥門，在一側用鎚子、木棍敲擊翻板，讓它擠向閥門內壁，然後打開閥門，再關閉敲擊，直到翻板和內壁緊緊貼合。鉛環很容易就貼合緊密了，純銅則廢了一點力氣。

8月下旬，四個採用金屬環密封的閥門進行了試驗，結果比較成功。銅環雖然加工困難點，但密封性好。兩個鉛環密封的閥門則在開關幾次后開始出現一點漏氣現象。打開后檢查發現，鉛雖然容易變形，但不像銅那樣有彈性，和閥門內壁接觸、擠壓幾次后就變薄了，貼在翻板的邊緣。高壓鍋的鍋蓋上用鉛環倒是問題不大，因為可以在取下后把它重新敲打回原樣。

最後，姜海濤決定在鍋蓋、閥門、翻板上都採用純銅製的密封環。

蒸汽砲餘下的部分就簡單了。

砲管，就是一根內徑100毫米、長1米多的銅管，壁厚1厘米，一頭有和閥門連接的法蘭盤。為了讓砲管內部盡量光滑，工匠們首先是對泥范的內壁進行了仔細加工，讓鑄造出的銅管內壁盡量平整。但它的內徑比100毫米小將近1毫米。材料中錫的含量只有8%，屬於比較軟的青銅。然後他們又鑄造了五個10多厘米長的青銅柱，錫含量16%。它們一端直徑95～99，另一端直徑96～100毫米。這幾個青銅柱被先後塞入砲管，然後用大鎚、木干往下敲，強行擠壓砲管內壁。這樣雖然不能讓砲管內壁完全光滑，但用來發射砲彈已經足夠了。

砲彈則更簡單。姜海濤可不打算用銅、鉛等鑄造金屬砲彈，用不起。唯一好用的材料就是石頭。可是讓人把石頭鑿成圓球很費工夫，尺寸肯定不準，還會划傷砲管內壁。但這沒有難倒大家。他們用竹筒製造杯子樣的東西，把石彈放到裡面發射。竹筒選擇外徑剛剛10厘米的竹子，截成10厘米長，一端留著竹節。這樣石彈的加工也很容易了，只要能放到竹筒里就行。

為了加工這個竹石砲彈的外壁，工匠們參考制陶的轉輪，造了一個石質轉盤，中間有一個木柱。把竹節套緊在這個木柱上，然後旋轉轉盤，就可以用青銅銼對竹筒的外壁進行磨削，把它的外徑加工到10厘米。為了保證砲彈順利出膛，竹筒都要保證不超過10厘米，以放入砲管后可以順利滑下為標準。

姜海濤還從真空式抽水機和閥門的密封上吸收了經驗，在竹筒底部銼出一圈小槽，套上一個皮革圈。在他的記憶中，似乎迫擊炮彈上也有類似的密封環，可以減少火藥燃氣的泄漏，保證炮彈的速度。

至於砲管的支撐，還有高壓鍋的加熱和移動，兩輛特製的雙輪車給解決了。一個雙輪車的車軸後面有一個銅座，下面吊著金屬框，上面架著高壓鍋。另外一輛車用來運輸砲管，上面有一個人字形支架，可以把砲管的前端用繩索吊起來，形成48度發射角。

整輛蒸汽砲到8月24日算是全部完成了。

高壓鍋加上閥門、砲管，還有下面加熱的底座，一共達到了160多公斤。歸豹和養敖興奮地跑來看第一次發射試驗，因為姜海濤說這東西叫「熱兵器」，將是對劍、戈、矛、弓這些「冷兵器」的一次革命。

試驗也確實如姜海濤所說，是「一次」革命。

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