回到清朝當海盜 作品相關 熱機和工業發展雜談
    前段時間熱心的書友「軍壇二年級」等人提出了很多關於工業技術發展和軍事技術方面的問題,限於時間(本書已經A簽,每天也基本保證了更新兩節)和討論區的篇幅,作者一直沒有把本書的相關設定和依據很完整地羅列出來,這裡,作一點彌補,希望喜歡《回到清朝當海盜》的書友們多多指正。

    熱機。把熱能轉化為機械能的發動機。

    最早的熱機原理是我國的走馬燈,走馬燈也是渦輪機的萌芽。最初的熱機是火藥內燃機,由荷蘭物理學家惠更斯在1680年提出,這種發動機就是利用火藥的爆燃來推動活塞做功的,但是,這種機械只停留在理論上,並沒有搞出來。值得中國人(學機械的)注意的是:往複式活塞內燃機的主要機構都是中國最先發明的!比如:缸體——中國最先製造的大炮於1332年鑄成,往復活塞、曲柄連桿機構、飛輪等都是我國首創。

    火藥內燃機雖然沒有搞成功,但是為未來的蒸汽機產生了巨大的促進作用。

    1690年,惠更斯的助手佩本設計出了用蒸汽做功的活塞式發動機,這個發動機尚不能用於實際生產,作為工業動力源。

    1698年,英國的軍事工程師薩弗裡發明了一個使用蒸汽為礦井抽水的機器,它可以抽出地下10米深的水。這台機器實際上就是第一台用於工業生產的蒸汽機。

    1711年,紐可門(英國)製造出更好的抽水蒸汽機,其性能有了較大的突破。從1772年起,幾乎全英國的礦井都使用這種蒸汽抽水機。

    1768年,英國技工瓦特發明了熱效率更高的近代蒸汽機,因此被人們譽為「蒸汽機的發明人」。

    總的來說,蒸汽機是產生於18世紀的英國。但是,蒸汽機存在著體積龐大,熱效率不高的缺陷。

    由於19世紀中葉卡諾(法國人)、邁爾(德國)、格羅夫(英國)、焦耳(英國)、克勞修斯(德國)、湯姆生(英國)等人提出並完善了熱力學,同時用鋼鐵製造的精密機械已經開始出現,從而解決了製造精密圓柱體和螺絲等零件的問題,使得內燃機的研製進程大大加快。

    1860年,法國人雷諾製造出第一台可以實用的內燃機。這是一台二沖程、無壓縮、電點火的煤氣機。

    1862年,法國工程師德羅沙提出等容燃燒的四沖程循環原理,加上這個時候轉爐、平爐煉鋼法已經相繼出現,為內燃機製造提供了可靠的原材料——低碳素鋼。

    1872年,德國鐘錶匠雷特曼製成了第一台四沖程煤氣內燃機。

    1876年,德國人奧托研製成功一台熱效率達到14%的往複式活塞四沖程內燃機,此後,奧托又把內燃機的熱效率提高的20%以上,這種內燃機,就是現在的汽油發動機的雛形。奧托也被稱為「四沖程內燃機發明人」。

    1881年,工程師克拉克研製成兩個汽缸的內燃機。此後不久,汽油機正式出現了。

    1897年,完全依靠壓縮著火的柴油機出現了,它比汽油機機構跟簡單,燃料更便宜。柴油機熱效率達到26%,它的發明人是德國人狄賽爾。因此,現代汽油發動機也稱為奧托發動機,柴油機稱為狄賽爾發動機。

    狄賽爾的發動機並不完善,還不能方便地利用到工業生產中,直到20世紀20年代發明燃油噴射系統後,柴油機才開始廣泛地運用到各種動力機械中!本書的設定在這裡需要書友們注意。根據對燃油噴射裝置的技術要求分析,燃油噴射泵完全可以在1902年製造出來,只是當時沒有人發明這個簡單的裝置而已。也就是因為這樣,造成了大型的戰艦很少配置柴油動力的現象。實際上當時的柴油機在加上燃油泵和渦輪增壓裝置以後,完全可以替代蒸汽機和汽輪機,而且採用彈性安裝法以後,裝備柴油機的戰艦不會出現主機過載和主軸過熱的通病。柴油機的優點是省油(航程大),啟動迅速(蒸汽機和汽輪機需要預先提升蒸汽壓力),缺點是機構相比之下複雜了一些(不計算汽輪機鍋爐部分的情況下),但是用現代(1950年)裝備柴油機和汽輪機的艦船比較,裝備柴油機的艦船維護費用比汽輪機艦船少14%左右。其次,柴油機在沒有強化的條件下(增加噴射壓力是最簡單的強化手段),單台推力比汽輪機要小,加速沒有汽輪機快。

    1903年,柴油機用於輪船,1908年,柴油機成為潛艇主動力,1912年,柴油機驅動的遠洋巨輪建造成功。

    20世紀初,往復活塞式的蒸汽機在船舶上逐漸被渦輪式的蒸汽輪機(汽輪機)取代,蒸汽輪機比活塞式蒸汽機熱效率更高(35%),單位體積能提供的推力更大,因此汽輪機到60年代一直成為大型船舶的主要動力。同時代的柴油機因為強化程度低而主要用於中、小型船舶。汽輪機首先由法國的拉瓦爾於1889年發明,到20世紀初,汽輪機已經能夠輸出6500馬力,相當於4800千瓦。而實際上,當汽輪機鍋爐燃料採用煤炭、燃油混合動力,優化飛輪和傳動結構後,後來的汽輪機輸出功率成倍提升。

    早在1761年就有人提出了燃氣輪機的設計專利。燃氣輪機與蒸汽輪機的原理大致相同,不同的是:燃氣輪機是用高速、高溫的燃氣流衝擊飛輪做工,而汽輪機是用燃料加熱水產生蒸汽,當蒸汽壓力達到一定值以後釋放出來,蒸汽衝擊飛輪做功。因此,燃氣輪機比蒸汽輪機結構更簡單,功率更強大!不過,由於燃氣輪機需要用高耐熱高強度的金屬製作噴嘴和飛輪等部件,而最好的金屬材料是鈦合金。(書中主角要到四川發展的原因之一就是四川有世界蘊藏量最大的釩鈦磁鐵礦——今天的攀枝花-米易礦區。)這種合金是1939年研製出來的.當然,本書會提前到1904年左右,因為對鈦合金的認識提前了嘛,呵呵!

    直到1939年,德國的霍茲華爾斯才研製成功2000千瓦定容燃燒的燃氣輪機,這也使德國從此掌握了噴氣發動機技術和火箭動力技術。

    目前,世界上最大功率的燃氣輪機是德國電廠聯盟生產的125兆瓦燃氣輪機。燃氣輪機在軍事的運用始於第二次世界大戰的德國,到1947年,英國首先把燃氣輪機運用到艦船上。與汽輪機相比,燃氣輪機有啟動方便、加速快、節省能源的優點,因此在艦船上得到廣泛的應用。如美國海軍「斯普魯恩斯」級驅逐艦,採用了LM2500型艦用燃氣輪機,單台功率兩萬馬力,總功率八萬馬力。

    在燃氣輪機的基礎上,各種燃氣噴射式發動機開始出現,促進了航空時代的到來。

    綜上所述,船用動力機械經歷了一個漫長的發展歷程,在這個過程中,活塞式蒸汽機、汽油機、蒸汽輪機已經被淘汰,目前裝備於艦船的是核動力、燃氣輪機和柴油機。

    動力機械的發展過程跟整個工業技術的發展歷程是相輔相成的。前文已經講到沒有新式煉鋼法就沒有合適的鋼材來製造動力機械,同時,沒有精密機械也不可能製造出動力機械的精密部件。本書本著尊重工業發展史和合理YY的立場,盡可能地應用當時可以突破的一些技術瓶頸來製造YY效果。例如前面講到的燃油噴射泵。

    前面書友軍壇二年級提到大型戰艦動力不適合用柴油機的意見,作者經過考慮後決定部分接受並作相應修改。但是在以後,還是會出現全部柴油動力的戰艦,燃氣輪機也會在戰艦、飛機和坦克車輛中出現。其中的技術情節會介紹原因。

    以後作品相關會介紹下列內容,有興趣的朋友可以選擇閱讀;

    *火炮和光學觀瞄器材、射擊指揮儀

    *火藥和炸藥

    *軍用毒劑

    *軍用發動機——坦克發動機

    *彈藥和引信

    *雷達、聲納和通信器材  
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