第六十九章 鏈條和螺旋槳

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由於李憬策劃的遼東之戰和四川移民的事情,都涉及到內河航船。李憬就不得不考慮,製造一種適合整個大明內陸地區的內河航船。羊皮筏子只能順著水漂流,到了下游一般要拆了,用馬車或者人背馬馱運回上游的,因為這種沒有整流罩外形的航行器,雜亂的外形阻力極大。實際上只能單程使用。

羊皮筏子遠遠不能滿足李憬的需求。所以必須設計專用的適合整個大明絕大部分內河的內河船型。李憬決定先設計一款基本型,把主要結構確定下來,然後在發展出戰船和貨船。再之後,根據基型放大和縮小,改進出不同的規格。

內河和大海不同,主要是水淺,必須要有淺的吃水,這樣就要把船設計的非常寬大,不能像海船那樣用尖底。只能用擴大平面體積來加大排水量。長寬比必須在2.5到5之間,太長也不行,內河裡沒法轉彎。

第二就是推進的問題,內河航船用帆的不多,如果風不好,大海寬廣可以走之字形,但是內河狹窄,沒法走之字形。很多都是划槳或者搖櫓,有的甚至是撐杆,最慘的航線乾脆用人拉縴。

就拿川江來說,上次李憬去,就看到好多拉縴的,男女都有,都是最赤貧的無業者,全部都不穿衣服,因為衣服會被磨損。男女混雜在一起,一邊喊著號子,一邊把沉重的貨船,拉過三峽。嚇得李憬的姐姐和四婢都躲到船艙裡不敢出來。

李憬的兩條光幕上買的船,船小,材料輕,使用最高技術的帆和控制系統,可以透過小範圍的機動來最大程度利用風力。這個年代的船不可能實現。

一般來說,從驅動效率上看,划槳最低。因為,手臂每做一次划槳的圓周運動,船槳有一半在空氣中,一半在水裡,在空氣中的運動是白白耗費能量的。而搖櫓就不同,船櫓一般位於船尾,櫓始終都在水裡,作用力全部能用在推進上,所以船櫓的效率是划槳的三倍。

但是船槳也有優勢,就是可以多個數量的佈置在兩舷,一條船卻只能佈置一根櫓(大江大河和海船除外,可以在兩舷佈置密集的櫓)。即使多人一塊搖櫓,也沒有划槳方便。搖櫓推進的缺點也很明顯,一來搖櫓時多半採用站姿,長期操作更耗費體力。二來搖櫓更佔用船內空間,不利於部署多層搖櫓。

還有的選擇就是明輪,在中國很早就發明了明輪推進的船舶,內河和海洋的航船都有用明輪推進的。而且造的非常的巨大,速度也很快。這種船型就是車船。

早在南北朝,史書上就已有車船的記載。

在唐代,李皋對車船的發展起了承前啟後的作用。他製造的車船用人力踏動快速前進。結構就是一根木軸橫穿兩舷,兩舷外各有一個帶著很多槳葉個木輪,木輪一半在水裡,一半在水上。

木軸在船內有踏板,就像人力踩踏的水車一樣,一排人扶著橫木杆用腳踩,來使兩舷外的木輪轉動,划水前進。一條船從前到後又很多排木輪,多的有幾十排,所以速度還是挺快的。缺點是佔用內河航船最寶貴的艙內空間,因為吃水淺,內河船往往只有一層船艙。

宋代的車船盛極一時,紹興二年(1132)王彥恢制的戰艦,旁設4輪,每輪8楫(槳片)。木匠高宣也是造車船的名匠,曾創造大小車船10餘種,大型車船長20~30丈,吃水1丈左右,可容納700~800人;中型車船一般承載200~300人。車船有2車、4車、5車、8車、9車以及23、24車等多種。這個數字就是明輪軸的軸數。宋朝最大車船長36丈,寬4丈1尺。

明初陳友諒也曾使用車船在鄱陽湖進行水戰。

明中葉以後,盧崇俊作多種型式的車船稱為“靜江龍船”。

直到20世紀初,中國南方還有少量車船。車船雖然未能在各水系普遍使用,但它的歷史悠久,對中國船舶的發展起過很大的作用。

但是,儘管車船的優勢很大,但李憬還是不想選擇明輪推進的車船。一個原因是早晚要上蒸汽機,不如早點開始使用螺旋槳。另外明輪的推進效率雖然遠遠超過槳和櫓。畢竟槳和櫓是用胳膊划水的,車船是用腳踏的,胳膊沒有腰腿的力量大,所謂胳膊擰不過大腿,就像弓箭射不過腳踏怒和腰張弩是一個道理。

但是,明輪有很大的問題。明輪的結構復雜,受風浪的影響大,水上的最大阻力不是來源於水和船體的摩擦力。而是興波阻力。就是波浪造成的阻力。如果船遇到風浪的話,會像鴨子一樣左搖右擺。

空氣和水密度相差800倍,龐大的明輪在其中進進出出,受力不均勻,長期形變,很容易損壞。露在外面的明輪也是敵人的好目標,1854年克里米亞戰爭期間,當時還有不少明輪戰艦,海岸的炮臺重點攻擊這些明輪,損失慘重。

明輪最大的缺點是效率還是低,有些人決心改變它,他們想起了阿基米德。阿基米德設計了螺旋抽水機,就是在一個長筒內設一根軸,軸上有很多螺旋形的葉片,只要用手搖動,軸上的曲型手柄,就可以把水抽上來。可以抽水澆地,也可以用於低窪地排澇。

受螺旋抽水機的啟發,完全浸沒在水中的螺旋槳就被發明出來了,螺旋槳的推進效率在40%至45%之間。而之前漿和櫓效率都是個位數字,甚至差的不到一。螺旋槳的中軸可以穿過船尾,只要做好防水就好。

在沒有蒸汽機動力的時代,如何驅動螺旋槳呢,李憬想到兩個方法。一個是參考多人共騎的腳踏車的方式,用齒輪對齒輪傳動,有一排人踩踏就行。就像騎腳踏車一樣。但是這樣的齒輪要求堅固、耐磨,甚至精密,否則會卡住。沒有機床和漸開線方程等數學知識,這個很難做。

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這個優點是推進效率超級高,現代的全齒輪腳踏車價格要五六千元甚至上萬元。齒輪傳動效率高到99%,鏈條只能達到80%左右。純齒輪腳踏車真不是普通人玩的起的。而且還耐操,不會掉鏈子,膜拜共享單車就出過一批,純齒輪,六邊形打孔免充氣實心橡膠輪胎的腳踏車,就是可靠性高,不容易壞,免維護。

另一個方法倒是很容易實現,就是乾脆採取腳踏車鏈條的方式驅動,這個靈活性好,比如做好一套,和腳踏車一樣就是沒有兩個輪子,鏈條直接帶動水下的螺旋槳,車把該做控制螺旋槳後面的舵機片。這樣推進和轉向裝置都有了。這套裝置輕小,可以靈活的裝載任何大小的內河原有的木船上。因為這套系統只有十幾斤重,最多也就二十幾斤。腳踏車去掉了輪子能有多重。裝一臺是單軸單漿驅動,並列裝兩臺是雙軸雙槳驅動。

安裝也簡單,直接用大號木螺絲擰上就行。如果能做出符合要求的齒輪,就可以做個簡單的裝置,在車把上裝個拉桿,一個前進檔,一個倒檔。太妙了,李憬都要崇拜自己了,真是太有想法了。

至於大型專用設計的內河航船,船艙裡可以加一根主軸貫穿全船,主軸上,從頭到尾都是橫向安裝的單個腳踏車,鏈條直接連線腳踏輪和主軸上的齒輪。一排水手橫向騎在主軸上飛快的蹬著單車,半小時換一批人,李憬粗略測算,內河逆流也可以達到5到10公里的航速。

這樣兩側富餘出來的兩側船艙空間可以載貨,也可以安裝舷牆炮窗,安裝火炮,用於作戰。甲板上也可以堆放貨物,當然也可以安裝桅杆作為備份,如果風力風向合適,就不用把船員累成狗了。

鏈條製作可能麻煩些,這些都是精細的部件,不過沒關係,李憬把金陵城裡的金匠銀匠首飾匠都請來,他們慣會用錘子,做這些精細的東西,李憬有好鋼不怕弄不出來,實在不行就做粗大的鏈條,放大的鏈條,難度直線降低,鏈條的最大問題是磨損,目前只能用滲碳回火來做表面硬化來耐磨損。同時多加潤滑油,這個可以用動物油脂混合石墨粉來代替。

以後考慮可以用錳鋼來做齒輪和鏈條,這個超級耐磨損。錳礦韓江上游就有礦,後世都有開採,不得不說,韓江的礦產資源太得天獨厚了,各種稀有金屬和礦物都有。李憬也知道後世探明儲量和礦洞的位置。

李憬單獨安排一組人,來做這個螺旋槳推進裝置,鋼管用板材燒紅後,卷起來,包裹著做基座的方形條上,鍛打結合部做成鋼管。不同的鋼管也可以鍛接成各種形狀。鏈條也單獨安排一組人來研發。先做幾臺單個的無倫腳踏車來實驗。做好後隨便找條木船安裝上進行實驗。

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