第49章 曲线
成员挤在里面，季国风站在最前面的黑板旁边，一边画着一边讲着什么。
他先在黑板上画了两条垂直的坐标轴，给x轴标了个“t”，给y轴标了个“f”，然后从原点开始，画了一条曲线。
这条曲线先是陡峭上升，然后迅速下降，降到一半，又开始平缓下降，一直延伸出一道长尾。
“如图所示，这就是火药在枪管中爆炸的全过程，一开始爆炸时力道最大，后来逐渐减小。”
季国风点了点曲线的最高点，接着说：“这个最高点，就是爆炸时的冲击力，决定枪管能不能撑得住和人能不能受得了后坐力的关键。很好理解，火药威力越大、装药越多，这个冲击力就越大，如果超过了枪管能承受的限度，就会炸膛。”
“但是呢，推动子弹加速的却并非这个冲击力，而是……”季国风用斜线把曲线与x轴之间的部分涂黑，接着说，“而是这个面积，也就是火药爆炸时产生的总冲量。”
台下的听众们纷纷点头表示赞同，这一点学过高中物理就很好理解。
“所以，同样很好理解的是，如果我们能在保证总冲量不变的前提下，让这个曲线更平缓，就能降低击发时的冲击力，同时子弹威力不减。这样的好处不用我多说，可以降低枪管壁厚，或者增加装药量。”
“嗯，没错。”听众们很配合，“但是如何让曲线平缓呢？”
季国风点点头，说：“最直接的办法就是降低火药的燃烧速度，速度越慢冲击越低。当然也不能太慢，否则就没法爆炸了。至于如何降低燃烧速度，现代方法是改变火药成分和造粒形态，不过那需要化学工业，跟现在的我们没关系。而近代有个经典方法，那就是颗粒化火药。”
“颗粒火药？”堂下坐着的林小雅奇怪地问，“我们不是已经在用了吗？”
颗粒火药是黑火药时代的一条著名先进经验。
最初的黑火药，是硫磺、硝石、木炭三种粉末简单混合而成，由于是物理混合而非化合物，所以在运输过程中随着不断的颠簸三组分会不断分离，导致运上战场的火药失去最佳配比，威力大大降低。
而颗粒火药，就是把黑火药加水混合，搅成面团一样，然后铺开晾干研细，就形成了一个个的小颗粒，组分不易分离，威力要比粉末火药强得多。
这么一条著名而又简单的经验，自然一开始就被东海商社用上了。
不过事情似乎没那么简单，季国风微微一笑，接着说：“没错，颗粒火药我们已经在用了。但是颗粒火药为什么比粉末火药强，真的只是组分不易分离那么简单吗？”
众人伸长了脖子，季国风见吊起了胃口，感觉很满意：“当然不是。我们知道，一个物体的面积与他的尺寸成二次方关系，而体积与尺寸成三次方关系。所以尺寸越大，它的面积与体积的比值就越小。颗粒火药也是这个道理，从粉末变成颗粒，总表面积就大大减少了，因此点燃后燃烧速度就会大大降低，在冲击力相同的条件下，全冲量大幅增大，所以颗粒火药即使比新鲜制成的粉末火药，也要强得多。”
“哦……”听众们一副恍然大悟的样子。
“所以，这就是我们现在能做的事。”季国风总结说，“虽然都是黑火药，但通过调节颗粒大小，也就能调节燃烧速度，进而调整爆炸时的冲击力，从而做出远远优于原始火药的颗粒火药。”
这总算说清楚课题了。于是一群人开始设计起实验流程来，不过很快又遇到了一个问题：他们现在没有力学仪器，该如何测量最大冲击力呢？
这么一个简单的问题就难住了这帮人，一群臭皮匠抓耳挠腮开始思索替代方法，最后想出了一个不是办法的办法：制作一批小木筒，少量装药爆破，根据破坏程度估算冲击力。
此后这些人分工合作，有的人制作木筒，有的人运来材料，有的人制作颗粒火药，有的人拿筛子筛选出不同的粒度，有的人进行测试……
经过一个多月的实验，他们得出了结论。颗粒越大燃烧越慢，但也并不是越大越好，过大之后燃烧太慢，反而会影响威力。最终，他们筛选出两种等级的颗粒火药，一种小颗粒，用于枪药，而另一种颗粒更大，用于炮药。
这过程中，还有一些意外收获。他们一开始尝试着把颗粒尽可能做大，但是黑火药之间的粘结力无法制成过大的颗粒，稍一晃动就碎了。于是就有人试着用浆糊做黏合剂，没想到这样子做出的火药居然大大降低了燃速！
这下子他们可就产生了兴趣，分析一下应该是淀粉的作用，于是在此基础上多次进行改进实验。先是根据化学反应式，适量减少了木炭的用量，果然效果要好一些。后是嫌现在的浆糊杂质太多，又做不出纯淀粉，就试着用白糖替代一下，结果效果大大好于预期。
多番折腾之后，他们得到了一种相当优秀的炮用火药。可惜白糖太贵，用在现在的小炮上效果也不太明显，于是就暂时搁置下来，只做个技术储备。
改进后的枪药相对于现在使用的颗粒火药略有提升，但不显著，在冲击力相当的情况下，可以多装10-15%的火药。武备组经过讨论，决定暂时不改变火枪的设计和标准装药量，新枪药的应用相当于提升了火枪的耐久度。
而炮药的改进则明显得多，膛压明显降低，差不多可以多装30-50%的火药。不过装药量的提升直接的效果是提升了炮弹的初速，而高初速则会快速衰减。经安全部测试，增加30%装药后，虎威炮在100m的距离上对厚木板的穿深增加了23%，而在200m的距离上只增加了15%。于是安全部和武备组商议后，决定改进火炮的设计，减少壁厚，制造更轻便或者口径更大的火炮。
他先在黑板上画了两条垂直的坐标轴，给x轴标了个“t”，给y轴标了个“f”，然后从原点开始，画了一条曲线。
这条曲线先是陡峭上升，然后迅速下降，降到一半，又开始平缓下降，一直延伸出一道长尾。
“如图所示，这就是火药在枪管中爆炸的全过程，一开始爆炸时力道最大，后来逐渐减小。”
季国风点了点曲线的最高点，接着说：“这个最高点，就是爆炸时的冲击力，决定枪管能不能撑得住和人能不能受得了后坐力的关键。很好理解，火药威力越大、装药越多，这个冲击力就越大，如果超过了枪管能承受的限度，就会炸膛。”
“但是呢，推动子弹加速的却并非这个冲击力，而是……”季国风用斜线把曲线与x轴之间的部分涂黑，接着说，“而是这个面积，也就是火药爆炸时产生的总冲量。”
台下的听众们纷纷点头表示赞同，这一点学过高中物理就很好理解。
“所以，同样很好理解的是，如果我们能在保证总冲量不变的前提下，让这个曲线更平缓，就能降低击发时的冲击力，同时子弹威力不减。这样的好处不用我多说，可以降低枪管壁厚，或者增加装药量。”
“嗯，没错。”听众们很配合，“但是如何让曲线平缓呢？”
季国风点点头，说：“最直接的办法就是降低火药的燃烧速度，速度越慢冲击越低。当然也不能太慢，否则就没法爆炸了。至于如何降低燃烧速度，现代方法是改变火药成分和造粒形态，不过那需要化学工业，跟现在的我们没关系。而近代有个经典方法，那就是颗粒化火药。”
“颗粒火药？”堂下坐着的林小雅奇怪地问，“我们不是已经在用了吗？”
颗粒火药是黑火药时代的一条著名先进经验。
最初的黑火药，是硫磺、硝石、木炭三种粉末简单混合而成，由于是物理混合而非化合物，所以在运输过程中随着不断的颠簸三组分会不断分离，导致运上战场的火药失去最佳配比，威力大大降低。
而颗粒火药，就是把黑火药加水混合，搅成面团一样，然后铺开晾干研细，就形成了一个个的小颗粒，组分不易分离，威力要比粉末火药强得多。
这么一条著名而又简单的经验，自然一开始就被东海商社用上了。
不过事情似乎没那么简单，季国风微微一笑，接着说：“没错，颗粒火药我们已经在用了。但是颗粒火药为什么比粉末火药强，真的只是组分不易分离那么简单吗？”
众人伸长了脖子，季国风见吊起了胃口，感觉很满意：“当然不是。我们知道，一个物体的面积与他的尺寸成二次方关系，而体积与尺寸成三次方关系。所以尺寸越大，它的面积与体积的比值就越小。颗粒火药也是这个道理，从粉末变成颗粒，总表面积就大大减少了，因此点燃后燃烧速度就会大大降低，在冲击力相同的条件下，全冲量大幅增大，所以颗粒火药即使比新鲜制成的粉末火药，也要强得多。”
“哦……”听众们一副恍然大悟的样子。
“所以，这就是我们现在能做的事。”季国风总结说，“虽然都是黑火药，但通过调节颗粒大小，也就能调节燃烧速度，进而调整爆炸时的冲击力，从而做出远远优于原始火药的颗粒火药。”
这总算说清楚课题了。于是一群人开始设计起实验流程来，不过很快又遇到了一个问题：他们现在没有力学仪器，该如何测量最大冲击力呢？
这么一个简单的问题就难住了这帮人，一群臭皮匠抓耳挠腮开始思索替代方法，最后想出了一个不是办法的办法：制作一批小木筒，少量装药爆破，根据破坏程度估算冲击力。
此后这些人分工合作，有的人制作木筒，有的人运来材料，有的人制作颗粒火药，有的人拿筛子筛选出不同的粒度，有的人进行测试……
经过一个多月的实验，他们得出了结论。颗粒越大燃烧越慢，但也并不是越大越好，过大之后燃烧太慢，反而会影响威力。最终，他们筛选出两种等级的颗粒火药，一种小颗粒，用于枪药，而另一种颗粒更大，用于炮药。
这过程中，还有一些意外收获。他们一开始尝试着把颗粒尽可能做大，但是黑火药之间的粘结力无法制成过大的颗粒，稍一晃动就碎了。于是就有人试着用浆糊做黏合剂，没想到这样子做出的火药居然大大降低了燃速！
这下子他们可就产生了兴趣，分析一下应该是淀粉的作用，于是在此基础上多次进行改进实验。先是根据化学反应式，适量减少了木炭的用量，果然效果要好一些。后是嫌现在的浆糊杂质太多，又做不出纯淀粉，就试着用白糖替代一下，结果效果大大好于预期。
多番折腾之后，他们得到了一种相当优秀的炮用火药。可惜白糖太贵，用在现在的小炮上效果也不太明显，于是就暂时搁置下来，只做个技术储备。
改进后的枪药相对于现在使用的颗粒火药略有提升，但不显著，在冲击力相当的情况下，可以多装10-15%的火药。武备组经过讨论，决定暂时不改变火枪的设计和标准装药量，新枪药的应用相当于提升了火枪的耐久度。
而炮药的改进则明显得多，膛压明显降低，差不多可以多装30-50%的火药。不过装药量的提升直接的效果是提升了炮弹的初速，而高初速则会快速衰减。经安全部测试，增加30%装药后，虎威炮在100m的距离上对厚木板的穿深增加了23%，而在200m的距离上只增加了15%。于是安全部和武备组商议后，决定改进火炮的设计，减少壁厚，制造更轻便或者口径更大的火炮。