阿吉是澳洲格致分院培養的原住民技師,早年在墨爾本機械零件分廠學習,通齒、曲軸等傳結構設計。他因改良礦石傳送帶傳系統,提升效率40%,被宋應星破格調核心團隊,負責蒸汽船傳系統設計。
雙缸蒸汽機的曲軸轉速需準控制,若轉速過快,易導致齒磨損;過慢則力不足。阿吉指著示意圖中的曲軸,臣建議採用三級減速齒組,將蒸汽機轉速從每分鐘300轉降至船舶螺旋槳所需的每分鐘50轉,既保證力,又延長零件壽命。
他還提出在傳系統中加緩衝軸承,減船舶顛簸對齒的衝擊。澳洲鐵礦運輸車輛常因顛簸導致齒斷裂,臣曾設計緩衝結構解決此問題,可移植至船舶傳系統。
核心員:託姆——金屬材料的鍛造者
託姆是工部最資深的鐵匠,出鐵匠世家,擅長百鍊鐵鍛造。蒸汽機的氣缸、活塞需耐高溫高,普通鐵易變形開裂,材料問題是研發的關鍵瓶頸,託姆的任務便是攻克這一難題。
蒸汽機氣缸需承150℃高溫與十斤氣,普通鐵在如此環境下三日便會變形。託姆在會議上展示一塊變形的鐵錠,臣計劃採用百鍊疊鍛法——將鐵反覆鍛打百次,每層摻量鎳礦(從歐洲貿易所得),提升鐵耐高溫與抗效能。
他承諾半月鍛造出首批試驗用氣缸:工部已特批百噸優質鐵礦,臣將親自督造,確保每塊鐵都達千錘百煉之質。
核心員:郭守敬——力測算的
郭守敬是格致學院的水利與力學學者,擅長流力學與力測算,負責計算蒸汽船所需力、船吃水深度、螺旋槳尺寸等關鍵資料。
經測算,一艘千石級蒸汽船,需蒸汽機輸出功率達50馬力,方可實現每小時10裡的航速。郭守敬展示測算報表,雙缸蒸汽機按宋院正構想,輸出功率可達60馬力,滿足航速需求;船設計需採用流線型船,減水阻,較傳統帆船水阻降低30%。
他還提出在船尾安裝螺旋槳推進,替代傳統船槳:螺旋槳推進效率是船槳的兩倍,且控更靈活,適合蒸汽船力系統。
攻堅啟幕:封閉研發,劍指核心突破
研發院的熔爐徹夜燃燒,錘擊聲、金屬聲織攻堅的序曲。團隊進封閉研發狀態,各司其職,向著半年突破蒸汽機核心的目標衝刺。
宋應星的實驗室裡,他正帶領學徒除錯雙缸蒸汽機模型。模型由黃銅打造,兩個小巧的氣缸過曲軸連線,下方連線著小型鍋爐。點火!隨著宋應星一聲令下,學徒點燃鍋爐,蒸汽緩緩注氣缸。只見曲軸開始轉,轉速均勻,無明顯示卡頓——雙缸替做功的構想初步驗證功。
力輸出穩定!學徒興地喊道,手中的轉速錶顯示模型轉速達每分鐘200轉,遠超單缸模型的100轉。宋應星卻眉頭微蹙:模型功不代表實可行,需等託姆的百鍊鐵氣缸製,方可進行實測試。
隔壁的鍛造工坊,託姆正赤著上,揮錘鍛打鐵錠。熔爐火熊熊,鐵錠被燒至通紅,託姆掄起三十斤重錘,每錘都準落在鐵錠中央,火星四濺。一錘定形,二錘緻,三錘耐高溫......他口中念著鍛造口訣,後的學徒們按節奏遞料、翻面,一塊塊鐵錠在反覆鍛打下逐漸型。
阿吉則在繪圖室裡繪製傳系統圖紙。他對照雙缸蒸汽機模型,細化齒、曲軸的尺寸與咬合角度,圖紙上的齒組如的鐘表零件,每一個齒距都標註確到毫米。傳系統是蒸汽機與船的橋樑,半點差錯都可能導致功虧一簣。他一邊繪圖,一邊對助手道,手中的炭筆不停舞。
郭守敬的測算工作也在同步推進。他帶著學徒在試驗水池中測試不同形狀的船模型,記錄水阻資料;同時計算螺旋槳的葉片角度與直徑,確保推進效率最大化。螺旋槳直徑需三尺,葉片角度15度,方可匹配50馬力力。他在測算本上寫下結論,眼中滿是篤定。
研發啟半月後,託姆功鍛造出首批百鍊鐵氣缸。當沉甸甸的氣缸被運至宋應星的實驗室時,整個團隊都圍了上來——氣缸壁如鏡,敲擊聲清脆悅耳,無一雜音。此等鐵,足以承高溫高。託姆自豪地說。
宋應星著氣缸,眼中閃過期待:明日便開始組裝實蒸汽機,敗在此一舉!
鋒芒初,靜待力破局
天啟三十八年夏,研發院的試驗場裡,一臺兩米高的雙缸蒸汽機矗立在中央——這是團隊半月來的心結晶。蒸汽機的兩個百鍊鐵氣缸呈90度排列,連線著曲軸與飛,下方是碩大的鍋爐,管道錯,著工業時代的厚重。
宋應星、阿吉、託姆、郭守敬站在蒸汽機前,神凝重。注水,點火!宋應星一聲令下,學徒們有條不紊地作:向鍋爐注水,點燃煤炭,關閉閥門。鍋爐的水逐漸沸騰,蒸汽力不斷上升,力錶指標緩緩跳。
力達標!學徒喊道。
宋應星深吸一口氣,開啟蒸汽閥門——只見飛緩緩轉,轉速逐漸加快,從每分鐘50轉升至150轉,最終穩定在200轉。蒸汽機執行平穩,無明顯震,氣缸外壁僅微微發熱。
功了!阿吉激地喊道,團隊員紛紛歡呼,相擁在一起。託姆看著運轉的蒸汽機,眼眶泛紅:百鍊鐵未負所託!
郭守敬上前檢視功率計:輸出功率達55馬力,超出預期!足以驅千石級船舶!
宋應星卻冷靜地抬手示意安靜:蒸汽機核心突破只是第一步,接下來需與船、傳系統整合。我們離致遠號首航,還有半年路程。
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