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第六十九章 链条和螺旋桨

    由于李憬策划的辽东之战和四川移民的事情,都涉及到内河航船。李憬就不得不考虑,制造一种适合整个大明内陆地区的内河航船。羊皮筏子只能顺着水漂流,到了下游一般要拆了,用马车或者人背马驮运回上游的,因为这种没有整流罩外形的航行器,杂乱的外形阻力极大。实际上只能单程使用。

    羊皮筏子远远不能满足李憬的需求。所以必须设计专用的适合整个大明绝大部分内河的内河船型。李憬决定先设计一款基本型,把主要结构确定下来,然后在发展出战船和货船。再之后,根据基型放大和缩小,改进出不同的规格。

    内河和大海不同,主要是水浅,必须要有浅的吃水,这样就要把船设计的非常宽大,不能像海船那样用尖底。只能用扩大平面体积来加大排水量。长宽比必须在2.5到5之间,太长也不行,内河里没法转弯。

    第二就是推进的问题,内河航船用帆的不多,如果风不好,大海宽广可以走之字形,但是内河狭窄,没法走之字形。很多都是划桨或者摇橹,有的甚至是撑杆,最惨的航线干脆用人拉纤。

    就拿川江来说,上次李憬去,就看到好多拉纤的,男女都有,都是最赤贫的无业者,全部都不穿衣服,因为衣服会被磨损。男女混杂在一起,一边喊着号子,一边把沉重的货船,拉过三峡。吓得李憬的姐姐和四婢都躲到船舱里不敢出来。

    李憬的两条光幕上买的船,船小,材料轻,使用最高技术的帆和控制系统,可以通过小范围的机动来最大程度利用风力。这个年代的船不可能实现。

    一般来说,从驱动效率上看,划桨最低。因为,手臂每做一次划桨的圆周运动,船桨有一半在空气中,一半在水里,在空气中的运动是白白耗费能量的。而摇橹就不同,船橹一般位于船尾,橹始终都在水里,作用力全部能用在推进上,所以船橹的效率是划桨的三倍。

    但是船桨也有优势,就是可以多个数量的布置在两舷,一条船却只能布置一根橹(大江大河和海船除外,可以在两舷布置密集的橹)。即使多人一块摇橹,也没有划桨方便。摇橹推进的缺点也很明显,一来摇橹时多半采用站姿,长期操作更耗费体力。二来摇橹更占用船内空间,不利于部署多层摇橹。

    还有的选择就是明轮,在中国很早就发明了明轮推进的船舶,内河和海洋的航船都有用明轮推进的。而且造的非常的巨大,速度也很快。这种船型就是车船。

    早在南北朝,史书上就已有车船的记载。

    在唐代,李皋对车船的发展起了承前启后的作用。他制造的车船用人力踏动快速前进。结构就是一根木轴横穿两舷,两舷外各有一个带着很多桨叶个木轮,木轮一半在水里,一半在水上。

    木轴在船内有踏板,就像人力踩踏的水车一样,一排人扶着横木杆用脚踩,来使两舷外的木轮转动,划水前进。一条船从前到后又很多排木轮,多的有几十排,所以速度还是挺快的。缺点是占用内河航船最宝贵的舱内空间,因为吃水浅,内河船往往只有一层船舱。

    宋代的车船盛极一时,绍兴二年(1132)王彦恢制的战舰,旁设4轮,每轮8楫(桨片)。木匠高宣也是造车船的名匠,曾创造大小车船10余种,大型车船长20~30丈,吃水1丈左右,可容纳700~800人;中型车船一般承载200~300人。车船有2车、4车、5车、8车、9车以及23、24车等多种。这个数字就是明轮轴的轴数。宋朝最大车船长36丈,宽4丈1尺。

    明初陈友谅也曾使用车船在鄱阳湖进行水战。

    明中叶以后,卢崇俊作多种型式的车船称为“静江龙船”。

    直到20世纪初,中国南方还有少量车船。车船虽然未能在各水系普遍使用,但它的历史悠久,对中国船舶的发展起过很大的作用。

    但是,尽管车船的优势很大,但李憬还是不想选择明轮推进的车船。一个原因是早晚要上蒸汽机,不如早点开始使用螺旋桨。另外明轮的推进效率虽然远远超过桨和橹。毕竟桨和橹是用胳膊划水的,车船是用脚踏的,胳膊没有腰腿的力量大,所谓胳膊拧不过大腿,就像弓箭射不过脚踏怒和腰张弩是一个道理。

    但是,明轮有很大的问题。明轮的结构复杂,受风浪的影响大,水上的最大阻力不是来源于水和船体的摩擦力。而是兴波阻力。就是波浪造成的阻力。如果船遇到风浪的话,会像鸭子一样左摇右摆。

    空气和水密度相差800倍,庞大的明轮在其中进进出出,受力不均匀,长期形变,很容易损坏。露在外面的明轮也是敌人的好目标,1854年克里米亚战争期间,当时还有不少明轮战舰,海岸的炮台重点攻击这些明轮,损失惨重。

    明轮最大的缺点是效率还是低,有些人决心改变它,他们想起了阿基米德。阿基米德设计了螺旋抽水机,就是在一个长筒内设一根轴,轴上有很多螺旋形的叶片,只要用手摇动,轴上的曲型手柄,就可以把水抽上来。可以抽水浇地,也可以用于低洼地排涝。

    受螺旋抽水机的启发,完全浸没在水中的螺旋桨就被发明出来了,螺旋桨的推进效率在40%至45%之间。而之前浆和橹效率都是个位数字,甚至差的不到一。螺旋桨的中轴可以穿过船尾,只要做好防水就好。

    在没有蒸汽机动力的时代,如何驱动螺旋桨呢,李憬想到两个方法。一个是参考多人共骑的自行车的方式,用齿轮对齿轮传动,有一排人踩踏就行。就像骑自行车一样。但是这样的齿轮要求坚固、耐磨,甚至精密,否则会卡住。没有机床和渐开线方程等数学知识,这个很难做。

    这个优点是推进效率超级高,现代的全齿轮自行车价格要五六千元甚至上万元。齿轮传动效率高到99%,链条只能达到80%左右。纯齿轮自行车真不是普通人玩的起的。而且还耐操,不会掉链子,膜拜共享单车就出过一批,纯齿轮,六边形打孔免充气实心橡胶轮胎的自行车,就是可靠性高,不容易坏,免维护。

    另一个方法倒是很容易实现,就是干脆采取自行车链条的方式驱动,这个灵活性好,比如做好一套,和自行车一样就是没有两个轮子,链条直接带动水下的螺旋桨,车把该做控制螺旋桨后面的舵机片。这样推进和转向装置都有了。这套设备轻小,可以灵活的装载任何大小的内河原有的木船上。因为这套系统只有十几斤重,最多也就二十几斤。自行车去掉了轮子能有多重。装一台是单轴单浆驱动,并列装两台是双轴双桨驱动。

    安装也简单,直接用大号木螺丝拧上就行。如果能做出符合要求的齿轮,就可以做个简单的装置,在车把上装个拉杆,一个前进档,一个倒档。太妙了,李憬都要崇拜自己了,真是太有想法了。

    至于大型专用设计的内河航船,船舱里可以加一根主轴贯穿全船,主轴上,从头到尾都是横向安装的单个脚踏车,链条直接连接脚踏轮和主轴上的齿轮。一排水手横向骑在主轴上飞快的蹬着单车,半小时换一批人,李憬粗略测算,内河逆流也可以达到5到10公里的航速。

    这样两侧富余出来的两侧船舱空间可以载货,也可以安装舷墙炮窗,安装火炮,用于作战。甲板上也可以堆放货物,当然也可以安装桅杆作为备份,如果风力风向合适,就不用把船员累成狗了。

    链条制作可能麻烦些,这些都是精细的部件,不过没关系,李憬把金陵城里的金匠银匠首饰匠都请来,他们惯会用锤子,做这些精细的东西,李憬有好钢不怕弄不出来,实在不行就做粗大的链条,放大的链条,难度直线降低,链条的最大问题是磨损,目前只能用渗碳回火来做表面硬化来耐磨损。同时多加润滑油,这个可以用动物油脂混合石墨粉来代替。

    以后考虑可以用锰钢来做齿轮和链条,这个超级耐磨损。锰矿韩江上游就有矿,后世都有开采,不得不说,韩江的矿产资源太得天独厚了,各种稀有金属和矿物都有。李憬也知道后世探明储量和矿洞的位置。

    李憬单独安排一组人,来做这个螺旋桨推进装置,钢管用板材烧红后,卷起来,包裹着做基座的方形条上,锻打结合部做成钢管。不同的钢管也可以锻接成各种形状。链条也单独安排一组人来研发。先做几台单个的无伦脚踏车来实验。做好后随便找条木船安装上进行实验。

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