早期的滑膛枪和滑膛炮都是身管武器,其工作原理是把发射药的化学能转换为实心弹丸的动能,再通过管壁把弹丸给发射出去。
如果非要找出枪、炮之间明显的区别的话,那应该就是口径大小,以及子弹和炮弹之间的区别了。
从口径上看的话,现在有种说法就是:枪炮在口径上的界限是20毫米,大于20毫米的是炮,小于20毫米的则是枪。
当然,在实际中也并不会完全死板的根据20毫米来划分枪炮的,有些口径达到了25毫米的重型反坦克狙击武器也同样被称为枪。
简而言之,枪就是mini版的炮。可以说,火炮的制造工艺包含了造枪的大部分前端技术。
原理很简单,但对材料的要求非常高。
炮管在发射炮弹时,火药会在内部产生高温高压气体,炮弹在炮管短暂停留,瞬间产生500度以上的高温,同时还伴随着很大的烟雾,这些气体当中的化学物质会对炮管内壁造成腐蚀;炮弹与炮管的内壁发生摩擦也会造成不同程度的损坏。
随着发射炮弹发射次数的增加,炮管原有的性能将会大打折扣,使用寿命到达极限就必须更换炮管。
炮管的制造工艺,直接关系到使用寿命,若是制造环节或者材料强度达不到要求,威力和精度都会大打折扣,可发射炮弹的数量也会降低。
抗压能力过低,管壁难以承受火药产生的高强度压力,管身会产生裂纹和变形;耐热性能太差,炮弹发射产生的高温会让炮管熔化而报废。
大宋用煤炭和硫铁矿来炼铁,铁中含硫量过高,导致延展性和韧性低,且高温下容易变脆而碎裂,无法用来制造炮管。
赵构给出了降低含硫量的方案:通过鼓风提高炼炉内的温度,同时加入石灰,并重复回炉重熔多次。
脱硫是吸热反应,温度越高反应越充分;石灰呈碱性,又可以在高温下与硫的氧化物反应生成硫酸钙。
解决了材料的问题,新的问题又随之而来。
传统的铸模工艺使用泥模,即用水和泥混合制成模具。浇筑泥模前必须确保干透,如果外干内湿,一遇金属熔液,水气蒸发出来形成气孔,铸成的炮筒就有蜂窝。
这样的炮筒气密性差,施放时炮筒还会炸裂伤人。
烘干泥模往往要一个月以上,如果碰上雨雪天气,空气阴冷潮湿,则须两三个月。并且一具泥模只能铸造一尊火炮,用完就报废不可二次使用。
鉴于泥模的局限性,赵构改良了传统铸模工艺,经过几次试验,用铁模代替了泥。
浇筑之前,先将铁模的每瓣内侧刷上两层浆液:第一层浆液用细稻壳灰和细沙泥制成,第二层浆液是用细腻的窑煤调水制成的。
然后,两瓣相合,用铁箍箍紧、烘热,节节相续,最后浇铸金属熔液。待浇足熔液,冷却成型以后,即刻按模瓣次序剥去铁模,如剥掉笋壳一样,逐渐露出炮身,再剔除炮心内的泥胚胎,膛内自然光滑。
同传统泥模铸炮相比,铁模铸炮的优越性在于:工艺简便易行,节省模具原料,不受气候条件限制,缩短制造周期,降低生产成本,提高了炮管铸造质量。
应该说,炮管的科技含量并不高,质量的好坏完全取决于冶金与铸模水平。制造出炮管以后,火炮也就初具雏形了。
为了方便运输,又制造了四轮炮车架。橡胶树还没长大,轮子只能暂时用结实的木料制作。
将炮管放置在车架上,可以后推前推拉;另外在炮车上设磨盘,炮在车上就能四面旋转,向所需的方向发射;还安装了齿轮组调节倾斜角度;让大炮的使用变得极为方便。